專利名稱：制造具有降低的偏振模式色散的光纖遠(yuǎn)程通信光纜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有降低的偏振模式色散的光纖通信光纜，以及制造的方法。本發(fā)明還涉及適用于光纖遠(yuǎn)程通信光纜的光纖，以及對應(yīng)的制造方法。
背景技術(shù)：
從“光纖通信系統(tǒng)(Fiber-Optic Communication System)”，Govind Agrawal，John Wiley and Sons，Inc.，第二版，中已經(jīng)知道，具有完全對稱芯區(qū)以及均勻直徑的單模光纖允許傳輸兩個簡并的正交模式(一般稱為TE和TM)，這兩個模式具有相同的模式折射率(或有效折射率)n，它定義為n＝β/k0，其中β為傳播常數(shù)，k0是自由空間的波數(shù)。
芯區(qū)的圓柱對稱性可以通過光芯形狀的變化來干擾，這可以是由于諸如光纖牽引工藝的過程而獲得。
光纖的牽引工藝通常通過一個稱為“牽引塔”的這樣一個適當(dāng)?shù)脑O(shè)備從一個適當(dāng)準(zhǔn)備的玻璃預(yù)制棒中實現(xiàn)。在實際中，預(yù)制棒被置于爐子中的一個豎直的位置，其中預(yù)制棒的下端被加熱至軟化點以上。從預(yù)制棒中流出的材料以一個受控的速率被向下牽引，這制造出了形成光纖的絲狀部分。在該工藝中，光纖芯區(qū)形狀的變化可以是由于諸如預(yù)制棒中結(jié)構(gòu)和幾何缺陷的原因，或是由于工藝中操作條件的所不希望的變化。
由于光纖芯區(qū)的前述變形，在芯區(qū)的截面上兩個正交軸x和y的光學(xué)性質(zhì)就變得不同，從而光纖就獲得了雙折射。如果nx和ny是沿兩個迪卡爾坐標(biāo)x和y偏振的模式的模式折射率，那么雙折射就由B＝|nx-ny|給出。
當(dāng)一個光信號在雙折射的光纖中經(jīng)過時，一個稱為“偏振模式色散”(PMD)的現(xiàn)象就會發(fā)生，這將會導(dǎo)致兩個具有正交偏振的模式以不同的相速和群速傳播。對于脈沖信號的情況，PMD一般會導(dǎo)致脈沖的展寬。這是因為，如果入射的脈沖激勵起兩個偏振分量，這兩個偏振分量會由于它們不同的群速而沿光纖發(fā)生色散，從而離開光纖的脈沖就會變寬。
PMD現(xiàn)象通常會限制信號傳輸?shù)膸?，并且也就會使光纖的性能惡化。所以該現(xiàn)象在光纖通信系統(tǒng)中是不希望出現(xiàn)的，尤其是長距離系統(tǒng)，在長距離系統(tǒng)中需要將信號所有的損耗和色散減小以提供傳輸和接收的高性能。
典型地，PMD現(xiàn)象關(guān)于光纖的長度呈線性變化。然而，光纖縱向的缺陷和不規(guī)則會導(dǎo)致兩個偏振模式之間的功率交換，從而產(chǎn)生“模式耦合”現(xiàn)象。由于該現(xiàn)象，兩個偏振模式之間的延時沿光纖軸發(fā)生緩慢變化，特別地，該變化與傳輸距離的平方根成正比。
還可以通過適當(dāng)?shù)姆椒ü室庖肽Ｊ今詈希缤ㄟ^在牽引中將光纖“自旋”的方法，這包括了給光纖加上關(guān)于它的軸的預(yù)設(shè)自旋，這就像AT&T貝爾實驗室的美國5,298,047中所描述的。自旋方法可以將單模光纖的PMD降到低于0.1ps/km1/2。這個量級大小的值對于那些構(gòu)建通信系統(tǒng)的情況通常是需要的。然而，可接受的PMD值會隨著其它系統(tǒng)參數(shù)而發(fā)生變化，所述系統(tǒng)參數(shù)尤其指傳輸速率和鏈路的長度。
該自旋方法還可以被應(yīng)用于制造用于光放大器的摻雜光纖的制造工藝，這就像Corning的美國5,704,960中所描述的，這是為了降低這種光纖中存在的稱為“偏振燒孔”(PHB)和“依賴偏振的增益”(PDG)的兩種現(xiàn)象。還是根據(jù)美國5,704,960，為了清楚地定義光纖所需要的自旋以及反向長度(換句話說，就是在一個交替自旋中存在的兩個自旋方向反向之間的距離)，該光纖通過橢圓度或應(yīng)力被制造成具有有限的雙折射。這個有限的雙折射必須能夠相對于制造過程中引入的無意雙折射起主導(dǎo)作用。
申請者發(fā)現(xiàn)，盡管美國5,704,960沒有指出所加的有限雙折射的定量值，仍然需要光纖中的高橢圓度，以獲得一個能夠相對于無意雙折射起主導(dǎo)作用的雙折射(所以和無意雙折射比起來就相當(dāng)大)。特別地，申請者認(rèn)為所需的雙折射會增加制造光纖以及裝配通信系統(tǒng)的工藝復(fù)雜度以及成本。這是因為，在制造過程中，如果光纖需要被做成具有高的橢圓度，那么對光纖光學(xué)特性的控制就不可避免的變得不精確。這是由于這樣的事實，在光纖的制造過程中，也必須考慮到光纖的高橢圓度以及它對于其它工藝參數(shù)的影響，所述制造過程是一個復(fù)雜的過程，這是因為它有很多的自由度。此外，在通信系統(tǒng)的裝配過程中，如果光纖的橢圓度很高，光纖的正確連接將變得很困難，而且需要復(fù)雜且昂貴的設(shè)備。
通常，在牽引工藝后，用于信號傳輸?shù)墓饫w會被制成光纜。典型地，該成纜工藝包括通過積壓工藝制造一個包含光纖的聚合物材料體，接下來是加上外保護(hù)以及加強層和部分。
在稱為“緊的”光纜中，光纖被直接地與中心支持部分一起包含在聚合物材料體中。在稱為“松的”光纜中，多個管狀聚合物材料體被安排在中心部分周圍，并且每個包含多根光纖，所述管狀聚合物材料體被置于也是聚合物材料制成的外管狀體內(nèi)。
前述的成纜操作尤其對“緊的”光纜包括，給光纖加上非均勻的力，然后產(chǎn)生由光纖側(cè)向壓力或彈性自旋帶來的雙折射。
更具體一些，申請者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在成纜工藝的不同步驟中，徑向應(yīng)力被引入了光纖中，這在光纜的整個長度上延伸，并且尤其在“緊的”光纜中，能夠?qū)е鹿饫w的側(cè)向變形。例如，在擠壓工藝的最后，拉力會被“凍結(jié)”在聚合物材料體中，這產(chǎn)生了連續(xù)徑向應(yīng)力的狀態(tài)。類似的效應(yīng)還會由擠壓工藝后冷卻中擠壓材料的收縮(“shrinkage”)而造成。
其它應(yīng)力貢獻(xiàn)可以產(chǎn)生于后續(xù)工藝步驟中產(chǎn)生的徑向應(yīng)力，就如同給包含光纖的聚合物材料體加壓的步驟或在聚合物材料體周圍加上聚乙烯護(hù)套的標(biāo)準(zhǔn)工藝。
盡管這些應(yīng)力狀態(tài)通常在角向是均勻分布的，但是既然光纖不是沿著光纜的軸，就存在光纖的一個非均勻變形(也就有雙折射的增大)。
此外，由于外加強和保護(hù)涂層的橢圓化也會增大雙折射。在該情況下，應(yīng)力是軸向作用的，但沿角向不是均勻分布，這是由于它們主要作用于集中了變形的光纜的側(cè)向部分。這些應(yīng)力可以以連續(xù)或周期的方式作用在光纖上，這依賴于光纖是彼此平行的還是纏繞于中心部分的(按一個圓柱螺旋)。在后一種情況中，應(yīng)力的影響能夠依賴于光纖繞轉(zhuǎn)的周期。
所以，由于成纜工藝而造成的光纖芯區(qū)所具有的變形就會影響光纖的PMD特性。
申請者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，盡管在牽引的過程中加入自旋的方法對于降低牽引過程中引入的內(nèi)在缺陷而造成的PMD是有效的，它對降低由于成纜所導(dǎo)致的PMD就不太有效。這是由于，既然成纜所導(dǎo)致的雙折射貢獻(xiàn)不是隨機的，所以它們決定性的，所以成纜的光纖的PMD通常很難被預(yù)測。為了克服該缺點，特別注意到了現(xiàn)有技術(shù)關(guān)于光纜設(shè)計以及構(gòu)建，它們是為了盡可能實現(xiàn)光纖中的小的應(yīng)力。
Corning Incorporated的美國5,867,616提出了一個用于控制PMD的方法，該法與牽引工藝后的工藝是完全無關(guān)的，所述牽引工藝后的工藝?yán)纭熬彌_”(換句話說，就是加上第二保護(hù)涂層，這可以是“松的”或“緊的”)和成纜工藝。該專利提出通過芯區(qū)橢圓度周期性的變化，通過芯區(qū)和包層的同心度的周期性的變化，或通過光纖中剩余應(yīng)力周期性的變化，可以產(chǎn)生光纖中偏振模式的耦合。這些變化的產(chǎn)生中，它們的對稱平面在實質(zhì)上長度相同的相鄰光纖段上彼此正交。所以得到的凈雙折射就為零。
申請者發(fā)現(xiàn)，在美國5,867,616中，故意引入的雙折射需要具有足夠的范圍以使得它能夠自己減小由于成纜和“緩沖”工藝所帶來的雙折射效應(yīng)。申請者已經(jīng)計算出，由于成纜工藝所導(dǎo)致的雙折射的折射率變化一般小于3×10-7，所以就注意到故意引入的折射率變化比由于光纜制造工藝所帶來的雙折射折射率變化大得多，所述故意引入的折射率變化例如美國5,867,616中所提出的，換句話說就是至少1×10-6。申請者認(rèn)為引入該水平的雙折射所需要的修改會帶來光纖制造工藝以及通信系統(tǒng)裝配階段的更大復(fù)雜性或更高成本，其原因在參考的美國專利5,704,960中有討論。
申請者已經(jīng)解決了這樣的問題，該問題是關(guān)于提供降低成纜工藝帶來的前述不利的方法，所述方法還不會帶來光纖和光纜制造工藝或通信系統(tǒng)裝配階段的復(fù)雜性加大或成本升高。
申請者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過制造具有芯區(qū)橢圓度以及處于預(yù)設(shè)限度內(nèi)的自旋的光纖，能夠大幅降低前述的成纜工藝導(dǎo)致的不利，而不會帶來光纖和光纜制造工藝或通信系統(tǒng)裝配階段的復(fù)雜性加大或成本升高，還不會對其它光纖特征參數(shù)帶來很大干擾。
芯區(qū)橢圓度被做成沿光纖主要均勻的，并且它的平均值必須處于一個較低極限和一個較高極限之間，所述較低極限的選擇使得與它相聯(lián)系的雙折射至少等于成纜帶來的雙折射(其方式使得它能夠抵消后者的效果)，所述較高極限的選擇使得橢圓度不會超過一個值，一旦超過該值就會在前述的制造和裝配工藝上或光纖的特性參數(shù)上出現(xiàn)顯著影響。尤其在實際中，申請者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)前述的優(yōu)點會在下列情況中出現(xiàn)，平均橢圓度處于大約0.25到0.55的范圍內(nèi)，希望處于從大約0.3到0.5的范圍內(nèi)，更希望處于從大約0.35到0.5的范圍內(nèi)，甚至更希望處于從大約0.35到0.45的范圍內(nèi)。
在牽引中加給光纖的自旋希望是交替的，并且最大自旋極限的選擇使得存在足夠的模式耦合來抵消由光纖本征雙折射帶來的效應(yīng)，所述光纖本征雙折射是由芯區(qū)的處在上述極限范圍內(nèi)的橢圓度所帶來的。申請者認(rèn)為，為了前述的目標(biāo)，自旋必須至少是4轉(zhuǎn)每米，希望至少5轉(zhuǎn)每米，更希望至少6轉(zhuǎn)每米，甚至更希望至少10轉(zhuǎn)每米。申請者還注意到，高于30轉(zhuǎn)每米時，在方便的牽引速度(尤其是在超過10m/s的速度)下通過自旋方法施加自旋就變得很困難。
申請者已經(jīng)證實，所提出的方法獲得的光纜可以保證其中的單根光纖的雙折射與成纜前的光纖本征雙折射相比沒有實質(zhì)的變化。所以，光纜的PMD就很低且可預(yù)測。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面中，本發(fā)明涉及一遠(yuǎn)程通信用的光纜，它包括一個包含多根光纖的光芯，其中至少一根所述的光纖具有最大值至少為4轉(zhuǎn)每米的關(guān)于它自己的軸的自旋，還包括一個芯區(qū)，該芯區(qū)的平均橢圓度處于從大約0.25到大約0.55的范圍內(nèi)，希望是從大約0.3到0.5的范圍內(nèi)，更希望處于從大約0.35到0.5的范圍內(nèi)，甚至更希望處于從大約0.35到0.45的范圍內(nèi)。
更適宜地，光芯包括了包含所述光纖中至少一根所述光纖的聚合物材料體。
更有利地，光纜包含了安排在所述光芯周圍的加強部分以及置于所述加強部分周圍的至少一個保護(hù)層。
在進(jìn)一步的方面中，本發(fā)明涉及一遠(yuǎn)程通信用的光纜，它包括一個包含多根光纖的光芯(2)，其中至少一根所述光纖具有一個關(guān)于它自己的軸的預(yù)設(shè)的自旋，以及包括一個具有至少為0.25的平均橢圓度的芯區(qū)，所述自旋和所述平均橢圓度使得光纖的PMD小于或等于大約0.2ps/km1/2。
在進(jìn)一步的方面中，本發(fā)明涉及用來制造通信用光纜的方法，包括步驟-制造至少一根光纖，這依次包括的步驟有，制造至少一個玻璃材料的預(yù)制棒以及從所述的至少一個預(yù)制棒中牽引出所述的至少一根光纖；-制造包含所述至少一根光纖的聚合物材料體；其中制造至少一個預(yù)制棒的步驟包括工藝參數(shù)的調(diào)整，所述調(diào)整使所述預(yù)制棒在內(nèi)部具有一個處于0.25到0.55范圍內(nèi)的平均橢圓度，以及所述光纖的所述牽引步驟給所述光纖加上希望是交替的自旋的步驟，所述自旋具有至少4轉(zhuǎn)每米的最大值。
制造所述預(yù)制棒的所述步驟最好包括在一個圓柱支柱上沉積化學(xué)物質(zhì)，所述圓柱支柱繞它自己的軸旋轉(zhuǎn)，以及所述的調(diào)整工藝參數(shù)的步驟包括的步驟是用周期性的方式調(diào)整所述圓柱支柱的旋轉(zhuǎn)速度。
本方法還希望包括的步驟是，在所述聚合物材料體外面加上至少一個保護(hù)和/或加強部分。
在進(jìn)一步的方面中，本發(fā)明涉及用來制造遠(yuǎn)程通信用的光纜的方法，它包括步驟-制造至少一根光纖，該光纖反過來包括的步驟是，制造至少一個玻璃材料的預(yù)制棒，以及從所述至少一個預(yù)制棒中牽引出所述至少一根光纖；-制造包括所述光纖的聚合物材料體；其中所述的制造至少一個預(yù)制棒的步驟包括工藝參數(shù)的調(diào)整，所述調(diào)整使所述預(yù)制棒在內(nèi)部具有一個至少為0.25平均橢圓度，所述的牽引所述光纖的步驟包括給所述光纖加上自旋的步驟，所述平均橢圓度以及所述自旋使得所述光纖的PMD小于或等于大約0.2ps/km1/2。
在進(jìn)一步的方面中，本發(fā)明涉及一適于用在光纜中的光纖，它包括一個用于傳輸光信號的芯區(qū)以及一個圍繞所述芯區(qū)的包層，其中該光纖具有一個關(guān)于它自己的軸的自旋，該自旋具有至少4轉(zhuǎn)每米的最大值，其中所述芯區(qū)具有的平均橢圓度處于從大約0.25到大約0.55的范圍內(nèi)，希望處于從大約0.3到大約0.5的范圍內(nèi)，更希望處于從大約0.35到大約0.5的范圍內(nèi)，甚至更希望處于從大約0.35到0.45的范圍內(nèi)。
在進(jìn)一步的方面中，本發(fā)明涉及用來制造適于用在光纜中的光纖的方法，這包括的步驟是，制造一個玻璃材料的預(yù)制棒以及從所述預(yù)制棒中牽引出所述的光纖，其中所述制造所述預(yù)制棒的步驟包括調(diào)整工藝參數(shù)的步驟，所述調(diào)整使所述預(yù)制棒在內(nèi)部具有一個處于0.25到0.55范圍內(nèi)的平均橢圓度，所述的牽引所述光纖的步驟包括給所述光纖加上最好是交替的自旋的步驟，所述自旋具有至少4轉(zhuǎn)每米的最大值。
有利的是，制造所述預(yù)制棒的所述步驟包括在一個圓柱支柱上沉積化學(xué)物質(zhì)，所述圓柱支柱繞它自己的軸旋轉(zhuǎn)，以及所述的調(diào)整工藝參數(shù)的步驟包括用周期性的方式調(diào)整所述圓柱支柱的旋轉(zhuǎn)速度的步驟。
更適宜地，制造一個預(yù)制棒的所述步驟包括執(zhí)行一個OVD工藝。
所述自旋希望具有至少為5轉(zhuǎn)每米的最大值，更希望是至少6轉(zhuǎn)每米，甚至更希望是至少10轉(zhuǎn)每米。


下面將通過對附圖的參考來描述本發(fā)明，這表現(xiàn)了一個應(yīng)用的非限制性的例子。具體地，-圖1表示了根據(jù)本發(fā)明的光遠(yuǎn)程通信光纜的截面圖，圖不是按規(guī)定比例；-圖2表示了圖1中光纜的光芯的放大的圖，圖不是按規(guī)定比例；-圖3表示了用來制造一個玻璃材料預(yù)制棒的OVD工藝步驟中的一個；-圖4表示了在前述的OVD工藝步驟中預(yù)制棒支柱的角速度變化；-圖5示意性地表示了用來從前述玻璃材料預(yù)制棒中制造出一根光纖的牽引塔；-圖6表示了用來對光纖成纜的設(shè)備；-圖7作為指導(dǎo)，表示了實驗測量中用的玻璃材料預(yù)制棒的折射率分布；以及-圖8表示了實驗測量的結(jié)果。
具體實施例方式
圖1表示了一個用于遠(yuǎn)程通信的水下光纜1的截面，由于光纖是直接與聚合物材料體結(jié)合在一起的，所以該光纜的類型被稱為“緊的”?？商鎿Q地，該光纜也可以是這樣的類型，它包括多個用“松的”方式來放置的光纖，換句話說就是光纖具有在聚合物材料的管狀體中移動的自由，所述的聚合物材料依次被置于也是用聚合物材料的更大尺寸的管狀體中。
該光纜1具有一個軸10，并且包括一個位于中心的，實際是圓柱的，光芯2，以及優(yōu)選地包括多個保護(hù)和/或加強層和/或圍繞所述芯的組成部分7，11和13。
下面通過參考圖2詳細(xì)講述的光芯2包括一個聚合物材料體5以及多個包括在聚合物材料體5光纖3(在所示的具體例子中數(shù)量為六)。該光芯2更希望還包括一個也是包括在聚合物材料體5中的中心加強部分4，以及一個覆蓋聚合物材料體5且是用熱塑聚合物制成的的薄護(hù)套6。光芯2的外直徑更希望小于4mm。
更適宜地，在護(hù)套6的周圍存在多個加強部分7a，7b和7c，這些加強部分最好是包括繞成圓柱螺旋的鋼絲。在圖1的例子中，所述的多個加強部分包括-第一組加強部分組7a，它具有第一直徑，并且彼此接觸地形成一個自支持結(jié)構(gòu)，這就形成了護(hù)套6外且不與護(hù)套接觸的加強層8；-具有第二半徑的第二加強部分組7b，它位于第一組7a的部分的外圍，所述第二半徑小于第一半徑；以及-具有第三半徑的第三加強部分組7c，所述第三半徑小于第二半徑，該加強部分組位于第一組7a的外圍并且與第二組7b中的部分交替，交替的方式使得第三組與第二組一起在加強層8外圍形成了第二加強層9。
加強部分7c在角向位置的擺放方式對應(yīng)于加強部分7a的角向擺放方式，使得第二加強層9實際上具有圓柱形外輪廓，該外輪廓同時與加強部分7b以及加強部分7c相切。
兩個加強層8和9一起形成了技術(shù)領(lǐng)域中熟知的“Warrington”結(jié)構(gòu)。
也可能在第二加強層9的加強部分7b，7c外圍存在一個管狀敷層11，該敷層和前面所述的“Warrington”結(jié)構(gòu)一起形成了一個加強結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有的機械特性使得它向光纜1提供了對應(yīng)力的高低抗性，尤其是對深水中存在的靜水壓。該管狀敷層11更希望是用金屬材料制成的，尤其適宜的是黃銅。該敷層11也形成了一個導(dǎo)電部分，它可以被用來向遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)中的信號中繼器提供電能，其中光纜1組成了所述通信系統(tǒng)的一部分。最后，該敷層11保護(hù)了內(nèi)部以避免潮濕。
可替換地，加強部分根據(jù)使用得情況，可以按其它形式，按一排或多排來放置。
該光纜1還可以包括一聚合物材料層13，更希望是聚乙烯，它位于敷層11外圍并且能夠?qū)⒎髮?1和Warrington結(jié)構(gòu)與外界電絕緣。
在沒有進(jìn)一步的敷層的情況下，層13的外直徑也就是光纜1的外直徑。如果需要的話，該層13可以用金屬帶敷層(沒有示出)以及位于金屬敷層外的一個或多個聚合物類型的敷層(沒有示出)來保護(hù)。
上述的光纜1一般適合用于水深達(dá)約達(dá)到7000m的情況。在一些情況下，例如在淺海有魚的情況下，該光纜可以被配以外鎧裝(沒有示出)，該鎧裝包括一層或多層本質(zhì)是圓柱形的加強部分，這更希望是用鋼與諸如聚丙烯的聚合物材料交替制成的。
在圖2中，光芯2被單獨表示并且被放大。中心部分4是一個本質(zhì)上為絲狀的部分，它能夠在制造光纜1的各個階段中提供對軸向應(yīng)力的足夠的抵抗。該中心部分4更希望是用鋼或樹脂制成，該樹脂采用玻璃絲、強化聚合物材料(例如芬芳聚酰胺，如Kevlar)或碳纖維或類似的來強化，中心部分具有從0.5mm到0.7mm的優(yōu)選直徑范圍。
聚合物材料體5形成了對光纖的連續(xù)支撐，并且能夠?qū)⒐饫w3保持在中心部分4周圍的一個穩(wěn)定位置，并且還能夠“吸收”作用于光芯2上外來應(yīng)力。聚合物材料體5可以由諸如彈性聚酯的熱塑性樹脂制成，并且通過單個擠壓工藝可以形成一個沒有中斷的均勻體，或通過兩個連著的擠壓工藝形成兩個連續(xù)的層。在后一種情況中，光纖被置于兩個聚合物層之間。聚合物材料體5具有從0.9mm到1.5mm的優(yōu)選厚度(測量從中心部分4到護(hù)套6的距離)范圍，這樣可以提供足夠的保護(hù)。
護(hù)套6提供了熱的和機械的保護(hù)，它更希望是用從下面所述的材料組中所選擇的材料制成，所述材料組包括聚對苯二甲酸亞烷基酸、聚烯烴以及聚酰胺，從中選擇的材料例如聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚乙烯、聚丙烯或尼龍。護(hù)套6的具有從0.05mm到0.15mm的優(yōu)選厚度范圍。
每根光纖3具有一個通過其傳輸光信號的芯區(qū)12，位于芯區(qū)12外圍的包層13，以及由丙烯酸樹脂形成的一層或多層的外層保護(hù)14。光纖3可以是單模的或多模的。在第一種情況下，它們一般具有125μm的外徑，而在第二種情況下它們可以具有幾百微米的外徑。在圖2所示的例子中，光纖3彼此之間隔開相等的距離，并且與軸10相距從0.4mm到1.2mm范圍的相同距離，它們的組成方式形成了光纖的單個皇冠狀。然而，既然光纖也可以被放置成兩個同軸皇冠，所以該例子并不是限制性的。在單個皇冠的情況下，光纖的數(shù)量也可以與圖示的不一樣，但更希望小于或等于十二(12)，而在雙皇冠的情況下，光纖總數(shù)更希望小于或等于二十四(24)。
根據(jù)本發(fā)明，光纖3的(或這些的一個子集的)芯區(qū)12沿光纖本質(zhì)上具有一致的橢圓度，橢圓度的平均值使得存在一個雙折射，它至少等于由成纜帶來的雙折射(這樣的方式使得成纜的效果被抵消)，但又不是太高，這樣由于上文中的原因，就不至于導(dǎo)致更大的復(fù)雜性或制造或裝配工藝成本的增加。該平均橢圓度的范圍大約是0.25到0.55，希望是大約0.3到0.5，更希望是大約0.35到0.5，甚至更希望是大約0.35到0.45。
此外，還是根據(jù)本發(fā)明，該光纖3具有關(guān)于它們的軸的自旋，這個自旋更希望是交替的并且希望是在牽引過程中通過自旋方法施加上的。該自旋帶來了足夠的傳輸信號中的模式耦合以抵消光纖中的由上述芯區(qū)中的橢圓度所帶來的本征雙折射效應(yīng)。該自旋的最大值至少是4轉(zhuǎn)每米，希望至少5轉(zhuǎn)每米，更希望至少6轉(zhuǎn)每米，甚至更希望至少10轉(zhuǎn)每米。然而，申請者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，高于30轉(zhuǎn)每米時，在方便的牽引速度(尤其是在超過10m/s的速度)下通過自旋方法施加自旋就變得很困難。
光纖可以被放置在直路徑上(假設(shè)光纜位于直的位置)，也就是它們平行于中心部分4延伸，或沿“閉的”或“開的”圓柱螺旋路徑延伸。在“閉的”類型的路徑中，繞的方向總是一樣的(順時針或逆時針)，而在一個“開的”路徑中(也稱為”SZ”路徑，下面將用這樣的名稱)當(dāng)達(dá)到一個預(yù)設(shè)的繞轉(zhuǎn)角(希望大于或等于360°)，在一個方向或另一個，繞轉(zhuǎn)的方向會反向。這兩種路徑都處于圓柱面上，并且它們是由一個平行于中心軸方向上的平動和一個關(guān)于所述軸的轉(zhuǎn)動(在SZ路徑的情況下會有交替)組合而成的。該SZ路徑與一個反向音調(diào)P相聯(lián)系，該音調(diào)定義為在旋轉(zhuǎn)方向上兩個連續(xù)的反向點之間的距離，該SZ路徑還與一個繞轉(zhuǎn)周期p相聯(lián)系，它定義為軌跡開始在同一方向上旋轉(zhuǎn)的連續(xù)兩點之間的距離。通常，繞轉(zhuǎn)周期是反向音調(diào)P的兩倍。該反向音調(diào)P希望處于0.5m到5m的范圍內(nèi)。
制造光纜1的工藝包括一些步驟。首先，進(jìn)行一個希望是OVD(外部蒸汽沉積)類型的工藝，以形成玻璃材料的預(yù)制棒。然后實行牽引工藝來從玻璃材料預(yù)制棒中形成光纖。最后，進(jìn)行成纜工藝。每個工藝將在下文中簡單介紹。
OVD工藝包括下面所述的步驟。
在參考圖3描述的第一步中，通過一個或多個燃燒器20進(jìn)行了化學(xué)沉積工藝，這在一個陶瓷材料的圓柱直線支柱22上沉積了適合用來制造光纖的化學(xué)物質(zhì)21。這些物質(zhì)一般包括以化合物形式(SiO2和GeO2)沉積的硅和鍺。一般直徑大約是5-6mm的支柱22經(jīng)常被維持在水平位置，但也可以替換地置于豎直位置。通過這樣的方式，一個玻璃材料的本質(zhì)上是圓柱的預(yù)制棒23被制成，該預(yù)制棒被稱為“芯區(qū)預(yù)制棒”，接下來這會形成光纖的芯區(qū)和包層的內(nèi)部。
燃燒器20希望是安裝在一個結(jié)構(gòu)(沒有示出)上，所述結(jié)構(gòu)提供有一個裝有發(fā)動機的移動零件以將它們平行于支柱22移動。在第一步中，燃燒器20被多次平行于支柱22的部分進(jìn)行掃描，預(yù)制棒就是在所述支柱上生長的。
同時，支柱22通過一個裝有發(fā)動機的零件繞它的軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的方式使得它的表面的全部都暴露在反應(yīng)物流中。對于燃燒器20的一個預(yù)設(shè)的掃描次數(shù)，形成了制造芯區(qū)預(yù)制棒所特定的掃描次數(shù)的一部分X，支柱22的角速度會隨一個預(yù)設(shè)的周期變化而變化，這樣形成的芯區(qū)預(yù)制棒的內(nèi)部具有一個橢圓截面。該角速度的變化可以是例如圖4中表示的方法，換句話說就是具有角向周期π的0與180r.p.m.之間的鋸齒變化。在后面的掃描中，支柱22的角速度希望保持恒定并且等于一個預(yù)設(shè)的值，該預(yù)設(shè)值希望在100到250r.p.m.，例如150r.p.m.。X的值以及角速度的變化的選擇是根據(jù)在傳輸信號時光纖中所得到的電磁場的橢圓度。例如，可能選擇一個高的X值(直到最大值100％)以及一個在遠(yuǎn)小于上面指出的范圍內(nèi)的角速度變化，這樣就提供了一個本質(zhì)上延伸整個芯區(qū)預(yù)制棒的橢圓度。另一個諸如正弦類型的周期變化可以被選擇來作為對鋸齒變化的一個替換。
在該工藝中，反應(yīng)物流的變化方式產(chǎn)生了化學(xué)物質(zhì)21的可控沉積，這樣也就獲得了理想的折射率。芯區(qū)預(yù)制棒的分布可以是例如圖7中所示(定性)的類型，其中n是折射率，r是半徑。三角形的中心部分與預(yù)制棒中的將要形成芯區(qū)的部分相聯(lián)系。該分布可以通過沉積硅和鍺的氧化物以及后續(xù)的僅僅沉積二氧化硅獲得，沉積的硅和鍺的氧化物比例可以逐漸變化直到完成與三角形部分相聯(lián)系的部分。在中心三角形的一邊的兩個階梯是通過在一個預(yù)設(shè)時間內(nèi)加入更多的二氧化鍺來產(chǎn)生的。
在OVD工藝的第二步中，直線陶瓷支柱22被從芯區(qū)預(yù)制棒中取出，這在預(yù)制棒中留下了一個中心空洞。
在第三步中，芯區(qū)預(yù)制棒常要在爐中經(jīng)過一個烘干和壓實的工藝，其間Cl2以及其它氣體會通過中心空洞以去除氫氧根離子(-OH)以及存在于預(yù)制棒中的水原子。這樣就得到了一個玻璃化的芯區(qū)預(yù)制棒，它仍然具有一個中心空洞但具有的直徑小于原先預(yù)制棒的直徑(通常是2mm)。
在第四步中，在芯區(qū)預(yù)制棒的中心空洞被封閉(例如用塞子)后并且在其內(nèi)部已產(chǎn)生真空后，該玻璃化的芯區(qū)預(yù)制棒(一般具有的直徑量級為50-100mm)被置于一個豎直的爐子中，在其中預(yù)制棒的下端被融化。下端的融化導(dǎo)致了空洞的壁由于洞中的真空而坍塌。融化的玻璃材料冷卻形成一個具有預(yù)設(shè)直徑(一般的范圍大約是5到20mm)的拉長的圓柱部分(也稱為芯桿)，該部分被一個牽引設(shè)備向下牽引。然后，該拉長圓柱部分被進(jìn)一步冷卻并按多個等間距的點被截斷為多個拉長的部分，這也被稱作“棍(canes)”(通常具有的長度為一米的量級)。
在第五步中，每個拉長部分需要經(jīng)過一個類似第一步的化學(xué)沉積工藝(“過包層”)。尤其是，接著將要形成光纖包層最外圍部分的多種化學(xué)物質(zhì)(一般包括二氧化硅)通過至少一個爐子被沉積在每一個部分上。在該工藝的最后，一個最終的低密度圓柱預(yù)制棒被得到既然光纖就從它拉制出來，所以它就被稱為“最終預(yù)制棒”。
在第六以及最后步驟中，該低密度最終預(yù)制棒通過類似第三步中講述的工藝被烘干和固化。這樣一個玻璃化的最終預(yù)制棒就被得到，準(zhǔn)備用于牽引工藝。
下面通過參考圖5來描述牽引工藝，圖5表示了一個牽引塔31。該牽引塔31可以用來從玻璃化的最終預(yù)制棒來形成光纖3，最終預(yù)制棒在這里標(biāo)為32。
該塔31包括多個本質(zhì)上沿豎直牽引方向?qū)R的部件，所述牽引方向由軸39定義。選擇豎直方向是由于需要利用重力從預(yù)制棒32中獲得用以牽引出光纖的融化材料流。更具體地，該塔31包括
-一個能夠?qū)㈩A(yù)制棒32加熱到軟化點以上的爐子34；該爐子34可以是適合產(chǎn)生預(yù)制棒可控軟化的任何類型，例如美國專利4,969,941中所描述一個；-一個用來向光纖3加保護(hù)涂層的涂層設(shè)備35；該涂層設(shè)備可以是諸如美國專利5,366,527中描述的類型；-一個能夠?qū)⒐饫w3向下以預(yù)設(shè)速度(對應(yīng)于牽引速度)牽引的牽引設(shè)備37(例如，單滑輪或雙滑輪類型中的一個)；以及-一個接收盤38，光纖3在牽引工藝的最后被纏繞在它上面。
該塔31還可以包括一個位于爐子34和涂層設(shè)備35之間的直徑測量設(shè)備40，它能夠在光纖3通過時，在加保護(hù)涂層之前測出光纖的直徑。由直徑測量設(shè)備40產(chǎn)生的信號可以被用來例如控制牽引設(shè)備37速度以獲得光纖3的一個預(yù)設(shè)的直徑。
該塔1還包括一個一般位于涂層設(shè)備35和牽引設(shè)備37之間的自旋設(shè)備36，它可以給光纖3加上預(yù)設(shè)的自旋。該自旋設(shè)備36提供有至少一個能夠與光纖3相互作用的活動零件。
對于本發(fā)明的目標(biāo)，該“自旋”表示了光纖轉(zhuǎn)動的角速度dθ/dt(其中θ是光纖對固定參考物的轉(zhuǎn)動角)與牽引速度之間的比值。這樣定義的自旋可以用轉(zhuǎn)每米來衡量。
如上所述，這個預(yù)設(shè)自旋的選擇方式可以在光纖中產(chǎn)生傳輸基模的耦合(換句話說就是交換能量)，從而光纖芯區(qū)的橢圓度的效應(yīng)至少在拍長(beat length)的光纖長度上保持一致。這樣就可以很大程度上減小由芯區(qū)橢圓度帶來的PMD負(fù)面效應(yīng)。
該自旋設(shè)備36可以是諸如Corning的專利申請WO 9846536中所述的類型。特別地，該設(shè)備36可以包括一對輥子(沒有示出)，所述輥子具有與光纖相互作用的表面，以及具有垂直于牽引軸39的對應(yīng)軸，其中至少一個輥子沿它的軸作交替的運動，其運動方式使得交替的自旋被加在光纖3上。特別地，該自旋設(shè)備36能給光纖3加上一個具有預(yù)設(shè)最大自旋值和反向頻率的交替自旋。
對光纖3施加自旋的可替換方法被描述于AT&T Bell實驗室的美國專利5,298,047中，以及FOS的專利申請EP 0842909中。在美國5,298,047中，轉(zhuǎn)矩是通過適當(dāng)?shù)囊苿觼硎┘拥模撘苿泳哂薪惶娴捻槙r針和逆時針方向的震蕩，光纖的一個引導(dǎo)輥子的軸垂直于光纖前進(jìn)軸。根據(jù)EP 0842909，轉(zhuǎn)矩的施加是通過制造在牽引工藝中施加保護(hù)涂層旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，其方式使得該設(shè)備的旋轉(zhuǎn)傳送給光纖。所以在后一種情況下，自旋設(shè)備與涂層設(shè)備是相聯(lián)系的并且不像圖5中那樣分離的。
牽引速度的選擇通常根據(jù)牽引塔31的各個部件的特性，并且牽引速度與爐子34的溫度一起決定了光纖3的直徑。該速度對于單模光纖的典型值處于5m/s到20m/s范圍內(nèi)。
所施加的自旋值的選擇產(chǎn)生了性能規(guī)格所要求的雙折射特性。特別地，自旋值的選擇使得一根光纖中橢圓度指向變化存在的相當(dāng)數(shù)量(例如大于10)，所述橢圓度指向變化是在長度等于一拍長的光纖段中的。所述拍長(典型范圍是1m到100m)對應(yīng)于一個給定偏振狀態(tài)重現(xiàn)所需的光纖長度。換句話說，拍長對應(yīng)于原先同相的兩個基模分量又一次同相所必需的光纖長度，這是基于光纖在該長度上保持一個恒定雙折射的假設(shè)的。
由于在光纖上施加的自旋，在傳輸信號過程中，能量在基模分量之間重新混合。申請者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了實現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)，如果假設(shè)正常的光纖牽引速度，給光纖施加的自旋值最大至少取4轉(zhuǎn)每米是有利的，希望至少5轉(zhuǎn)每米，更希望至少6轉(zhuǎn)每米，甚至更希望至少10轉(zhuǎn)每米。
該塔1還包括一個連接于塔1多個部件的控制單元41，它用于處理多個工藝參數(shù)以及用于工藝中多個操作的自動控制。
牽引工藝按下文的方式進(jìn)行。
塔1通過將預(yù)制棒32置于爐子34中做好準(zhǔn)備，該爐子已經(jīng)事先被加熱到軟化點以上。在爐子34中，預(yù)制棒32的一個端部(被稱為“瓶底(neckdown)”)被融化，這樣就產(chǎn)生了一滴融化的材料。這一滴在重力的作用下被向下拉長，這牽引著進(jìn)一步融化的材料和它一起形成一個絲狀的逐漸冷卻(所以就固化)的流動材料。該絲狀部分穿過直徑測量設(shè)備40、涂層設(shè)備35、自旋設(shè)備36以及牽引設(shè)備37，并且它的多個圈被繞在接收盤38上。
接著該牽引設(shè)備37和涂層設(shè)備35被啟動，該牽引設(shè)備以一個預(yù)設(shè)的速度將光纖3向下牽引，使它不斷地形成于所述瓶底，而所述涂層設(shè)備35對通過它的光纖3加上保護(hù)涂層。同時，自旋設(shè)備36按反向頻率以及它的活動零件的最大變化范圍的預(yù)設(shè)值進(jìn)行移動，以產(chǎn)生光纖3的一個交替自旋。
然后，已經(jīng)通過牽引設(shè)備37的光纖3被繞在接收盤38上。該牽引工藝將一直連續(xù)進(jìn)行，直到預(yù)制棒的預(yù)設(shè)長度的部分被處理，或直到制造出預(yù)設(shè)長度的光纖。
在牽引后，光纖常常要經(jīng)過一個拉力試驗，這也被稱為“篩除測試”，在該試驗中它被從第一絞盤(例如用于牽引工藝的絞盤)上展開并通過具有滑輪的路徑被繞到第二絞盤上，在該路徑中一個預(yù)設(shè)的拉力被加在光纖上。
然后通信光纖會被制成光纜，這會給光纖提供支撐結(jié)構(gòu)以使它們能被運輸、安裝和用于預(yù)定的情況。
如上所述，形成光纜1的工藝一般包括，通過擠壓工藝制造光芯2，接著是加上外保護(hù)和加強層7，11和13，其中“層”包括金屬部分7a，7b和7c皇冠所形成的層。
參考圖6，數(shù)字50表示了用來制造“緊的”光纜中光芯的整個裝置，在這個特別情況中是用來制造光芯2。
裝置50在它的主要部件中包括一個開卷和饋送部分51，一個擠壓部分52以及一個收線部分53，它們在一個本質(zhì)上是直線的工藝70方向上一個接一個。
該饋送部分51包括一個單元54以及多個單元55，它們分別用來將中心部分4和光纖3饋送給擠壓部分52。
該單元包括一個用來給中心部分4開卷的絞盤56，以及一個用來調(diào)節(jié)中心部分4的開卷張力的緩沖設(shè)備57。在“SZ”光纜的情況下，可能在工藝70的方向上會有一個自旋設(shè)備58，它能夠在中心部分4通過時對中心部分施加可控的交替的自旋。
該自旋設(shè)備58可以包括諸如裝有發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)零件，它在中心部分4前進(jìn)時與之相作用，給中心部分加上關(guān)于其軸的交替旋轉(zhuǎn)。
每個饋送單元55包括一個對應(yīng)于光纖3的開卷絞盤60，一個用來調(diào)節(jié)開卷拉力的已知類型的緩沖設(shè)備61，以及用來將對應(yīng)的光纖3在預(yù)設(shè)方向上饋送給擠壓部分52的返回滑輪62。
該擠壓部分52在工藝70的方向上包括一個能夠在中心部分4以及光纖3周圍擠壓聚合物材料以形成聚合物材料體5的第一擠壓機65，以及用來在擠壓后冷卻聚合物層5的第一冷卻箱66。該擠壓部分52也可以包括一個位于第一冷卻箱66下游的用于在聚合物體5上沉積保護(hù)護(hù)套6的第二擠壓器84，以及一個用于固化護(hù)套6的第二冷卻箱85。在第一冷卻箱66與第二擠壓器84之間可以存在一個熱氣干燥設(shè)備82用來消除聚合物體5表面的微量水分。
該擠壓器65可以包括諸如一個擠壓頭(沒有示出)，它包括一個與軸70相共軸的硬模，它能夠?qū)⒅行牟糠?以及光纖3引導(dǎo)到擠壓區(qū)，在這里聚合物材料被注入進(jìn)來以形成光芯2。特別地，該硬模可以具有一個用于通過中心部分4的中心通道和用于通過光纖3的多個其它通道，這多個通道組成圍繞中心通道的一個環(huán)。
該收線部分53包括一個已知類型的牽引設(shè)備86，例如一個具有連續(xù)墊子的牽引設(shè)備或一個具有輪子(“絞盤”)類型的設(shè)備，它能夠以一個受控的速度牽引光芯2。收線部分53還包括一個裝有發(fā)動機的能夠接收以及存儲光芯2的接收盤87，以及位于接收盤87上游的能夠調(diào)節(jié)光芯2的繞轉(zhuǎn)拉力的一個緩沖設(shè)備88。
裝置70按下文的描述工作。中心部分2與光纖3通過單元54和55被饋送給擠壓部分52。在部分52中，第一擠壓器65在中心部分4和光纖3的周圍擠壓聚合物材料，而第一冷卻箱66在擠壓后對聚合物體5進(jìn)行冷卻。
然后，該第二擠壓器84在聚合物體5上沉積保護(hù)護(hù)套6，第二冷卻箱85將形成護(hù)套6的材料固化。干燥設(shè)備82如果存在的話，會通過噴射熱氣消除聚合物體5表面上的微量水分。
同時，牽引設(shè)備86以一個受控的速度牽引光芯2，接收盤87接收并存儲光芯2。其間，緩沖設(shè)備88調(diào)節(jié)著光芯2的繞轉(zhuǎn)拉力。
在“SZ”光纜的情況下，該自旋設(shè)備58對中心部分4施加了一個交替的自旋，聚合物材料和光纖3從擠壓區(qū)經(jīng)歷了一個關(guān)于方向70的交替旋轉(zhuǎn)運動，該運動具有的繞轉(zhuǎn)角本質(zhì)上等于中心部分4的旋轉(zhuǎn)角。作為該旋轉(zhuǎn)運動、沿工藝70方向的勻速前進(jìn)以及擠壓硬模中通道的特別配置(一個環(huán))的結(jié)果，光纖3沿“開的”螺旋路徑彼此隔開相等的距離。在這種情況下，光芯2的聚合物體5不存在不連續(xù)，這是因為它是用單個擠壓工藝形成的并且完全包含了光纖3以及中心部分4。
可替換地，聚合物體5可以用兩個連續(xù)的擠壓工藝來制成，而光纖3可以被置于用這種方式形成的兩個聚合物層的交接面處。為了這個目標(biāo)，擠壓部分52可以進(jìn)一步包括另一個擠壓器和另一個冷卻箱。
雙擠壓可以像諸如STC PLC的美國4,902,097中所描述的那樣來實現(xiàn)。該專利建議在一個中心部分周圍擠壓一層熱塑性彈性體，將該表面加熱至超過它的熔點，在該表面內(nèi)包含多根光纖，以及擠壓上用來覆蓋該光纖的第二層熱塑性彈性體。
上面描述的光纜可以被修改和變化而不偏離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
例如，光纜可以包括不同類型的光纖，其中至少一個具有上述的特性，而剩下的光纖中至少有一個具有不同的特性；例如，它可以是標(biāo)準(zhǔn)型的。
實驗測量結(jié)果申請者已經(jīng)使用上述的OVD工藝制造了三個不同的芯區(qū)預(yù)制棒，下面分別記為P1，P2和P3，如圖7所示，它們具有“分段芯區(qū)”類型(換句話說就是用分段的線來定義的)的折射率分布和色散位移類型，以及具有最內(nèi)部分(后來光纖的芯區(qū)從這里形成)的不同的橢圓度值。這些預(yù)制棒的主要特性總結(jié)在下面的表1中。

表1表1表示了多個值，它們的意義將在下文中講述。
如上所述，值X表示了在OVD工藝的第一步中燃燒器20掃描總次數(shù)的部分，它用來完成芯區(qū)預(yù)制棒中具有橢圓截面的部分。
ΔLTCmax表示了一個稱為“中心三角形寬度”(LTC)的參數(shù)的最大變化，它表示了如圖7中所示折射率分布的中心三角形的底邊的半長，該半長具有沿所述分布被測量的方向的變化。
對ΔLTCmax的測量實施于不同芯區(qū)預(yù)制棒產(chǎn)生的棍(canes)上。既然這些預(yù)制棒的最內(nèi)部具有一個截面上的預(yù)定的橢圓度，值ΔLTCmax提供了橢圓度的一個指示，其被作為關(guān)于橢圓軸的測量角度變化的函數(shù)來決定的。ΔLTCmax的最大變化是作為LTC的平均值LTCave的百分比來測量的。
ΔLTCmax的測量時通過York公司生產(chǎn)的適應(yīng)于分析預(yù)制棒和棍的P104測量儀器來實現(xiàn)的。該儀器的工作原理是基于測量橫向入射到預(yù)制棒或棍的激光束的偏轉(zhuǎn)。激光束的偏轉(zhuǎn)是折射率徑向變化的函數(shù)。從激光束的偏轉(zhuǎn)，利用Hankel變換就可以確定預(yù)制棒或棍的折射率分布。折射率基于圓柱對稱分布的假設(shè)而重現(xiàn)。這就意味著當(dāng)測量發(fā)生在最內(nèi)部的最小和最大直徑處(換句話說，就是橢圓的長軸和短軸)時，儀器所決定的分布不確切地表達(dá)“真實”分布。然而，該測量提供了存在于預(yù)制棒或棍中的橢圓度的指示，并且在如上所述的OVD工藝的步驟五(過包層)以及牽引工藝執(zhí)行前通常是有用的。圖8表示了(LTC/LTCave·100)關(guān)于測量角的變化，所述測量是對預(yù)制棒P1，P1和P3形成的棍使用前述P104儀器來確定。
值CO，或“芯區(qū)橢圓度”是一個與光纖芯區(qū)橢圓度e相聯(lián)系的值，其聯(lián)系是根據(jù)表達(dá)式CO≅50·e2,]]>并且根據(jù)上式來定義。CO的值可以直接用Photon Knetics公司的PK2400測量儀器來測量，該設(shè)備根據(jù)的是歐洲標(biāo)準(zhǔn)IEC-793-1-A2中所指定的程序。表1中的值就是用該方法在前述棍所形成的光纖樣品中測量得到的。特別地，該PK2400儀器能夠在光纖的端面進(jìn)行幾何測量。該測量是用633nm的輻射通過長度大約為2米的一段光纖，然后測量離開該光纖的前述端面的近場光分布來實現(xiàn)的。在實際中，該測量儀器通過處理離開該端面的光分布(使用“fitting”操作)直接給出CO值。
表1中的光纖芯區(qū)橢圓度值是通過適當(dāng)?shù)慕苼淼玫降?，該近似是從前述的CO值利用上述兩值之間的關(guān)系來得到的。
申請者已經(jīng)估計出由于成纜所導(dǎo)致的雙折射會小于或等于橢圓度0.3所導(dǎo)致的雙折射(例如用預(yù)制棒P3制造的光纖的雙折射)，并且會小于或等于橢圓度0.45(例如用預(yù)制棒P2制造的光纖的雙折射)所導(dǎo)致的雙折射的一半。
然后，申請者測量了用預(yù)制棒P1，P2以及P3形成的光纖樣品的本征PMD。在預(yù)制棒P2的情況中，使用了兩種不同的棍，分別記為“棍a”以及“棍b”。特別地，測量實施在從預(yù)制棒P1形成的光纖F1上，實施在從預(yù)制棒P2和棍a形成的光纖F2a上，實施在從預(yù)制棒P2和棍b形成的光纖F2b上，以及實施在從預(yù)制棒P3形成的光纖F3上。所有的樣品都被做成1km長。對于每一類型的光纖，制作了一個帶有自旋(自旋值表示于下文中)的樣品和一個不帶自旋的樣品。在測量帶有自旋的光纖的PMD的情況時，對光纖F2a和F3中的每一個都使用了具有相同自旋的兩根光纖樣本。
對PMD的測量使用了EG&G公司制造的CD3測量儀器，并且是根據(jù)了美國標(biāo)準(zhǔn)FOTP-113(“通過波長掃描測量單模光纖的極化偏振模式色散(Polarization-mode dispersion measurement forsingle-mode optical fiers by wavelength scanning)”，Telecommunication Industry Association(TIA)，1993)所指定的測量程序。特別地，該測量的實現(xiàn)是通過將一個具有可變波長的測試輻射通過前述的不受拉力的光纖樣品。在光纖的輸出處存在一個檢光器(polarizer)，檢光器輸出的光強在不同的波長上被分析，該分析使得PMD的值得到確定。
前述的PMD的測量結(jié)果被總結(jié)于表2。

表2與光纖F1相聯(lián)系的PMD值被發(fā)現(xiàn)是不可測量的，這是因為它們超出了所用儀器的測量極限。
在考慮不帶自旋的光纖的PMD情況時，在一些樣品上所做測量的變化范圍或近似值被表示出來?？梢钥吹?，在光纖F1的情況下，6轉(zhuǎn)每米的自旋不足以將PMD降到可接受的值，所述光纖F1具有一個相對高橢圓度(0.6)的芯區(qū)。
在光纖F2a的情況下，大約5轉(zhuǎn)每米的自旋就足夠?qū)崿F(xiàn)可接受的PMD值，所述光纖F2a具有芯區(qū)橢圓度0.45。申請者認(rèn)為對于大于10轉(zhuǎn)每米的自旋，該光纖的PMD值甚至?xí)　?br> 在光纖F2b的情況下，大約20轉(zhuǎn)每米的自旋就足夠?qū)崿F(xiàn)特別低的PMD值，所述光纖F2b也具有芯區(qū)橢圓度0.45。申請者認(rèn)為對于該光纖，大于10轉(zhuǎn)每米的自旋足夠?qū)崿F(xiàn)低的PMD值。
光纖F3具有的橢圓度值也可以用標(biāo)準(zhǔn)制造(其中“標(biāo)準(zhǔn)制造”表示的制造中，OVD工藝中的支柱22的角速度是恒定的)局部地和不規(guī)則地來達(dá)到。對于該光纖，6轉(zhuǎn)每米的自旋足以提供一個低的PMD(小于或等于0.1/km1/2)。
為了檢驗光纖對于成纜的敏感度(按照PMD)，PMD測量被重復(fù)地用同樣的方法作用于同樣的樣品，這是在每個樣品沒有交疊地(換句話說，就是單層)被繞到直徑為300mm的絞盤上以后，并且樣品受的拉力為150±10g。這樣就得到了在光纖上大約1g/mm的側(cè)向壓力，并且，根據(jù)申請人，這就以足夠的準(zhǔn)確性模擬了由于成纜所導(dǎo)致的側(cè)向壓縮力。
通過應(yīng)用S.C.Rashleigh的文獻(xiàn)單模光纖中偏振效果的起源和控制(Origins and Control of Polarization Effects in Single-ModeFibers)，Journal of Lightwave Technology，Vol，LT-1，No.2，June1983中的信息，尤其是該文獻(xiàn)中的公式(2)和(10)以及值Δn＝0.003(其中Δn是芯區(qū)與包層的折射率差)，F(xiàn)＝1.5N(其中F是加在光纖上的拉力)，和R＝150mm(其中R是繞轉(zhuǎn)絞盤的半徑)，申請者還發(fā)現(xiàn)，由于繞在絞盤上而帶來的用來模擬成纜情況的雙折射大約等于由于橢圓度0.3所帶來的雙折射(例如用預(yù)制棒P3形成的光纖中的雙折射)，并且大約是由于橢圓度0.45所帶來的雙折射(例如用預(yù)制棒P2形成的光纖中的雙折射)的一半。這就確認(rèn)了上文有關(guān)由于成纜導(dǎo)致的雙折射值與光纖芯區(qū)橢圓度所帶來的雙折射值之間的比較的估計。
前述的測量都是作用在光纖F2a、F2b、F3上，以及為了比較的目的作用在用標(biāo)準(zhǔn)沉積工藝(并且在牽引過程中加入自旋)制造的色散位移(DS)型的STD光纖上。這些測量的結(jié)果被示于表3中。為了比較，表3還示出了實際上拉力為零的這些光纖先前的測量值。

表3可以看到，盡管一個標(biāo)準(zhǔn)成纜光纖具有大于成纜前同樣光纖的PMD值兩倍的PMD，在使用本發(fā)明中方法制造光纖的情況下，成纜工藝沒有給光纖的PMD帶來顯著的增加。這樣就有雙重優(yōu)點首先，成纜的光纖的PMD值可以被維持得很低；其次成纜的光纖的PMD值可以在一個很好的精度內(nèi)被預(yù)測。
該實驗測量特別地表示了，對于處于范圍0.3到0.45的光纖芯區(qū)平均橢圓度，以及對于超過5÷6轉(zhuǎn)每米的自旋值，成纜光纖的PMD與未成纜的光纖的PMD是可比的。
申請者認(rèn)為本發(fā)明的優(yōu)點對于所有的情況都是存在的，所述情況是指橢圓度值在范圍0.25到0.55內(nèi)，希望是從大約0.3到0.5，更希望是從大約0.35到0.5，甚至更希望是從大約0.35到0.45，以及自旋值至少是4轉(zhuǎn)每米，希望至少5轉(zhuǎn)每米，更希望至少6轉(zhuǎn)每米，而且更希望至少10轉(zhuǎn)每米。
對側(cè)向壓力的敏感性被估計是小于下述光纖的敏感性一半，即具有了用通常OVD和牽引工藝所制成的光纖中典型存在的橢圓度的光纖。
申請者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)光纖F2a，F(xiàn)2b和F3的其它光學(xué)表現(xiàn)特性與用標(biāo)準(zhǔn)工藝制造的STD光纖是相似的。申請者還發(fā)現(xiàn)，利用將本質(zhì)上是圓柱芯區(qū)的光纖接合在一起的典型方法，將橢圓度大約為0.45的兩光纖接合所導(dǎo)致的耦合損耗小于0.1dB。最后，申請者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的光纖所需要的橢圓度，并不對制造過程中的光纖光學(xué)性能規(guī)格的控制帶來負(fù)面影響。
權(quán)利要求
1.用于遠(yuǎn)程通信的光纜(1)包括一個包含多根光纖(3)的光芯(2)，其特征在于，至少一個所述的光纖具有最大值至少為4轉(zhuǎn)每米的關(guān)于它自己的軸的自旋并包括一個芯區(qū)(12)，該芯區(qū)具有一個范圍從大約0.25到大約0.55的平均橢圓度。
2.權(quán)利要求1中所述的光纜，其特征在于所述平均橢圓度處于從大約0.3到大約0.5的范圍內(nèi)。
3.權(quán)利要求1中所述的光纜，其特征在于所述平均橢圓度處于從大約0.35到大約0.45的范圍內(nèi)。
4.權(quán)利要求1中所述的光纜，其特征在于所述光芯(2)包括一個聚合物材料體(5)，該聚合物材料體包含了所述的至少一個所述光纖(3)。
5.權(quán)利要求1中所述的光纜，其特征在于它包含了安排在所述光芯(3)周圍的加強部分(7)以及置于所述加強部分(7)周圍的至少一個保護(hù)層(11，13)。
6.用于遠(yuǎn)程通信的光纜，包括一個包含多根光纖(3)的光芯(2)，其特征在于至少一個所述光纖(3)具有一個關(guān)于它自己的軸的預(yù)設(shè)的自旋并包括一個具有至少為0.25的平均橢圓度的芯區(qū)(12)，所述自旋和所述平均橢圓度使得光纖的PMD小于或等于大約0.2ps/km1/2。
7.用來制造遠(yuǎn)程通信用光纜的方法，包括步驟-制造至少一根光纖，這依次包括的步驟有，制造至少一個玻璃材料的預(yù)制棒以及從所述的至少一個預(yù)制棒中牽引出所述的至少一根光纖；-制造包含所述至少一根光纖的聚合物材料體；其特征在于，所述的制造至少一個預(yù)制棒的步驟包括工藝參數(shù)的調(diào)整，所述調(diào)整使所述預(yù)制棒在內(nèi)部具有一個處于0.25到0.55范圍內(nèi)的平均橢圓度，所述的牽引所述光纖的步驟包括給所述光纖加上最大值為至少4轉(zhuǎn)每米的自旋的步驟。
8.權(quán)利要求7中的方法，其特征在于所述的自旋是一個交替的自旋。
9.權(quán)利要求7中的方法，其特征在于，制造所述預(yù)制棒的所述步驟包括在一個圓柱支柱上沉積化學(xué)物質(zhì)，所述圓柱支柱繞它自己的軸旋轉(zhuǎn)，以及所述的調(diào)整工藝參數(shù)的步驟包括用周期性的方式調(diào)整所述圓柱支柱的旋轉(zhuǎn)速度的步驟。
10.權(quán)利要求7中的方法，其特征在于它包括的步驟是，在所述聚合物材料體外面加上一個保護(hù)和/或加強部分。
11.權(quán)利要求7中的方法，其特征在于制造至少一個預(yù)制棒的所述步驟包括執(zhí)行一個外部蒸汽沉積工藝。
12.用來制造遠(yuǎn)程通信用的光纜的方法，包括步驟-制造至少一根光纖，該光纖依次包括的步驟是，制造至少一個玻璃材料的預(yù)制棒，以及從所述至少一個預(yù)制棒中牽引出所述至少一根光纖；-制造包含所述光纖的聚合物材料體；所述方法特征在于，所述的制造至少一個預(yù)制棒的步驟包括工藝參數(shù)的調(diào)整，所述調(diào)整使所述預(yù)制棒在內(nèi)部具有一個至少為0.25平均橢圓度，所述的牽引所述光纖的步驟包括給所述光纖加上預(yù)設(shè)的自旋的步驟，所述平均橢圓度以及所述自旋使得所述光纖的PMD小于或等于大約0.2ps/km1/2。
13.適于用在光纜中的光纖，包括一個用于傳輸光信號的芯區(qū)以及一個圍繞所述芯區(qū)的包層，所述光纖特征在于，它具有一個關(guān)于它自己的軸的自旋，該自旋具有至少4轉(zhuǎn)每米的最大值，所述芯區(qū)具有的平均橢圓度處于從大約0.25到大約0.55的范圍內(nèi)。
14.權(quán)利要求13中的光纖，其特征在于所述平均橢圓度處于從大約0.3到大約0.5的范圍內(nèi)。
15.權(quán)利要求13中的光纖，其特征在于所述平均橢圓度處于從大約0.35到大約0.45的范圍內(nèi)。
16.用來制造適于用在光纜中的光纖的方法，包括的步驟是，制造一個玻璃材料的預(yù)制棒以及從所述預(yù)制棒中牽引出所述的光纖，所述方法特征在于所述制造所述預(yù)制棒的步驟包括調(diào)整工藝參數(shù)的步驟，所述調(diào)整使所述預(yù)制棒在內(nèi)部具有一個處于0.25到0.55范圍內(nèi)的平均橢圓度，所述的牽引所述光纖的步驟包括給所述光纖加上最大值為至少4轉(zhuǎn)每米自旋的步驟。
17.權(quán)利要求16中的方法，其特征在于所述自旋是一個交替的自旋。
18.權(quán)利要求16中的方法，其特征在于，制造所述預(yù)制棒的所述步驟包括在一個圓柱支柱上沉積化學(xué)物質(zhì)，所述圓柱支柱繞它自己的軸旋轉(zhuǎn)，以及所述的調(diào)整工藝參數(shù)的步驟包括用周期性的方式調(diào)整所述圓柱支柱的旋轉(zhuǎn)速度的步驟。
19.權(quán)利要求16中的方法，其特征在于制造一個預(yù)制棒的所述步驟包括執(zhí)行一個外部蒸汽沉積工藝。
20.權(quán)利要求16中的方法，其特征在于所述自旋具有至少為10轉(zhuǎn)每米的最大值。
全文摘要
一根用于通信的光纜(1)包括一個光芯(2)以及多個圍繞所述光芯(2)的保護(hù)和加強部分或?qū)?7，11和13)，該光芯(2)反過來包括一個中心加強部分(4)，一個聚合物層(5)，多根包含于聚合物層(5)中的光纖(3)，以及覆蓋聚合物層(5)的一個薄護(hù)套(6)，該光纖具有關(guān)于它們自己的軸的交替自旋，該自旋具有至少4轉(zhuǎn)每米的最大值，該光纖還包括一個具有平均橢圓度在0.25到0.55范圍內(nèi)的芯區(qū)(12)，這使得由于成纜所導(dǎo)致的雙折射效應(yīng)大大降低。
文檔編號C03B37/02GK1531664SQ01821455
公開日2004年9月22日 申請日期2001年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月28日
發(fā)明者弗朗哥·科基尼, 安德烈·馬佐蒂, 阿方索·卡瓦拉羅, 費朗切斯科·迪諾拉, 卡瓦拉羅, 馬佐蒂, 弗朗哥 科基尼, 斯科 迪諾拉 申請人:皮雷利有限公司