專利名稱：改進的光纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有改進的光學傳輸特性的光纜。并且尤其涉及包含光纖束的以及用于減少彎曲損耗的光波傳輸光纜。
背景技術(shù)：
高容量光波傳輸光纜常常包括以帶狀或成束光纖構(gòu)形組織的多個光纖。常規(guī)的成束光纜典型地在光纜芯處具有隨機組織的兩個或多個光纖。為了盡力增大光纖密度及空間效率，設(shè)計了光纖帶。但是，其中光纖隨機組織的光纖束仍被廣泛使用，尤其是對于光纖數(shù)相對較少的情況。
長久以來已經(jīng)認識到光纖的彎曲是一個主要的信號損耗途徑。彎曲半徑(微彎曲)越小，越多的光逸出纖芯而損耗。當多個光纖排列在一個光纜中時，由于成束的光纖之間以及光纖與光纜套管之間機械地相互作用，微彎曲問題受該排列特性的影響。使用帶狀排列的光纖將該相互作用控制在某個程度，但是光纖帶具有其自身的獨特的微彎曲性質(zhì)。在具有矩形截面的一個光纖帶中，面外彎曲剛度比面內(nèi)彎曲剛度低得多，導致所謂的優(yōu)先彎曲軸。在其它的結(jié)果中，該優(yōu)先彎曲特性會在光纜載荷過程中在該帶中的某些光纖上造成非隨機應(yīng)力。這些應(yīng)力會降低光纜中的光纖的信號傳輸特性。因此光纖帶在成纜時提出特殊考慮。
在光纜設(shè)計中還普遍認為控制微彎曲損耗的較好方法是使光纖與周圍的光纜機械地去耦。這樣，光纜上的機械碰撞和應(yīng)力就不轉(zhuǎn)移或者最低限度地轉(zhuǎn)移到光纖上。為了達到這個目的已經(jīng)使用了各種技術(shù)。早期方法包括將光纖或光纖束松散地放在一個相對較硬的管中。目的是允許光纖在管中“浮動”。在替代的設(shè)計中，光纖被包覆一個初次覆層，典型地為聚合物覆層，并且該覆層上施加一個光纜護套，同樣典型地為聚合物。在這種情況下該初次覆層被制成柔軟的，使得光纜受到的應(yīng)力不會有效地轉(zhuǎn)移到光纜內(nèi)的光纖上。在針對同一目的的另一個設(shè)計中，光纖被涂覆一種凝膠，以減小光纖與周圍的光纜護套之間的機械耦合。見2000年3月7日發(fā)布的美國專利號6,035,087。
這里使用的術(shù)語“外套”定義為包圍光纖的該初次介質(zhì)。
設(shè)計目的是使光纖去耦的光纖成纜技術(shù)僅獲得一定的成功。這部分因為當光纜適度彎曲時，光纜內(nèi)的成束光纖有翹曲或起皺的趨勢。皺紋典型地在彎曲的內(nèi)徑上形成。鑒于彎曲本身可以具有相對較大的半徑，該半徑超過了將發(fā)生嚴重微彎曲損耗的范圍，皺紋的彎曲小得多，并且容易轉(zhuǎn)移到光纖上，導致微彎曲損耗。因此用于消除或減小成束光纜中的這些皺紋的技術(shù)將代表一項重大的技術(shù)進步。
2001年11月13日發(fā)布的美國專利號6,317,542和2003年4月22日提出的申請系列號10/420,309中有用于光纖帶光纜的覆層或外套的一個特別詳盡的討論。
這些參考文件描述了各種實施例，其中敷形外套(conformalencasement)被用于光纖帶堆棧。用于將光纖耦合到其余光纜結(jié)構(gòu)的敷形外套的討論與以下討論有關(guān)，并且這些參考文件在這里一并作為參考。

發(fā)明內(nèi)容
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)實踐相反，增加光纖束與周圍的光纜之間的耦合會提供意外的好處，并且減小光纜翹曲和起皺的趨勢。如果光纖共同顯示出一個優(yōu)先彎曲軸，例如一個光纖帶時，該效果尤其顯著。增加的耦合和減小的微彎曲損耗是通過三個特征的組合實現(xiàn)的。首先，使用一個相對較高模量的外套。第二，促進光纖與外套之間的附著力。重要的是包圍光纖束的一個相對較硬介質(zhì)和光纖束與該周圍介質(zhì)之間的相對較高的附著力的組合，以允許光纜外部上的應(yīng)力轉(zhuǎn)移到光纖束。將應(yīng)力轉(zhuǎn)移到光纖束使得光纖束中的玻璃纖維被用作抗壓強度構(gòu)件。抑制光纖束光纜上的壓縮應(yīng)變明顯減小了光纖束在彎曲半徑內(nèi)部形成皺紋的趨勢。這種效果的量度是外套關(guān)于光纖束的收縮率，將在以下詳細描述。
敷形耦合外套的優(yōu)點還適用于其它光纖束構(gòu)形。一個例子是以緊密的排列，例如一個中心光纖周圍六個光纖的六邊形排列纏繞和組織的一束2～20個光纖。這些將在以下詳細描述。
可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的光纜設(shè)計尤其適用于吹氣式安裝(air-blowninstallation)。


圖1是使光纖帶堆棧成纜以減少堆棧到光纜結(jié)構(gòu)的耦合的一種現(xiàn)有技術(shù)方法的透視圖；圖2是使光纖帶堆棧成纜的第二現(xiàn)有技術(shù)方法的透視圖；圖3是一個示意圖，顯示當光纜適度彎曲時光纖帶堆棧外套的起皺問題；圖4是一個示意圖，詳細顯示圖3的皺紋；圖5是本發(fā)明的光纖帶光纜的一個實施例的透視圖；圖6是本發(fā)明的光纖帶光纜的另一個實施例的透視圖；圖7給出圖5的光纖帶光纜的簡圖，顯示與本發(fā)明特征的描述相關(guān)的尺寸；圖8是一個示意圖，顯示本發(fā)明的光纖帶光纜的剝離；圖9是類似圖5所示的具有十二個單元的一個光纜的橫截面；圖10是一個光纜的透視圖，該光纜在一個耦合的外套中具有七個光纖的一個光纖束；以及圖11顯示具有一個附加的開傘索的圖10的光纜。
具體實施例方式
如上所述，光纖束包括兩個主要種類，隨機成束的光纖，以及以帶狀構(gòu)形組織的光纖。為了便于描述，并且因為光纖帶在光纜性能方面給出了光纖束的一種特殊情況，以下描述將集中在光纖帶光纜。但是，熟練的技術(shù)人員將理解許多描述同樣適用于具有隨機組織的光纖的光纖束。
參考圖1，顯示光纖帶堆棧11嵌在光纜護套中。光纜護套包括管12和管覆層13。在該例圖中光纖帶堆棧集合具有三條帶，每條帶具有六個光纖。具有四個或八個以及更多光纖的帶是常見的并且可以買到。應(yīng)當理解這些數(shù)字是任意的，是為了示例。關(guān)于光纖帶結(jié)構(gòu)的更多細節(jié)見美國專利號4,900,126，這里一并作為參考。每條帶的光纖數(shù)目可以從兩個到大于二十個。堆棧中帶的數(shù)目也可以與這里所述的三條帶完全不同。這些數(shù)目將決定該堆棧的寬高比，即寬度比高度。光纖帶可以疊加成帶平面在堆棧的長尺寸方向或短尺寸方向。在后一種情況中，典型地光纖帶比每條帶的光纖多。因此應(yīng)當認識到在本發(fā)明的上下文中，用于光纖帶堆棧的很多種構(gòu)形都是有用的。具有單條帶的光纜也認為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。這些圖中顯示的排列僅僅是為了示例。
在圖1的實施例中，光纖堆棧11本質(zhì)上與護套管12完全去耦。這是一種所謂的“松散管”集合，以允許光纖堆?！案印痹诠苤?。當管中發(fā)生小的彎曲或凹陷時，它們最少地轉(zhuǎn)移到光纖。
圖2顯示另一種光纖帶堆棧光纜設(shè)計。該設(shè)計的更多細節(jié)參考美國專利號6,317,542。21處顯示該光纖帶堆棧，一個初次外套22圍繞該光纖帶堆棧。第二覆層23顯示在外套層22上形成。在該設(shè)計中，光纜外表面的應(yīng)力通過兩個途徑與該光纖帶堆棧去耦。一個是，外套層22由相對較軟的材料制成。直觀地，可以認識到，如果材料22是軟的，它就是一種無效的力轉(zhuǎn)移介質(zhì)。這可以看作是圖1的設(shè)計理論的擴展，圖1中材料22是不存在的。用于減小光纖帶堆棧與外套之間的力轉(zhuǎn)移的第二個途徑是減小光纖帶堆棧與外套之間的附著力。如果該光纖帶堆棧是自由的，可以在外套內(nèi)滑動，則拉力和壓力都較少有效地在它們之間耦合。
另外，圖2的光纖帶堆棧光纜設(shè)計具有一個敷形外套。以下將詳細討論它的幾個方面。但是，這里可以注意到，正象該光纖帶堆棧具有一個優(yōu)先彎曲軸一樣，外套22和第二覆層23也具有優(yōu)先彎曲軸，與光纖帶堆棧的優(yōu)先彎曲軸一致的軸。因此該設(shè)計具有一個極強的優(yōu)先彎曲軸。部分由于此，如果光纜受到適度彎曲，外套則具有翹曲的趨勢。這導致在外套中(也在第二覆層23中)形成皺紋。圖3表示這種狀態(tài)。光纖帶光纜31顯示具有半徑約為R的彎曲。在31處顯示在彎曲半徑的內(nèi)側(cè)形成皺紋。該皺紋容易具有波紋圖形，詳見圖4。顯然，圖4是圖3的圓32的放大。雖然由半徑R的相對較大彎曲導致的光纖帶堆棧上的應(yīng)力可能不會對該光纖帶堆棧的傳輸特性造成不利影響，但是由具有較小半徑r的皺紋33(圖4)造成的應(yīng)力的二級影響可能具有顯著的有害作用。
本發(fā)明的該耦合的光纖束光纜用于克服或減小剛才所述的影響。圖5顯示本發(fā)明的設(shè)計用于帶束，其中該光纖帶堆棧顯示為51，外套顯示為52。該外套具有與現(xiàn)有技術(shù)中的趨勢相反的重要特征。首先，外套52的材料相對較硬。這允許外套外部的應(yīng)力故意轉(zhuǎn)移到光纖帶堆棧。為此推薦外套52的材料的彈性模量大于210MPa，并且較好地大于300MPa。該外套的較好的特定材料為聚烯烴和酯基聚合物例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯聚合物、乙烯丙烯酸聚合物、酯基聚合物，以及前述的共聚物。這些材料是作為例子給出的，不是對可能的適當材料的限制。在每種情況下，聚合物的密度及其它性質(zhì)可以通過技術(shù)上眾所周知的方法修整，以提供本發(fā)明的機械特性，以及其它所需的性質(zhì)。例如，用于建筑內(nèi)部的光纖帶堆棧光纜可能需要阻燃聚合物。一個例子是DGDA-1638-NT，可以從Dow化學公司獲得的一種阻燃低煙零鹵素樹脂。在23℃時，該材料的彈性模量近似為213MPa。一種非阻燃較好材料是DFDA-6115，可以從Dow化學公司獲得的一種低密度聚乙烯。該材料在23℃時的彈性模量近似為213MPa。
外套52的第二特征是它附著在光纖帶堆棧上。光纖帶堆棧與外套之間的適度附著力以及相對較硬的外套介質(zhì)的組合，有效地將應(yīng)力轉(zhuǎn)移到光纖帶堆棧中的光纖。眾所周知，玻璃纖維無論在拉力還是在壓力下都具有高剛度。在圖5的光纖帶堆棧光纜設(shè)計中，玻璃纖維作為抗壓強度構(gòu)件，有效地阻止光纜翹曲或相反扭曲。長的纖細結(jié)構(gòu)例如纖維或帶由于翹曲因而作為壓縮剛度構(gòu)件的能力有限。一旦翹曲，該結(jié)構(gòu)的有效壓縮剛度顯著降低，并且在某些情況下，實際上消失了。外套介質(zhì)通過增大觸發(fā)彈性不穩(wěn)定性所需的壓縮應(yīng)變能量閾值，能夠有助于阻止翹曲的發(fā)生。因此，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的外套使得光纖帶能夠在翹曲前支持更大的壓縮載荷或應(yīng)變。此外，外套還可作為翹曲狀態(tài)的切線剛度矩陣，限制該帶的側(cè)向撓度的大小，以及使該翹曲減小有效壓縮剛度的程度最小。以下給出這些特征的更專門的討論。
該耦合外套的一個附加特征是它形成一個自然的水阻。這使得不再需要凝膠填充物或吸收劑帶。
如圖6所示，嵌入的光纖帶堆?？赡芫哂幸粋€或多個附加的外層53。典型地這些外層將是具有適合預(yù)期光纜應(yīng)用的性質(zhì)的聚合物。對于用戶房屋應(yīng)用，外層可以是阻燃的。外層53較好地比覆層52硬，模量250～2000MPa。合適的外層材料的其它細節(jié)可以見美國專利號6,317,542。
如前所述，本發(fā)明的光纜設(shè)計可能特別適用于吹氣安裝。見美國專利申請序列號10/233,719，于2002年9月3日提出申請，這里一并作為參考。吹氣式光纖系統(tǒng)現(xiàn)在可用于替換常規(guī)光纖成纜系統(tǒng)。這些系統(tǒng)用于節(jié)省空間和時間，以及便于改變系統(tǒng)設(shè)計。在一吹氣式光纖安裝中，通過一種粘性空氣流將光纖介質(zhì)推進經(jīng)過一個預(yù)設(shè)的纜管。采用這種技術(shù)，光纖介質(zhì)與空氣流一起同時被機械地“推”進導管，使用沿光纖長度分布的凈力，而非從一端拉。此外在簡單性和靈活性上的優(yōu)點是光纖斷裂或過度應(yīng)力被減到最小。
在一個典型的安裝中，纜線安裝管路包括一個保護性外導管內(nèi)部的成束的各個子導管。使用了各種導管類型，特別適用于壓力通風系統(tǒng)、上升管、一般目的以及室外應(yīng)用。內(nèi)部子導管可以很小，例如直徑0.25英寸，對于大的高光纖量的光纜，可以達到2英寸。這些導管通常被稱作微導管。
安裝在微導管中的光纖通常是小束的形式，典型地2～24個光纖，或者是帶狀或堆棧的帶。對于這種應(yīng)用，光纖介質(zhì)應(yīng)當具有使其適用于在微導管中安裝的物理特性。本發(fā)明的光纜的圓形或橢圓形狀滿足該要求。在該較好情況下，使用氣吹技術(shù)實現(xiàn)微導管光纜在微導管中的安裝。光纖吹氣安裝的成功依賴某些條件，例如微導管光纜直徑、微導管直徑、微導管材料的摩擦特性、空氣流速、空氣壓力、垂直上升量、管阻塞、管中斷等。關(guān)于此點，特別重要的是微導管光纜覆層的性質(zhì)，尤其是構(gòu)成護套的材料的摩擦特性。要求具有低摩擦表面，以允許微導管光纜在微導管內(nèi)容易地滑動。但是，同時要求護套表面具有足夠的粗糙度，以向空氣流提供足夠的動態(tài)空氣阻力，以輸送微導管光纜通過微導管。這些要求對于護套覆蓋的微導管光纜的表面摩擦提出了一個微妙的設(shè)計平衡。于2002年9月3日提出申請的美國專利申請序列號10/233,719中描述了一個特別有用的護套設(shè)計，這里該專利申請一并作為參考。
當需要附加的光纜強度時，可以在外套與外層之間提供一層玻璃纖維或芳族聚酰胺線。這對于光纜牽引操作提供了附加的抗拉強度。
對于極高密度(容量)的光纜，多于一種的上述光纜結(jié)構(gòu)可以包含在單個光纜中，或者是圍繞一個中心構(gòu)件成股(就象在一個松散的管光纜中)，或者是包含在一個中心纖芯光纜的纖芯處。在這種情況下，為了便于在用戶前提下布線或閉合，一個光纜內(nèi)的多個單元可以是“折斷的”。圖7中顯示一個多單元光纜，其中顯示大容量光纜71具有類似圖5所示及所述的12個單元72。顯然，可以采用許多類似的構(gòu)形。單元72的集合被光纜護套73所包圍。圖7顯示單個護套，但是可以采用多個層。例如，護套73可以包括柔性聚合物的內(nèi)護套，該內(nèi)護套被耐磨聚合物材料的另一個護套包圍。單元72之間的間隔如果需要可以被填滿，但是較好地是不填滿的和干燥的，包含干燥的超吸收的材料以阻止水的傳播。
在圖7中，每個單元具有36個光纖。有所示12個單元，該光纜具有光纖數(shù)432。這樣大的一個光纜造成光纖組織的問題。帶的使用大大簡化了這些問題。在單元72中，由于堆棧的帶的固有組織，僅需要識別6×6矩陣中的一個光纖。因此單個光纖可以是顏色編碼的，或者可以使用附加的顏色編碼以便在將光纖從帶中剝離時能夠更容易地識別它們。但是，應(yīng)當認識到在這個大的光纜集合71中，圓形單元不是同樣固有地組織的。在某些應(yīng)用中，如圖7中的單元間隔所示，這些單元將在整個光纜長度上具有相同的組織。因此，僅需要對一個單元進行顏色編碼。但是，如果需要可以對多于一個的單元進行顏色編碼。
圖5和6中的光纖帶堆棧的機械性能及有關(guān)光學性質(zhì)將受到外套層52的材料性質(zhì)(如上所述)及尺寸的強烈影響。外套層的外徑可以與光纖帶堆棧的尺寸有關(guān)，使用圖8的簡圖定義該量。光纖帶堆棧將具有所示的高度和寬度，它們可以是相等的但是典型地具有1～2的寬高比。光纖帶堆棧的對角線dS為 為了方便起見，取dS作為用于定義外套層52的合適厚度值的相關(guān)尺寸。這將保證在光纖帶堆棧的角處具有足夠的覆層材料(指圖8中的t2)，用于光纖帶堆棧的保護，以及外套層的整體強度。圖8中dE表示的外套層的外徑則可以規(guī)定為dS+2t2。光纖帶堆棧的角處的厚度t2的較好范圍是3～15密耳。該尺寸定義為外套的最小厚度。外套層和光纖帶堆棧的總直徑dE是，以密耳為單位dE＝dS+(6～30)在這些圖中所示的光纖帶堆棧中，每個帶有六個光纖，每個堆棧有三或四個帶。一個四帶堆棧的典型尺寸為h＝48密耳w＝110密耳dS＝120密耳dE＝140密耳外套52的橫截面特別地且故意地是圓形的。推薦這種構(gòu)形是因為容易制造、容易安裝，以及其它重要原因。例如，檢查圖8，顯然，例如，當光纜在優(yōu)先彎曲軸上彎曲時，能夠使光纖帶堆棧緩沖的材料量是相當大的，即圖8中的厚度t1大于厚度t2。由于光纖帶是柔性的，因此這在最需要的地方提供了附加的應(yīng)力釋放。此外，顯然，圖5和6中所示光纜結(jié)構(gòu)的優(yōu)先彎曲軸都被外套層52(圖5)或?qū)?2和53的組合(圖6)削弱。這允許產(chǎn)生皺紋(圖3和4)的應(yīng)力更有效地分布在光纜的外表面周圍，由此減小該帶翹曲或形成皺紋的趨勢。
圖8所示結(jié)構(gòu)，即具有圓形橫截面的光纖帶堆棧光纜的另一個優(yōu)點是有一個內(nèi)置的開口條。這在圖9中顯示，其中撕開外套層52所需的力在光纖帶堆棧的角處比在光纜圓周周圍的其它地方要小得多。該內(nèi)置開口條并不帶來附加的成本或處理。外套層52的厚度t2較好地設(shè)計成容易撕開。為此所需的厚度將依賴于構(gòu)成層52的材料的性質(zhì)。作為一個例子，對于典型的低密度聚乙烯，尺寸t2較好地為3～10密耳。
光纖帶堆棧與周圍的外套之間所需的附著力的值可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計而有相當大的變化。如果附著力太低，則外套層52上的應(yīng)力不能有效地轉(zhuǎn)移到光纖帶堆棧。
為了附著力的有意義的定量測量，應(yīng)當建立并遵循一個統(tǒng)一的試驗程序。依賴被測物品的性質(zhì)，附著力的值以及試驗程序?qū)⒂邢喈敶蟮淖兓？梢圆捎美υ囼瀬頊y量光纜中的這個性質(zhì)。這是一個相對簡單的試驗，其中外套保持固定，一個或多個光纖帶從外套被拉拔。光纖帶與外套之間的附著力主要以剪切模式而非更常見的拉伸模式被測量(其中測量的力是通過施加在其中一個表面的力將兩個表面分開所需的力)。但是，在本發(fā)明的上下文中，在一個光纖帶光纜中，縱向的力比垂直光纜表面的力更恰當。為此，以下描述的拉力試驗程序是更有效的附著力試驗。
1.從一個線軸上切下5個4英寸(114.3mm)長的嵌入帶的樣本。
2.采用一個永久標記，在每個樣本的中心處標記1英寸長的一段。
3.如果沒有最外層，跳到步驟4。如果有一個外套的外層，如下去除使用一個刀片，沿著一個標記在外管的圓周周圍刻痕。從該切口縱向刻下，直到管的較短端。從該段去除管道的外層。
4.沿其中一個帶的一側(cè)從一個標記將該外套縱向切到底。然后，切開標記處的外套(周向)，注意不要切開該帶。該外套應(yīng)當脫落，僅留下帶暴露在外越過該標記。
5.在另一端，使用一個刀片沿其中一個帶到該標記將該管幾乎對半切開。將外套及外殼(如果有)從該帶上剝離。盡可能在接近標記處將該帶切斷，這應(yīng)當留下一個切成兩半的管，沒有該帶，直到此側(cè)的標記。
6.在標記之間的1英寸標準長度內(nèi)，樣本僅僅應(yīng)當是完全完好且未改變的。
7.重復步驟1～6以創(chuàng)建5個樣本。
8.使用兩組分Hardman 5分鐘環(huán)氧樹脂或類似快凝材料，在每個樣本上用膠涂覆暴露的帶堆棧，使它們固定在一起。注意不要將該帶粘貼到中心處的1英寸標準長度。
9.使用相同的環(huán)氧樹脂，將另一端的兩個“半管”固定在一起，用環(huán)氧樹脂將其涂覆。注意不要在切斷的暴露的帶上弄上環(huán)氧樹脂。
10.使環(huán)氧樹脂固化大約30分鐘。如果有大的凝塊就用剪刀修整環(huán)氧樹脂。
11.使用例如Instron公司制造的一個拉伸試驗機，安裝一個合適的測力傳感器和氣動C形壓板夾具用于拉力試驗。壓板之間的距離應(yīng)為1英寸。試驗的十字頭速度為1英寸/分鐘。每次試驗時使壓板之間的樣本標距居中。
12.試驗所有5個樣本。記錄載荷與位移的數(shù)據(jù)。來自試驗的預(yù)期結(jié)果為最大載荷，以及能量(定義為指定位移之間的曲線下的面積)。該試驗中采用的位移為0.0英寸和0.5英寸。報告該5個樣本的平均最大力和平均能量。“附著力”被報告為試驗過程中測量的最大載荷。
注意在該試驗中，是光纖帶堆棧被拉伸，而非單個的帶。這樣測量外套與光纖帶堆棧之間的附著力，并且因此相對不受帶本身之間的附著力的影響。
具有兩個帶，每個帶具有六個光纖的光纖帶堆棧的拉力試驗數(shù)據(jù)結(jié)果為5.47磅(24.33牛頓)的附著力。從外套拉伸光纖帶堆棧所需的能量為1.68磅力·英寸(2.94牛頓·厘米)。該外套為低密度聚乙烯，光纖帶的覆層為紫外固化的丙烯酸酯。
對于一個比較測試，準備了一個類似的單元，具有聚α烯烴油的覆層，以減小光纖帶堆棧與外套之間的附著力。這種情況下測量的最大附著力為0.97磅(3.87牛頓)。這種情況下所需的能量為0.118磅力·英寸(0.21牛頓·厘米)。
這些值將隨光纜尺寸及構(gòu)形、光纖帶覆層所用材料、外套所用材料、測量時的光纜溫度等而變化。因此給本發(fā)明推薦的附著力附加一個特定值或范圍是不嚴密的。但是，可以確定應(yīng)當較好地不使用附著阻滯劑(潤滑劑)。這可以定義為使外套層與光纖或光纖帶堆棧緊密接觸?；蛘撸饫w帶堆棧的主要部分(說明可能被成束的和/或防水的材料例如紗線占據(jù)的小的表面區(qū)域)和外套被定義為鄰接的，意味著接觸的，中間沒有其它材料。
外套可以包括多于一層，每層都具有所示性質(zhì)。在某些情況下，具有鄰接光纖堆棧的一個內(nèi)部粘合外套層可能是有利的。
通常地，所需范圍的附著力將是固有材料特性，即聚合物與聚合物間的固有附著力的結(jié)果。所需結(jié)果，即推薦的附著力可以通過已知的擠壓制造方法容易地得到。例如，外套可以是紫外固化的聚合物，并通過常規(guī)的紫外固化涂覆技術(shù)施加。
在本發(fā)明的上下文中另一個重要的性質(zhì)是外套層的收縮率。這是感興趣的主要性質(zhì)的另一種表示，即，外套外部的壓縮力轉(zhuǎn)移到光纖帶堆棧的效率。為了確定它，外套材料的名義收縮率已知或被測量。然后，在成纜產(chǎn)品中收縮率減小的程度是光纖帶堆棧與外套“相連”程度的量度。
光纜技術(shù)中的收縮率是眾所周知和理解的。它通常被稱作“縮回”并且是一個單元在長期暴露在高溫下變短的現(xiàn)象。該現(xiàn)象的發(fā)生是由于作為單元的護套/外套使用的聚合材料的松弛/平衡。高能拉伸構(gòu)形中截留的聚合物鏈可以在高溫下松弛和收縮；而且，在由半晶質(zhì)聚合物制成的單元中(就象這種情況下)，會發(fā)生二次結(jié)晶，其中單元的密度可能增加(伴隨由此引起的單元的收縮)。
為了測試本發(fā)明的上下文中的縮回，切下該單元的近似10英寸長度，并在85℃下保持90分鐘以驅(qū)動縮回。進一步的試驗證實，90分鐘足夠這些單元達到平衡。對于嵌入的單元，我們測量到平均0.22％的收縮率。為了比較，我們縱向切開其它的嵌入單元并去除該帶；這些顯示出2.33％的平均收縮率。這意味著嵌入的(成纜的)單元的收縮率減小90％，并且顯示通過在單元中嵌入該帶，產(chǎn)生一種有效的復合材料，其中光纖帶加強了嵌入介質(zhì)。
與定量附著力測量對比，收縮率測量容易量化。此外，該測量反映了所需性質(zhì)的組合，即，光纖帶堆棧之間的附著力，以及外套材料的彈性模量。如果未發(fā)生收縮，或者發(fā)生較小的收縮，這意味著光纖帶堆棧與外套有效耦合，并且光纖帶堆棧加強了單元對壓縮力的抵御。這是本發(fā)明的一個目的。因此，規(guī)定在較好情況下光纖帶堆棧光纜單元(帶有施加的外套)的收縮率在85℃均衡條件下測量小于外套材料的固有收縮率的40％，并且較好地小于20％是有意義的。
這里使用術(shù)語“外套”描述包圍光纖帶堆棧的初次介質(zhì)52。如前所述，在本發(fā)明的光纖帶堆棧光纜產(chǎn)品中可以有或者沒有附加的覆層或光纜護層。
雖然圖1-9的描述基本上是依據(jù)光纖帶光纜作為光纖成束光纜的主要種類，但是應(yīng)當很明顯，本發(fā)明適用于其它形式的光纖成束光纜。圖10顯示了其中一種，其中顯示光纖束具有緊密嵌入初次外套82的七個光纖81。而且，可以在任何合適的構(gòu)形中使用任意數(shù)量的光纖。在每種情況下，根據(jù)本發(fā)明，該光纖束被嵌入具有前述性質(zhì)的一個外套中。
如圖10所示，當一個隨機光纖束中包含多于一個光纖時，光纖以光纖互相接觸的方式卷繞和嵌入。如果使用三個光纖，則每個光纖接觸另外兩個光纖，在光纖束內(nèi)部形成一個通道。這在圖11中顯示。這同樣是圖10中的情況，或者無論何時三個或更多光纖成束。該通道允許水流經(jīng)光纖束。即使當有單點的水入口時，水的通道可以允許大量長度的光纜被浸沒。因此，較好地，當超過三個光纖被嵌入一個松散的束中時，每個光纖接觸一個或兩個其它的光纖，但是不是三個。這些構(gòu)形如圖12至14中所示，分別是三個、四個和五個光纖束。在這些實施例中，應(yīng)當認識到，沿光纜長度可能有三個光纖的偶然接觸，但是主要光纜結(jié)構(gòu)是避免沿光纜長度的大量空隙。
每個所述實施例的初次外套可以使用擠壓，或者通過使一種紫外固化樹脂紫外固化而制造。在較好情況下，該外套是通過擠壓施加的一種熱塑材料。
這些圖中顯示的光纜橫截面是圓形的。但是，橢圓形狀的橫截面同樣是合適的。在具有圓形或橢圓形橫截面的實施例中，不象該帶光纜實施例(見圖9)，不具有內(nèi)置的開口條。因此，如圖15所示，編接光纖81時可以具有一個開傘索91，幫助剝離外套。
技術(shù)上眾所周知，每個光纖具有一個光纖覆層。為了簡單起見，圖中沒有顯示光纖覆層。應(yīng)當理解到，在圖10～14的實施例中，較好地使外套直接接觸光纖覆層，即，其間沒有附加的覆層。這比常規(guī)帶狀結(jié)構(gòu)具有一個優(yōu)點，具有一個附加的覆層用于形成該帶。但是，圖10表示的本發(fā)明在實踐中也可以使用一個附加的覆層形成帶或束。類似的考慮應(yīng)用到圖5表示的實施例。該帶堆棧在光纖覆層與外套之間可以沒有附加的覆層，或者可以在構(gòu)成光纖帶的集合外具有光纖帶覆層，或者可以在光纖堆棧外具有一個覆層。較好地，沒有后者。在每種情況下，該一個或多個外套互相耦合，并且耦合到該光纖束，由此提供一個一元聚合物主體，較好地本質(zhì)上是固體聚合物，除了光纖的玻璃以外。如前所述，可以使用芳族聚酰胺或玻璃纖維紗線幫助光纖成束。這在該束是松散或隨機排列的位置上的多個光纖時尤其需要。
術(shù)語外套或包裹意味著確定該外套接觸光纖覆層。在成束的單個光纖的情況下，這將典型地意味著該外套直接接觸光纖覆層。在光纖以帶狀構(gòu)形組織，各個光纖外具有一個帶覆層的實施例中，這些術(shù)語意味著該外套直接接觸該帶覆層。
以下的術(shù)語多個用于表示多于一個。
術(shù)語光纖在技術(shù)中是確定的，意味著一個玻璃纖維，包括纖芯和包層，以及玻璃纖維外的聚合物覆層。
如前所述，光纜的橫截面可以是圓形的或者橢圓形的。術(shù)語“實質(zhì)上圓形”意欲包含橢圓形。
那些熟練的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種附加的變型?；旧弦蕾囉诩夹g(shù)進步所借助的原理及其等價物的關(guān)于本說明書的特定教學的所有偏離完全被考慮在所描述和要求的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.光纜，包括(a)一個光纖束，包含多個縱向延伸的光纖，(b)一個外套，具有實質(zhì)上圓形的橫截面，包裹該多個縱向延伸的光纖。
2.權(quán)利要求1的光纜，其中該外套是一種聚合物，在23℃時具有大于210MPa的彈性模量。
3.權(quán)利要求1的光纜，其中該光纖束選自實質(zhì)上由以下組成的組a.隨機排列的2～20個光纖，以及b.至少3個光纖的至少一個光纖帶，該光纖具有中心c，中心c位于公共軸上。
4.權(quán)利要求1的光纜，其中通過加熱到85℃測量的光纜的收縮率小于通過加熱到85℃測量的構(gòu)成外套的材料的收縮率的40％。
5.權(quán)利要求2的光纜，其中通過加熱到85℃測量的光纜的收縮率小于通過加熱到85℃測量的構(gòu)成外套的材料的收縮率的20％。
6.權(quán)利要求1的光纜在該外套外另外包含一個附加的聚合物層。
7.權(quán)利要求6的光纜，其中該附加聚合物層的彈性模量大于該初次外套的彈性模量。
8.權(quán)利要求1的光纜，其中該外套層的最小厚度范圍是3～15密耳。
9.權(quán)利要求1的光纜，其中該外套是低密度聚乙烯。
10.權(quán)利要求3的光纜，其中該光纖束包括2～20個隨機排列的光纖。
11.權(quán)利要求3的光纜，其中該光纖束包括至少3個光纖，其中心c在公共軸上。
12.權(quán)利要求10的光纜，其中每個光纖被一個光纖覆層包覆，并且該外套接觸該光纖覆層。
13.權(quán)利要求11的光纜，其中該光纖束具有一個帶狀覆層以形成一個光纖帶，并且該外套接觸該帶狀覆層。
14.權(quán)利要求13的光纜包括多個堆棧的光纖帶。
15.權(quán)利要求3的光纜，其中該外套實質(zhì)上是無空隙的。
16.權(quán)利要求15的光纜，其中該2～20光纖束中的每個光纖實質(zhì)上接觸不多于兩個其它的光纖。
全文摘要
本說明書描述一種改進的光纜，其中該光纜橫截面是圓形的，并且包含多個成束的光纖。該束可以包括隨機排列的光纖或者以帶狀構(gòu)形排列的光纖。該束嵌入機械地耦合到光纖的一個聚合物外套中。在一些實施例中，該外套相對較硬，并且故意制成附著到光纖束上。因此該外套介質(zhì)作為一個有效應(yīng)力轉(zhuǎn)移介質(zhì)，故意將光纜上的應(yīng)力轉(zhuǎn)移到光纖。本發(fā)明的光纜結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是無間隙的，并且提供具有阻水能力的一個干燥的光纜。
文檔編號G02B6/44GK1627112SQ20041007891
公開日2005年6月15日 申請日期2004年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月12日
發(fā)明者路易斯·M·布坎格拉, 哈羅德·P·迪班, 珍尼弗·R·米克斯, 肯尼斯·L·泰勒爾, 彼特·A·維曼 申請人:古河電子北美公司