專利名稱：制造光管組件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及光波導(dǎo)的干燥式封裝。更具體地，本發(fā)明涉及 包括至少一干燥嵌入物的光波導(dǎo)組件，干燥嵌入物用于保護(hù)至少一光 波導(dǎo)。
背景技術(shù)：
光纜包括光波導(dǎo)如光纖，其傳輸光學(xué)信號如聲音、視頻、禾n/或 數(shù)據(jù)信息。 一種類型的光纜結(jié)構(gòu)包括布置在管內(nèi)的光波導(dǎo)，從而形成 管組件。 一般而言，管保護(hù)光波導(dǎo)。然而，光波導(dǎo)必須在管內(nèi)進(jìn)行進(jìn) 一步的保護(hù)。例如，光波導(dǎo)在光波導(dǎo)和管之間應(yīng)有一些相對移動以適 應(yīng)彎曲。另一方面，光波導(dǎo)應(yīng)與管足夠地配合，從而防止光波導(dǎo)在管 內(nèi)移位，例如，在施加拉力以安裝光纜時(shí)。另外，管組件應(yīng)抑制水在 其中的移動。此外，管組件應(yīng)能夠在一定溫度范圍內(nèi)工作，而不會有 不適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)性能降級。
傳統(tǒng)光管組件通過用觸變材料如潤滑脂填充管而滿足這些要求。 觸變材料通常慮及光波導(dǎo)和管之間的適當(dāng)移動、緩沖、及光波導(dǎo)的接 合。另外，觸變材料可有效阻止水在管內(nèi)的移動。然而，在連接光波 導(dǎo)之前，必須先從光波導(dǎo)清除觸變材料。從光波導(dǎo)清除觸變材料是一臟亂且耗時(shí)的過程。此外，觸變材料的粘性通常取決于溫度。由于改 變粘性，觸變材料在相當(dāng)高的溫度下可能從管的端部滴下，而在相當(dāng) 低的溫度下可導(dǎo)致光學(xué)衰減。
已有光纜設(shè)計(jì)試圖排除觸變材料在管中的使用，但這些設(shè)計(jì)總體 上是不適當(dāng)?shù)?，因?yàn)樗鼈兾礉M足所有要求和/或生產(chǎn)費(fèi)用很高。管中
不使用觸變材料的一個(gè)例子是美國專利4， 909, 592，其公開了一種具 有遇水膨脹帶和/或紗線布置于其中的管。該設(shè)計(jì)要求管內(nèi)有大量遇 水膨脹成分以足以將光纖接合到管。大量遇水膨脹成分的使用是不經(jīng) 濟(jì)的，因?yàn)槠湓黾恿斯饫|的成本。另一不使用觸變材料的例子是美國 專利6， 278， 826，其公開了一種含水量大于零的泡沫，其被裝載以超 吸收聚合物。泡沫的含水量被描述為改善泡沫的阻燃特性。同樣，該 設(shè)計(jì)的泡沫相當(dāng)昂貴因而增加了光纜的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于一種光管組件，其包括管、至少一光波導(dǎo)、及至少 一千燥嵌入物。至少一光波導(dǎo)及至少一干燥嵌入物均布置在管內(nèi)。至 少一干燥嵌入物具有第一層和第二層。第一層是泡沫聚氨酯，第二層 是遇水膨脹層，其中干燥嵌入物通常包圍至少一光波導(dǎo)。
本發(fā)明還致力于一種光管組件，其包括具有內(nèi)表面的管、布置在 管內(nèi)的至少一光波導(dǎo)、及至少一干燥嵌入物。與管相比，至少一光波 導(dǎo)具有正剩余長度。至少一干燥嵌入物具有至少兩薄片層，其通常包 圍至少一光波導(dǎo)，從而形成布置在管內(nèi)的中心體。至少一干燥嵌入物 將至少一光波導(dǎo)接合到管的內(nèi)表面，同時(shí)還襯墊至少一光波導(dǎo)，從而 將光學(xué)衰減維持在約0. 4 dB/km以下。
另外，本發(fā)明致力于一種光管組件，其包括管、至少一光波導(dǎo)、 及至少一干燥嵌入物。至少一干燥嵌入物具有泡沫聚氨酯層，其中至 少一干燥嵌入物和至少一光波導(dǎo)形成布置于管內(nèi)的中心體。至少一光 波導(dǎo)具有在約0.5N/m和約5.0N/m之間的標(biāo)準(zhǔn)化拔力。此外，本發(fā) 明的管組件可用于各種光纜結(jié)構(gòu)中。附圖簡要說明


圖1為根據(jù)本發(fā)明的管組件的截面圖。 圖2為圖1的管組件的干燥嵌入物的截面圖。 圖3為描述各種管結(jié)構(gòu)的光纖帶拔力的柱狀圖。 圖4為根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)線的示意性表示。
圖5為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光纜的截面圖。 圖6為描述與各種光纜結(jié)構(gòu)相關(guān)的光纖帶接合力的圖。 圖7為根據(jù)本發(fā)明概念的另一干燥嵌入物的透視圖。 圖8為根據(jù)本發(fā)明概念的另一干燥嵌入物的截面圖。 圖9為根據(jù)本發(fā)明概念的另一干燥嵌入物的透視圖。
圖io為根據(jù)本發(fā)明概念的另一干燥嵌入物的透視圖。
圖11為具有填充傳統(tǒng)潤滑脂的管組件的光纜的截面圖。 圖12為具有傳統(tǒng)干管組件的光纜的截面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明將在下文中參考附圖示出的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行更加詳細(xì)的 描述。當(dāng)然，本發(fā)明可被體現(xiàn)為許多不同的形式，且不應(yīng)視為限于在 此提出的實(shí)施例；之所以提供這些實(shí)施例，是為了使在此公開的內(nèi)容 能向本領(lǐng)域技術(shù)人員全面?zhèn)鬟_(dá)本發(fā)明的范圍。附圖不必按比例畫出， 而是配置成可清楚地圖解本發(fā)明。
圖1中所示是根據(jù)本發(fā)明一方面的示例性管組件10。管組件10 包括至少一光波導(dǎo)12、至少一干燥嵌入物14和管18。在該例子中， 至少一光波導(dǎo)12是光纖帶堆的形式，其具有跨帶堆角落的對角線D 尺寸。干燥嵌入物14通常包圍至少一光波導(dǎo)12并形成中心體15， 其布置在管18內(nèi)。干燥嵌入物14執(zhí)行功能如襯墊、接合、抑制水的 移動、及適應(yīng)彎曲。干燥嵌入物14是有利的，因?yàn)楣獠▽?dǎo)很容易從 那里被除去，而不會留下在連接之前要求清除的殘余物或膜層。此外， 不象傳統(tǒng)的觸變材料，干燥嵌入物隨著溫度的變化不會改變其粘性， 也不具有在高溫下從管端滴下的傾向。另外，管組件10可包括其它
5適當(dāng)?shù)臉?gòu)件如聚酯捆縛線17，以將干燥嵌入物14關(guān)于光波導(dǎo)12保 持。同樣，兩根或多根線可被縫合在一起以在將管18擠壓在干燥嵌 入物14周圍之前將干燥嵌入物保持在一起。圖la示出了管組件10'， 其是管組件10的變異。具體地，管組件10'包括多個(gè)松散的光波導(dǎo) 12，而不是光纖帶堆13。在該例子中，管組件10'包括24個(gè)具有對 角線尺寸D的松散光波導(dǎo)12，但可使用任何適當(dāng)數(shù)量的光波導(dǎo)。此 外，光波導(dǎo)12可使用打捆機(jī)、遇水膨脹線、帶、包裹物或其它適當(dāng) 材料而捆扎成一個(gè)或多個(gè)組。另外，管組件10或10'可以是圖5所 示的光纜的一部分。
如圖所示，光波導(dǎo)12是光纖，其形成光纖帶的一部分。在這種 情況下，光波導(dǎo)是成帶形式的多根單模光纖，其形成光纖帶堆13。 光纖帶堆13可包括螺旋狀或S-Z狀的絞合。另外，可使用其它類型 或結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)。例如，光波導(dǎo)12可以是多模、純模、摻鉺的、偏 振保持的光纖、其它適當(dāng)類型的光波導(dǎo)、和/或其組合。此外，光波 導(dǎo)12可以是松散的或成束的。每一光波導(dǎo)12可包括基于硅石的芯， 其用于傳輸光并被基于硅石的覆層包圍，覆層的折射率較芯的低。另 外， 一個(gè)或多個(gè)涂層可被施加到光波導(dǎo)12。例如，軟的第一涂層包 圍覆層，相對較硬的第二涂層包圍第一涂層。在一實(shí)施例中， 一個(gè)或 多個(gè)光波導(dǎo)12包括2003年7月18日申請的美國專利申請10/632， 219 中公開的涂層系統(tǒng)，其公開內(nèi)容通過引用而組合于此。光波導(dǎo)12還 包括識別手段如墨水或其它用于識別的適當(dāng)標(biāo)記物。適當(dāng)?shù)墓饫w可從 紐約的康寧公司獲得。
在其它實(shí)施例中，光纖帶堆13可具有邊角光波導(dǎo)12a，其具有 預(yù)定的MAC數(shù)，從而在遭受壓縮力時(shí)阻止邊角光波導(dǎo)的光學(xué)衰減。換 言之，選擇具有預(yù)定MAC數(shù)的邊角光波導(dǎo)安放光波導(dǎo)，在經(jīng)受相當(dāng)高 水平的壓縮時(shí)，在光纖帶堆位置中其對源于壓縮力的光學(xué)衰減較不敏 感。如在此所用的，對于特定光波導(dǎo)12a， MAC數(shù)被計(jì)算為模場直徑 (MFD)除以截止波長，兩個(gè)數(shù)量均以微米為單位進(jìn)行表示，使得MAC 數(shù)是無量綱的數(shù)。換言之，MFD通常被表示成微米，截止波長通常被表示成納米，因此，截止波長必須除以1000以將其轉(zhuǎn)換成微米，從
而產(chǎn)生無量綱MAC數(shù)。
在優(yōu)選實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)邊角光波導(dǎo)12a具有預(yù)定的MAC數(shù)。 具體地，MAC數(shù)為約7.35或更小，約7.00或更小則更好，最好為約 6.85或更小。作為例子，邊角光波導(dǎo)12a被選擇為具有9. llpm或更 小的MFD和1240nm或更大的截止波長，從而產(chǎn)生7. 35或更小的MAC 數(shù)。概言之，MAC數(shù)直接正比于MFD并反比于截止波長。光纖帶堆13 具有四個(gè)邊角光波導(dǎo)12a;當(dāng)然，其它光纖帶堆結(jié)構(gòu)可包括更多的邊 角位置。例如，具有大致成加號形狀的光纖帶堆包括八個(gè)外邊角。同 樣，其它光纖帶堆結(jié)構(gòu)可具有其它數(shù)量的邊角位置。
另外，本發(fā)明的光纖帶實(shí)施例可具有正的光纖帶余長(ERL)，盡 管負(fù)的ERL也是可能的。如在此使用的，ERL被定義為特定光纖帶的 長度減去包含光纖帶的管或光纜的長度，然后再除以包含光纖帶的管 或光纜的長度，其可通過乘以IOO而表示成百分比。無論ERL采用管 長度還是光纜長度進(jìn)行計(jì)算，其均依賴于特定的結(jié)構(gòu)。此外，光纜的 各個(gè)光纖帶可具有不同的ERL值。作為例子，光纜的光纖帶具有正 ERL，最好是在約0.0Q/。到約0.2。/。或更大的范圍內(nèi)的正ERL。同樣，具 有松散或成束光纖的實(shí)施例可包括正的光纖余長(EFL)。
圖2示出了干燥嵌入物14的截面圖。干燥嵌入物14由拉伸材料 或能夠從巻軸放出的材料形成以在生產(chǎn)期間能連續(xù)應(yīng)用。干燥嵌入物 14最好由可執(zhí)行不同功能的多層形成；當(dāng)然，干燥嵌入物可以是單 層如可壓縮層。干燥嵌入物14襯墊光波導(dǎo)12而使其隔離于管18， 從而在1310nm基準(zhǔn)波長將光波導(dǎo)12的光學(xué)衰減保持在約0. 4 dB/km 以下，及在1550nm和1625nm基準(zhǔn)波長保持在0.3 dB/km。在一實(shí)施 例中，干燥嵌入物14由兩層不同的層形成。例如，干燥嵌入物14的 第一層14a為可壓縮層，第二層14b為遇水膨脹層。第一層14a由具 有預(yù)定彈簧常數(shù)的可壓縮材料形成以提供足夠的接合特性。作為例 子，第一層是泡沫帶，最好是開放式(open cell)泡沬帶。當(dāng)然， 可使用任何適當(dāng)?shù)目蓧嚎s材料如封閉式(closed cell)泡沫帶。在一實(shí)施例中，第一層為開放式聚氨酯(PU)泡沬帶。PU泡沫 帶或可以是醚基PU或是酯基PU，但也可使用其它適當(dāng)?shù)呐菽瓗Э蓧?br> 縮層如聚乙烯泡沬、聚丙烯泡沬、或EVA泡沫。然而，優(yōu)選實(shí)施例使 用醚基泡沬帶，因?yàn)樵谠馐艹睗駮r(shí)其性能優(yōu)于酯基PU泡沫。換言之， 酯基PU泡沫可為潮濕損壞，而醚基PU泡沫在潮濕條件下通常更結(jié)實(shí)。 另外，泡沫層具有預(yù)先確定的密度，其通常在約1 lb/ft3到約3 lb/ft3的范圍內(nèi)，但在優(yōu)選實(shí)施例中，密度為約2 lb/ft3。干燥嵌 入物14還具有預(yù)定的極限抗張強(qiáng)度，以防止在生產(chǎn)期間斷裂。概言 之，對于具有可壓縮層和遇水膨脹層的干燥嵌入物，抗張強(qiáng)度的大部 分是由遇水膨脹層提供。對干燥嵌入物14每厘米寬度W或更大寬度， 干燥嵌入物的極限抗張強(qiáng)度為約20牛頓，最好為約30牛頓。
干燥嵌入物14最好具有遇水膨脹速度，使得遇水可膨脹物質(zhì)的 大部分膨脹高度在暴露給水的約120秒或更短時(shí)間內(nèi)完成，最好在約 90秒或更短時(shí)間內(nèi)。另外，對于蒸餾水，干燥嵌入物14最好具有約 18mm的最大膨脹高度，對于5%離子水溶液即鹽水，最好具有約8mm 的最大膨脹高度。當(dāng)然，也可使用具有其它適當(dāng)最大膨脹高度的干燥 嵌入物。
第一層14a在裝配期間可被壓縮，使得其提供預(yù)定的法向力，以 阻止光波導(dǎo)12被容易地沿管18縱向放置。干燥嵌入物14最好具有 約5mm或更小的未壓縮高度，以使管直徑和/或光纜直徑最小。當(dāng)然， 任何適當(dāng)?shù)母叨萮可被用于干燥嵌入物14。另外，干燥嵌入物14的 高度h在整個(gè)寬度范圍內(nèi)不必是常數(shù)，即可變化，從而與光波導(dǎo)的截 面形狀一致并提供改進(jìn)的襯墊以改善光學(xué)性能(圖10)。第二層14b 是遇水膨脹層如帶，其阻止水在管18內(nèi)移動。
干燥嵌入物14的壓縮實(shí)際上是干燥嵌入物14的局部最大壓縮。 在圖1的例子中，干燥嵌入物14的局部最大壓縮出現(xiàn)在跨越直徑的 光纖帶堆的邊角處。計(jì)算圖1中的干燥嵌入物的壓縮百分比要求知道 管18的內(nèi)徑、光纖帶堆的對角線D尺寸、及干燥嵌入物14的未壓縮 高度h。作為例子，管18的內(nèi)徑為7. lmm，光纖帶堆的對角線D為
85. l讓，干燥嵌入物14跨直徑的未壓縮高度h為3. 0mm (2X1.5mm)。 將對角線D (5. lmm)與干燥嵌入物14跨直徑的未壓縮高度h (3. 0mm) 相加產(chǎn)生未壓縮尺寸8. lmm。當(dāng)將光纖帶堆和千燥嵌入物14放入具 有7. lmm內(nèi)徑的管18內(nèi)時(shí)，干燥嵌入物總共被壓縮lmm (8. Iran— 7. l腿)。因此，干燥嵌入物14跨管18的直徑被壓縮了大約30%。
圖2a為三種不同干燥嵌入物14的示例性壓縮曲線200、 202和 204。具體地，曲線200和202代表兩種不同的干燥嵌入物，其每一 種均具有可壓縮開放式醚基PU泡沫層和遇水膨脹層，兩層的高度分 別為約1. 5mm和約1. 8mm。另一方面，曲線204代表具有高度均為約 1.8mm的可壓縮開放式酯基PU泡沫層和遇水膨脹層的干燥嵌入物。 通過將干燥嵌入物樣品放置在兩個(gè)具有約2.2英寸直徑的圓板之間 而產(chǎn)生壓縮曲線，同時(shí)使用Instron機(jī)器測量壓縮樣品所需要的力。
如圖所示，所有三種干燥嵌入物的壓縮曲線在壓縮范圍內(nèi)均總體 上為非線性的。但概括地說，壓縮曲線200、 202、 204直到約0.70mm 還具有大致線性的壓縮。在一實(shí)施例中，用約10牛頓的力，干燥嵌 入物14具有約1. 0mm或更小的壓縮。概言之，當(dāng)遇水膨脹層相對不 可壓縮時(shí)，泡沬層被壓縮。
在其它實(shí)施例中，在管組件10中，干燥嵌入物14的第一層14a 未被壓縮，但如果光波導(dǎo)移動被發(fā)動則開始壓縮。其它變化包括將一 部分干燥嵌入物14附著或結(jié)合到管18。例如，粘合劑、膠水、合成 橡膠、和/或聚合物14c被布置在干燥嵌入物14的一部分表面上，其 與管18接觸以將干燥嵌入物14附著于管18。另外，可能關(guān)于光波 導(dǎo)進(jìn)行螺旋狀地巻繞干燥嵌入物14，而不是縱向布置。在另外的實(shí) 施例中，關(guān)于一個(gè)或多個(gè)光波導(dǎo)12可形成兩個(gè)或多個(gè)干燥嵌入物， 如放置在管18內(nèi)的兩對半。
在優(yōu)選實(shí)施例中，短效的膠水/粘合劑被用于將纜芯15和/或干 燥嵌入物14與管18接合。膠水/粘合劑或類似物質(zhì)被施加到干燥嵌 入物14的徑向外表面，例如，在生產(chǎn)過程期間。短效的膠水/粘合劑 被施加，同時(shí)被加熱或熔化到干燥嵌入物14的外表面，接著在光纜被淬火或冷卻時(shí)其被冷卻或凍結(jié)。作為例子，適當(dāng)?shù)亩绦z水可從新
澤西州Bridgewater的National Starch and Chemical Company在 商品名LITE-LOK 70-003A下獲得。短效膠水或其它適當(dāng)?shù)恼澈蟿? 材料可被施加在小滴中，其具有連續(xù)的或間斷的結(jié)構(gòu)，如圖2b-2d所 示。例如， 一個(gè)或多個(gè)粘合劑/膠水小滴可以是沿干燥嵌入物縱向施 加、縱向間隔開的小滴、沿干燥嵌入物的縱軸的Z字形小滴、或任何 其它適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)。
在一應(yīng)用中，多個(gè)短效的膠水/粘合劑或類似物的小滴被施加到 干燥嵌入物14。例如，三個(gè)連續(xù)的或非連續(xù)的小滴可按這樣的位置 布置，使得當(dāng)干燥嵌入物關(guān)于光纖帶堆形成時(shí)，小滴相互之間間隔 120度。同樣，四個(gè)小滴可被布置，使得當(dāng)干燥嵌入物關(guān)于光波導(dǎo)形 成時(shí)，它們相互之間間隔90度。在具有小滴沿縱軸間隔開的實(shí)施例 中，小滴可具有約20mm和約800mm或更多的縱向間隔S。當(dāng)然，也 可使用其它適當(dāng)?shù)拈g隔。另外，小滴可被斷續(xù)地施加，以使所要求的 材料最少，從而降低生產(chǎn)支出，同時(shí)還提供足夠的接合/粘附。
由于組件10未被填充以觸變材料，管可能會變形或坍陷，從而 形成橢圓形的管，而不是圓形的管。2003年5月30日申請的美國專 利申請10/448,509，其公開內(nèi)容通過引用組合于此，其討論了管由 雙峰聚合材料形成的干管組件，管具有預(yù)定的平均橢圓度。如在此使 用的，橢圓度是管18的大直徑D1和小直徑D2的差除以大直徑，然 后乘以100，從而將橢圓度表示為百分比。雙峰聚合材料包括具有至 少第一聚合材料和第二聚合材料的材料，其在雙反應(yīng)器工藝中生產(chǎn)， 其中第一聚合材料具有相對高的分子量，第二聚合材料具有相對低的 分子量。該雙反應(yīng)器工藝提供想要的材料特性且不應(yīng)與單柱反應(yīng)器聚 合物混合相混淆，后者在混合中兼顧兩種樹脂的特性。在一實(shí)施例中， 管具有約10%或更小的平均橢圓度。作為例子，管18由HDPE形成， 其可從密歇根州的Midland的Dow Chemical Company在商品名 DGDA-2490 NT下獲得。
圖3示出了各種管結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的光纖帶拔力(N/m)。光纖帶拔力測試測量從io米長的光纜發(fā)動光纖帶堆的移動所要求的力。當(dāng)然，
該測試可相等地應(yīng)用到松散或成束光波導(dǎo)。具體地，從管拔拉光纖帶 堆，發(fā)動移動所需要的力被除以光纜長度，從而使光纖帶拔力標(biāo)準(zhǔn)化。 作為用于比較的基線，柱30示出了在填充以傳統(tǒng)潤滑脂(觸變材料)
的管(圖ll)中，120根光纖的光纖帶堆的光纖帶拔力，其為約4.8 N/m。柱32示出了在144根光纖的光纖帶堆(圖12)周圍僅具有遇 水膨脹帶的傳統(tǒng)干管設(shè)計(jì)的光纖帶拔力，光纖松散地布置在管中。具 體地，柱32示出了 144光纖帶堆的光纖帶拔力，其為約0.6 N/m。 因而，傳統(tǒng)干管設(shè)計(jì)(圖12)具有約為填充以傳統(tǒng)潤滑脂的管(圖 11)的光纖帶拔力的12%的光纖帶拔力，其對于適當(dāng)?shù)墓饫|性能是 不足夠的。
柱34、 36、 38和39代表根據(jù)本發(fā)明的管組件。具體地，柱34 示出了具有干燥嵌入物14的管組件10的144光纖堆的光纖帶拔力， 其中干燥嵌入物的未壓縮高度h為約1. 5mm，干燥嵌入物14的壓縮 為約0。X。在該實(shí)施例中，柱34示出了約1.0N/m的光纖帶拔力，其 相對于傳統(tǒng)干管具有令人驚奇的改善。柱36和38代表了管組件10 內(nèi)的干燥嵌入物14被壓縮的結(jié)構(gòu)，其從原始高度壓縮到平均壓縮后 高度。更具體地，柱36代表與柱34類似的管組件的光纖帶拔力，預(yù) 期該實(shí)施例中干燥嵌入物14被壓縮約30%。在該實(shí)施例中，柱36 示出了約2. 7N/m的光纖帶拔力。柱38代表具有干燥嵌入物14的管 組件的144光纖帶堆的光纖帶拔力，其中干燥嵌入物的未壓縮高度h 為約3mm，其在管內(nèi)大約被壓縮30%。在該實(shí)施例中，柱38示出了 約0. 5N/m的光纖帶拔力。柱39代表具有干燥嵌入物14的管組件的 144光纖堆的光纖帶拔力，其中干燥嵌入物的未壓縮高度h為約 1.5mm，其被壓縮17%并具有膠水小滴。在這種情況下，四個(gè)膠水小 滴沿干燥嵌入物縱向連續(xù)施加，使得它們間隔開90度。該實(shí)施例的 光纖帶拔力為約4.0 N/m。如圖所示，粘合劑/膠水小滴的應(yīng)用增加 了光纖帶拔力，而干燥嵌入物壓縮較少。因而，根據(jù)本發(fā)明的概念， 干燥嵌入物14的壓縮最好在約10%到約90%的范圍內(nèi)。當(dāng)然，其它適當(dāng)?shù)膲嚎s范圍也可提供想要的性能。但是，干燥嵌入物14的壓縮 不應(yīng)大到在任何光波導(dǎo)中導(dǎo)致不適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)衰減，且可因粘合劑/膠
水小滴的使用而得以最優(yōu)化。優(yōu)選地，光纖帶拔力在約0.5N/m和約 5.0 N/m的范圍內(nèi)，最好在約l N/m到約4 N/m的范圍內(nèi)。
圖4示意性地示出了用于根據(jù)本發(fā)明的管組件10的示例性生產(chǎn) 線40。生產(chǎn)線40包括至少一光波導(dǎo)開巻機(jī)41、干燥嵌入物開巻機(jī) 42、壓縮工作臺43、膠水/粘合劑工作臺43a、捆綁工作臺44、十字 頭擠壓機(jī)45、水槽46、巻線盤49。另外，管組件10可在其周圍具 有護(hù)層20，從而形成如圖5所示的光纜50。護(hù)層20可包括強(qiáng)度元件 19a和護(hù)套19b，其可在與管組件10—樣的生產(chǎn)線上生產(chǎn)，或在第二 生產(chǎn)線上生產(chǎn)。示例性的生產(chǎn)方法包括從各自的開巻機(jī)41和42開巻 放出至少一光波導(dǎo)12和干燥嵌入物14。為了清楚，只示出了光波導(dǎo) 12和干燥嵌入物14的開巻機(jī)中的一個(gè)；當(dāng)然，生產(chǎn)線可包括任何適 當(dāng)數(shù)量的開巻機(jī)來生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的管組件和光纜。接著，干燥嵌入 物14在壓縮工作臺43被壓縮到預(yù)定的高度h，且粘合劑/膠水在工 作臺43a被施加到干燥嵌入物14的外表面。接著，干燥嵌入物14被 總體上放置在光波導(dǎo)12周圍，捆綁工作臺將一根或多根捆縛線巻繞 或縫合在干燥嵌入物14周圍，從而形成纜芯15。其后，纜芯15被 饋送到十字頭擠壓機(jī)45，在那里，管18關(guān)于纜芯進(jìn)行擠壓，從而形 成管組件IO。管18接著在水槽46中淬火，接下來，管組件10被巻 繞在巻帶盤49上。如虛線框中所示，如果一生產(chǎn)線被設(shè)置來制造光 纜50，則強(qiáng)度元件19a被開巻機(jī)47開巻并鄰近于管18放置，護(hù)套 1%被使用十字頭擠壓機(jī)48而關(guān)于強(qiáng)度元件19a和管18進(jìn)行擠壓。 其后，光纜50在巻繞在巻帶盤49上之前通過第二水槽46。另外， 根據(jù)本發(fā)明概念的其它光纜和/或生產(chǎn)線也是可能的。例如，光纜和/ 或生產(chǎn)線可在管18和強(qiáng)度元件19a之間包括遇水膨脹帶19c和/或鎧 裝；當(dāng)然，其它適當(dāng)光纜構(gòu)件的使用也是可能的。
圖6示出了具有如圖3中所使用的類似管組件的光纜的光纖帶接 合力。光纖帶接合力測試用于在光纜于安裝光纜期間遭受拉動時(shí)對施加到光波導(dǎo)上的力進(jìn)行模仿。盡管在光纖帶拔力和光纖帶接合力之間 的結(jié)果可能具有在同一范圍內(nèi)的力，但光纖帶接合力通常是實(shí)際光纜 性能的較好指示。
既然這樣，光纖帶接合測試在輸送管中模擬地下光纜安裝，其通
過在250m長的光纜上施加600磅的張力，所述施加張力是通過將拉 滑輪放置在各自的光纜端部護(hù)層上。當(dāng)然，在其它模擬中，其它適當(dāng) 的負(fù)載、長度、和/或安裝結(jié)構(gòu)可被用于表征光纖帶接合。接著，光 波導(dǎo)沿其長度上的力被從光纜端部測量。光波導(dǎo)上的力使用 Brillouin光學(xué)時(shí)域反射計(jì)(B0TDR)進(jìn)行測量。確定曲線的最佳擬合
斜率使光纖帶接合力標(biāo)準(zhǔn)化。
作為用于比較的基線，曲線60示出了在填充以傳統(tǒng)潤滑脂的光 纜(圖11)中，具有120光纖的光纖帶堆的光纜的標(biāo)準(zhǔn)化光纖帶接 合力，其為約1.75N/m。曲線62示出了在144光纖的光纖帶堆周圍 具有遇水膨脹帶的傳統(tǒng)干管設(shè)計(jì)的光纜的光纖帶接合力，光纖松散地 布置在管中(圖12)。具體地，曲線62示出了 144光纖的光纖帶堆 的標(biāo)準(zhǔn)化光纖帶接合力，其為約0.15N/m。因而，傳統(tǒng)干管設(shè)計(jì)(圖 12)具有約為填充以傳統(tǒng)潤滑脂的管(圖11)的光纖帶接合力的9 Q^的光纖帶接合力，其對于適當(dāng)?shù)墓饫|性能是不足夠的。換言之，在 光纜護(hù)層的拉伸期間如在航空冰負(fù)載、航空躍步、光纜挖出、及光纜 安裝期間的拉動期間，傳統(tǒng)干管式光纜的光纖帶堆很容易移位。
曲線64、 66、 68和69代表根據(jù)本發(fā)明的光纜。具體地，曲線 64示出了具有干燥嵌入物14的管組件10的144光纖堆的光纜的光 纖帶接合力，其中干燥嵌入物的未壓縮高度h為約1.5mm，干燥嵌入 物14的壓縮為約0%。在該實(shí)施例中，曲線64示出了約0.80N/m的 光纖帶接合力，其相對于圖12的傳統(tǒng)干式光纜具有令人驚奇的改善。 曲線66和68代表了管組件10內(nèi)的干燥嵌入物14被壓縮的光纜結(jié)構(gòu)， 其從原始高度壓縮到平均壓縮后高度。更具體地，曲線66代表與曲 線64類似的光纜的光纖帶接合力，預(yù)期該實(shí)施例中干燥嵌入物14被 壓縮約30%。在該實(shí)施例中，曲線66示出了約2.8N/m的光纖帶接合力。曲線68代表具有干燥嵌入物14的管組件的光纜中144光纖帶 堆的光纖帶接合力，其中干燥嵌入物的未壓縮高度h為約3mm，其在 管內(nèi)大約被壓縮30%。在該實(shí)施例中，曲線68示出了約0. 75N/m的 光纖帶接合力。曲線69代表具有干燥嵌入物14的管組件的光纜中 144光纖帶堆的光纖帶接合力，其中干燥嵌入物的未壓縮高度h為約 1.5腿，其在管內(nèi)被壓縮約17%并具有粘合劑/膠水小滴。在這種情 況下，四個(gè)膠水小滴沿干燥嵌入物縱向連續(xù)施加，使得它們間隔開 90度。如圖所示，曲線69示出了類似約曲線66的光纖帶接合力， 其為約約2.80 N/m，而干燥嵌入物壓縮較少。因而，根據(jù)本發(fā)明的 概念，光纖帶接合力在約0.5N/m和約5.0N/m的范圍內(nèi)較好，最好 在約lN/m到約4N/m的范圍內(nèi)。當(dāng)然，其它適當(dāng)?shù)墓饫w帶接合力范 圍也可提供想要的性能。
另外，本發(fā)明的概念可與其它干燥嵌入物結(jié)構(gòu)一起使用。如圖7 中所示，干燥嵌入物74具有第一層74a和第二層74b，其包括不同 的適當(dāng)類型的遇水膨脹物質(zhì)。在一實(shí)施例中，兩種不同的遇水膨脹物 質(zhì)被布置在第二層14b中或其上，使得管組件10可用于多種環(huán)境和/ 或具有改善的阻水性能。例如，第二層14b可包括對離子化液體如鹽 水有效的第一遇水膨脹成分76和對非離子化液體有效的第二遇水膨 脹成分78。作為例子，第一遇水膨脹材料為聚丙烯酰胺，第二遇水 膨脹材料為聚丙烯酸脂超吸收劑。此外，第一和第二遇水膨脹成分 76、 78可占據(jù)遇水膨脹帶的預(yù)定部分。通過改變遇水膨脹材料，遇 水膨脹帶可用于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用、鹽水應(yīng)用或二者均可。不同的遇水膨脹物 質(zhì)的其它變化包括具有有不同膨脹速度、膠凝強(qiáng)度和/或粘合劑的遇 水膨脹物質(zhì)。
圖8示出了干燥嵌入物的另一實(shí)施例。干燥嵌入物84由三層形 成。層84a和84c為遇水膨脹層，其之間夾有可壓縮的層84b，以提 供對至少一光波導(dǎo)的接合力。同樣，干燥嵌入物的其它實(shí)施例可包括 其它變化如至少兩可壓縮層夾遇水膨脹層。兩可壓縮層可具有不同的 彈簧常數(shù)，以調(diào)整施加到至少一光波導(dǎo)的法向力。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的具有層94a和94b的干燥嵌 入物94。層94a由封閉式泡沫形成，其具有至少一穿過其的穿孔； 層94b包括至少一遇水膨脹物質(zhì)；當(dāng)然，其它適當(dāng)?shù)牟牧峡杀挥糜诳?壓縮層。封閉式泡沫用作被動阻水材料，其阻止水移動，穿孔95允 許層94b的活化遇水膨脹物質(zhì)朝向光波導(dǎo)徑向向內(nèi)移動。允許活化的 遇水膨脹物質(zhì)徑向向內(nèi)移動以有效阻水的任何適當(dāng)大小、形狀和/或 型式的穿孔95均是可允許的。穿孔的大小、形狀、和/或型式可根據(jù) 光纖帶堆的邊角光波導(dǎo)選擇和布置，從而改善邊角光波導(dǎo)性能。例如， 穿孔95可提供干燥嵌入物可壓縮性的變化，從而調(diào)整光波導(dǎo)上的法 向力以維持光學(xué)性能。
圖10示出了干燥嵌入物104，其圖解了本發(fā)明的其它概念。干 燥嵌入物104包括層104a和104b。層104a由布置在層104b上的多 個(gè)非連續(xù)可壓縮單元形成，而層104b是連續(xù)的遇水膨脹層。在一實(shí) 施例中，層104a的單元以正常的間隔布置，其通常與光纖帶堆的鋪 設(shè)長度相關(guān)聯(lián)。另外，各單元具有隨它們的寬度w變化而變化的高度 h。換言之，單元被成形以與它們想要包圍的光波導(dǎo)的形狀一致。
圖13示出了光纜130，其是采用管組件10的本發(fā)明的另一實(shí)施 例。光纜130包括關(guān)于管組件10的護(hù)層系統(tǒng)137，以保護(hù)管組件10 免受壓毀力和環(huán)境效應(yīng)。在這種情況下，護(hù)層系統(tǒng)137包括遇水膨脹 帶132，其由捆縛線(不可見)、 一對開傘索135、鎧裝帶136、和護(hù) 套138固緊。鎧裝帶136最好是滾巻形成。當(dāng)然，也可使用其它適當(dāng) 的制造方法。開傘索對135通常按間隔開180度、與鎧裝呈90度重 疊進(jìn)行布置，從而阻止在使用期間在鎧裝帶邊緣上的開傘索的切斷。 在優(yōu)選實(shí)施例中，適于通過鎧裝帶扯開的開傘索具有2003年8月29 日申請的美國專利申請10/652,046中公開的結(jié)構(gòu)，其公開內(nèi)容通過 引用組合于此。鎧裝帶136或可是電介質(zhì)或可是金屬材料。如果使用 電介質(zhì)鎧裝帶，光纜還可包括金屬絲，以使光纜可用于埋藏式應(yīng)用中。 換言之，金屬絲使光纜可上色。護(hù)套138通常包圍鎧裝帶136并對光 纜130提供環(huán)境保護(hù)。當(dāng)然，也可使用其它適當(dāng)?shù)淖o(hù)層系統(tǒng)。圖14示出了光纜140。光纜140包括在護(hù)層系統(tǒng)142內(nèi)形成纜 芯141的至少一光波導(dǎo)12和干燥嵌入物14。換言之，光纜140是無 管設(shè)計(jì)，因?yàn)榻咏|芯141是通過單獨(dú)切開護(hù)層系統(tǒng)142實(shí)現(xiàn)。護(hù)層 系統(tǒng)142還包括嵌入于其中、且間隔開180度布置的強(qiáng)度元件142a， 從而給予光纜一優(yōu)先彎曲。當(dāng)然，其它護(hù)層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如不同類型、數(shù) 量、和/或強(qiáng)度元件142a的放置均是可能的。光纜140還可包括布置 在纜芯141和護(hù)層142之間的一個(gè)或多個(gè)開傘索145，其用于扯開護(hù) 層142，從而允許技術(shù)工人能容易地接近纜芯141。
圖15示出了具有多個(gè)關(guān)于中央元件151絞合的管組件10的光纜 150。具體地，管組件10與多個(gè)嵌條153 —起均關(guān)于中央元件151進(jìn) 行S-Z絞合，并用一個(gè)或多個(gè)捆縛線(不可見)固緊，從而形成絞合 的纜芯。絞合的纜芯具有遇水膨脹帶156，其在護(hù)套158擠壓在其上 之前用捆縛線(不可見)固緊?？蛇x地，芳族聚酰胺纖維、其它適當(dāng) 的強(qiáng)度元件和/或阻水構(gòu)件如遇水膨脹線均可關(guān)于中央元件151絞 合，從而形成一部分絞合的纜芯。同樣，遇水膨脹構(gòu)件如線或帶可被 放置在中央元件151周圍以阻止水沿光纜150的中部移動。光纜150 的其它變化可包括鎧裝帶、內(nèi)護(hù)套、和/或不同數(shù)量的管組件。
在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明的許多變化和其它實(shí)施例對 本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。例如，光波導(dǎo)可以各種光纖 帶堆或結(jié)構(gòu)的型式形成，如梯狀剖面的光纖帶堆。根據(jù)本發(fā)明的光 纜還可包括一個(gè)以上的螺旋形絞合的光管組件，而不是S-Z絞合結(jié) 構(gòu)。另外，本發(fā)明的干燥嵌入物可被如所示那樣層壓在一起或應(yīng)用 為一個(gè)構(gòu)件。因此，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不限于在此公開的具體 實(shí)施例，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)可進(jìn)行修改和其它實(shí)施。盡管在 此采用了特定的術(shù)語，它們均一一般性的和描述性的意義使用，并 不用于限制的目的。本發(fā)明已結(jié)合基于硅石的光波導(dǎo)進(jìn)行描述，但 本發(fā)明的創(chuàng)造性概念均可用于其它適當(dāng)?shù)墓獠▽?dǎo)和/或光纜結(jié)構(gòu)。例 如，本發(fā)明的干燥嵌入物適于其它類型的、在纜芯周圍具有護(hù)層的 無管光纜。
1權(quán)利要求
1、制造光管組件的方法，包括開卷放出至少一光波導(dǎo)；將至少一干燥嵌入物鄰近于至少一光波導(dǎo)放置，從而形成一中心體，其中至少一干燥嵌入物包括可壓縮層和至少一遇水膨脹層；及將管擠壓在中心體周圍，其中至少一光波導(dǎo)具有約0.5N/m和約5.0N/m之間的標(biāo)準(zhǔn)化拔力。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，標(biāo)準(zhǔn)化拔力為約1 N/m和約4N/m 之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，放置步驟包括關(guān)于至少一光波 導(dǎo)巻繞至少一干燥嵌入物，使得其至少部分與至少一光波導(dǎo)接觸。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，至少一干燥嵌入物具有至少一 穿孔。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括用捆縛線固緊中心體的 步驟。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括壓縮至少一干燥嵌入物 的步驟。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在選自1310 nm、 1550 nm和 1625 nm的組的基準(zhǔn)波長時(shí)，至少一光波導(dǎo)的光學(xué)衰減維持在約0. 4 dB/km以下。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，至少一干燥嵌入物包括泡沫帶 和遇水膨脹層。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，可壓縮層跨其寬度具有非統(tǒng)一 的高度。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括鄰近于管放置至少一強(qiáng) 度元件并在其周圍擠壓護(hù)套的步驟，從而形成光纜。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，光纜具有約0. 5 N/m和約5 N/m 之間的標(biāo)準(zhǔn)化光纖帶接合力。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，放置步驟包括關(guān)于至少一光波 導(dǎo)巻繞至少一干燥嵌入物，其中至少一干燥嵌入物是縱向的帶。
全文摘要
本發(fā)明公開了制造光管組件的方法，包括開卷放出至少一光波導(dǎo)；將至少一干燥嵌入物鄰近于至少一光波導(dǎo)放置，從而形成一中心體，其中至少一干燥嵌入物包括可壓縮層和至少一遇水膨脹層；及將管擠壓在中心體周圍，其中至少一光波導(dǎo)具有約0.5N/m和約5.0N/m之間的標(biāo)準(zhǔn)化拔力。
文檔編號G02B6/44GK101435902SQ20081018292
公開日2009年5月20日 申請日期2003年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月19日
發(fā)明者喬迪·L.·格林伍德, 戴維·A.·塞登, 戴維·W.·基亞松, 托馬斯·奧特曼, 賈森·C.·萊爾 申請人:康寧光纜系統(tǒng)有限公司