專利名稱：具有干燥嵌入物的光管組件及其制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明總體上涉及光波導的干燥式封裝。更具體地，本發(fā)明涉及包括至少一干燥嵌入物的光波導組件，干燥嵌入物用于保護至少一光波導。
背景技術(shù)：
光纜包括光波導如光纖，其傳輸光學信號如聲音、視頻、和/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，從而形成管組件。一般而言，管保護光波導。然而，光波導必須在管內(nèi)進行進一步的保護。例如，光波導在光波導和管之間應有一些相對移動以適應彎曲。另一方面，光波導應與管足夠地配合，從而防止光波導在管內(nèi)移位，例如，在施加拉力以安裝光纜時。另外，管組件應抑制水在其中的移動。此外，管組件應能夠在一定溫度范圍內(nèi)工作，而不會有不適當?shù)墓鈱W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和管之間的適當移動、緩沖、及光波導的接合。另外，觸變材料可有效阻止水在管內(nèi)的移動。然而，在連接光波導之前，必須先從光波導清除觸變材料。從光波導清除觸變材料是一臟亂且耗時的過程。此外，觸變材料的粘性通常取決于溫度。由于改變粘性，觸變材料在相當高的溫度下可能從管的端部滴下，而在相當?shù)偷臏囟认驴蓪е鹿鈱W衰減。
已有光纜設計試圖排除觸變材料在管中的使用，但這些設計總體上是不適當?shù)?，因為它們未滿足所有要求和/或生產(chǎn)費用很高。管中不使用觸變材料的一個例子是美國專利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。該設計要求管內(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)濟的，因為其增加了光纜的成本。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，該設計的泡沫相當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、及至少一干燥嵌入物。至少一光波導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。
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、及至少一干燥嵌入物。與管相比，至少一光波導具有正剩余長度。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，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接合到管的內(nèi)表面，同時還襯墊至少一光波導，從而將光學衰減維持在約0.4dB/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、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形成布置于管內(nèi)的中心體。至少一光波導具有在約0.5N/m和約5.0N/m之間的標準化拔力。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1a為根據(jù)本發(fā)明的另一管組件的截面圖。
圖2為圖1的管組件的干燥嵌入物的截面圖。
圖2a為三種不同干燥嵌入物的壓縮曲線圖。
圖2b-2d為應用到圖2的干燥嵌入物的各種粘合劑/膠水的結(jié)構(gòu)。
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10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。
圖13為根據(jù)本發(fā)明的具有鎧裝層的光纜的截面圖。
圖14為根據(jù)本發(fā)明的無管式光纜的截面圖。
圖15為根據(jù)本發(fā)明的具有絞合管的光纜的截面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明將在下文中參考附圖示出的優(yōu)選實施例進行更加詳細的描述。當然，本發(fā)明可被體現(xiàn)為許多不同的形式，且不應視為限于在此提出的實施例；之所以提供這些實施例，是為了使在此公開的內(nèi)容能向本領域技術(shù)人員全面?zhèn)鬟_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12、至少一干燥嵌入物14和管18。在該例子中，至少一光波導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、及適應彎曲。干燥嵌入物14是有利的，因為光波導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可包括其它適當?shù)臉?gòu)件如聚酯捆縛線17，以將干燥嵌入物14關于光波導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1a示出了管組件10’，其是管組件10的變異。具體地，管組件10’包括多個松散的光波導12，而不是光纖帶堆13。在該例子中，管組件10’包括24個具有對角線尺寸D的松散光波導12，但可使用任何適當數(shù)量的光波導。此外，光波導12可使用打捆機、遇水膨脹線、帶、包裹物或其它適當材料而捆扎成一個或多個組。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12是光纖，其形成光纖帶的一部分。在這種情況下，光波導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。例如，光波導12可以是多模、純模、摻鉺的、偏振保持的光纖、其它適當類型的光波導、和/或其組合。此外，光波導12可以是松散的或成束的。每一光波導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，一個或多個涂層可被施加到光波導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。在一實施例中，一個或多個光波導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12還包括識別手段如墨水或其它用于識別的適當標記物。適當?shù)墓饫w可從紐約的康寧公司獲得。
在其它實施例中，光纖帶堆13可具有邊角光波導12a，其具有預定的MAC數(shù)，從而在遭受壓縮力時阻止邊角光波導的光學衰減。換言之，選擇具有預定MAC數(shù)的邊角光波導安放光波導，在經(jīng)受相當高水平的壓縮時，在光纖帶堆位置中其對源于壓縮力的光學衰減較不敏感。如在此所用的，對于特定光波導12a，MAC數(shù)被計算為模場直徑(MFD)除以截止波長，兩個數(shù)量均以微米為單位進行表示，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)選實施例中，一個或多個邊角光波導12a具有預定的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12a被選擇為具有9.11pm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具有四個邊角光波導12a；當然，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)明的光纖帶實施例可具有正的光纖帶余長(ERL)，盡管負的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100而表示成百分比。無論ERL采用管長度還是光纜長度進行計算，其均依賴于特定的結(jié)構(gòu)。此外，光纜的各個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0.0％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卷軸放出的材料形成以在生產(chǎn)期間能連續(xù)應用。干燥嵌入物14最好由可執(zhí)行不同功能的多層形成；當然，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12而使其隔離于管18，從而在1310nm基準波長將光波導12的光學衰減保持在約0.4dB/km以下，及在1550nm和1625nm基準波長保持在0.3dB/km。在一實施例中，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)泡沫帶。當然，可使用任何適當?shù)目蓧嚎s材料如封閉式(closed cell)泡沫帶。
在一實施例中，第一層為開放式聚氨酯(PU)泡沫帶。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?shù)呐菽瓗Э蓧嚎s層如聚乙烯泡沫、聚丙烯泡沫、或EVA泡沫。然而，優(yōu)選實施例使用醚基泡沫帶，因為在遭受潮濕時其性能優(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。另外，泡沫層具有預先確定的密度，其通常在約1lb/ft3到約3lb/ft3的范圍內(nèi)，但在優(yōu)選實施例中，密度為約2lb/ft3。干燥嵌入物14還具有預定的極限抗張強度，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秒或更短時間內(nèi)完成，最好在約90秒或更短時間內(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。當然，也可使用具有其它適當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，使得其提供預定的法向力，以阻止光波導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。當然，任何適當?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在整個寬度范圍內(nèi)不必是常數(shù)，即可變化，從而與光波導的截面形狀一致并提供改進的襯墊以改善光學性能(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7.1mm，光纖帶堆的對角線D為5.1mm，干燥嵌入物14跨直徑的未壓縮高度h為3.0mm(2×1.5mm)。將對角線D(5.1mm)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8.1mm。當將光纖帶堆和干燥嵌入物14放入具有7.1mm內(nèi)徑的管18內(nèi)時，干燥嵌入物總共被壓縮1mm(8.1mm一7.1mm)。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具有約2.2英寸直徑的圓板之間而產(chǎn)生壓縮曲線，同時使用Instron機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，當遇水膨脹層相對不可壓縮時，泡沫層被壓縮。
在其它實施例中，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，可能關于光波導進行螺旋狀地卷繞干燥嵌入物14，而不是縱向布置。在另外的實施例中，關于一個或多個光波導12可形成兩個或多個干燥嵌入物，如放置在管18內(nèi)的兩對半。
在優(yōu)選實施例中，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其被冷卻或凍結(jié)。作為例子，適當?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?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，一個或多個粘合劑/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?shù)慕Y(jié)構(gòu)。
在一應用中，多個短效的膠水/粘合劑或類似物的小滴被施加到干燥嵌入物14。例如，三個連續(xù)的或非連續(xù)的小滴可按這樣的位置布置，使得當干燥嵌入物關于光纖帶堆形成時，小滴相互之間間隔120度。同樣，四個小滴可被布置，使得當干燥嵌入物關于光波導形成時，它們相互之間間隔90度。在具有小滴沿縱軸間隔開的實施例中，小滴可具有約20mm和約800mm或更多的縱向間隔S。當然，也可使用其它適當?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。該雙反應器工藝提供想要的材料特性且不應與單柱反應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)的標準化的光纖帶拔力(N/m)。光纖帶拔力測試測量從10米長的光纜發(fā)動光纖帶堆的移動所要求的力。當然，該測試可相等地應用到松散或成束光波導。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準化。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11)中，120根光纖的光纖帶堆的光纖帶拔力，其為約4.8N/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)干管設計的光纖帶拔力，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0.6N/m。因而，傳統(tǒng)干管設計(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?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％。在該實施例中，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，預期該實施例中干燥嵌入物14被壓縮約30％。在該實施例中，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。該實施例的光纖帶拔力為約4.0N/m。如圖所示，粘合劑/膠水小滴的應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)。當然，其它適當?shù)膲嚎s范圍也可提供想要的性能。但是，干燥嵌入物14的壓縮不應大到在任何光波導中導致不適當?shù)墓鈱W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5.0N/m的范圍內(nèi)，最好在約1N/m到約4N/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包括至少一光波導開卷機41、干燥嵌入物開卷機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45、水槽46、卷線盤49。另外，管組件10可在其周圍具有護層20，從而形成如圖5所示的光纜50。護層20可包括強度元件19a和護套19b，其可在與管組件10一樣的生產(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卷機41和42開卷放出至少一光波導12和干燥嵌入物14。為了清楚，只示出了光波導12和干燥嵌入物14的開卷機中的一個；當然，生產(chǎn)線可包括任何適當數(shù)量的開卷機來生產(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12周圍，捆綁工作臺將一根或多根捆縛線卷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45，在那里，管18關于纜芯進行擠壓，從而形成管組件10。管18接著在水槽46中淬火，接下來，管組件10被卷繞在卷帶盤49上。如虛線框中所示，如果一生產(chǎn)線被設置來制造光纜50，則強度元件19a被開卷機47開卷并鄰近于管18放置，護套19b被使用十字頭擠壓機48而關于強度元件19a和管18進行擠壓。其后，光纜50在卷繞在卷帶盤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和強度元件19a之間包括遇水膨脹帶19c和/或鎧裝；當然，其它適當光纜構(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對施加到光波導上的力進行模仿。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層上。當然，在其它模擬中，其它適當?shù)呢撦d、長度、和/或安裝結(jié)構(gòu)可被用于表征光纖帶接合。接著，光波導沿其長度上的力被從光纜端部測量。光波導上的力使用Brillouin光學時域反射計(BOTDR)進行測量。確定曲線的最佳擬合斜率使光纖帶接合力標準化。
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準化光纖帶接合力，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)干管設計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準化光纖帶接合力，其為約0.15N/m。因而，傳統(tǒng)干管設計(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％的光纖帶接合力，其對于適當?shù)墓饫|性能是不足夠的。換言之，在光纜護層的拉伸期間如在航空冰負載、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，預期該實施例中干燥嵌入物14被壓縮約30％。在該實施例中，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1.5mm，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2.80N/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1N/m到約4N/m的范圍內(nèi)。當然，其它適當?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，其包括不同的適當類型的遇水膨脹物質(zhì)。在一實施例中，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)遇水膨脹帶的預定部分。通過改變遇水膨脹材料，遇水膨脹帶可用于標準應用、鹽水應用或二者均可。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的接合力。同樣，干燥嵌入物的其它實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的法向力。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的具有層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)；當然，其它適當?shù)牟牧峡杀挥糜诳蓧嚎s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選擇和布置，從而改善邊角光波導性能。例如，穿孔95可提供干燥嵌入物可壓縮性的變化，從而調(diào)整光波導上的法向力以維持光學性能。
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長度相關聯(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)明的另一實施例。光纜130包括關于管組件10的護層系統(tǒng)137，以保護管組件10免受壓毀力和環(huán)境效應。在這種情況下，護層系統(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、和護套138固緊。鎧裝帶136最好是滾卷形成。當然，也可使用其它適當?shù)闹圃旆椒?。開傘索對135通常按間隔開180度、與鎧裝呈90度重疊進行布置，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用中。換言之，金屬絲使光纜可上色。護套138通常包圍鎧裝帶136并對光纜130提供環(huán)境保護。當然，也可使用其它適當?shù)淖o層系統(tǒng)。
圖14示出了光纜140。光纜140包括在護層系統(tǒng)142內(nèi)形成纜芯141的至少一光波導12和干燥嵌入物14。換言之，光纜140是無管設計，因為接近纜芯141是通過單獨切開護層系統(tǒng)142實現(xiàn)。護層系統(tǒng)142還包括嵌入于其中、且間隔開180度布置的強度元件142a，從而給予光纜一優(yōu)先彎曲。當然，其它護層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如不同類型、數(shù)量、和/或強度元件142a的放置均是可能的。光纜140還可包括布置在纜芯141和護層142之間的一個或多個開傘索145，其用于扯開護層142，從而允許技術(shù)工人能容易地接近纜芯141。
圖15示出了具有多個關于中央元件151絞合的管組件10的光纜150。具體地，管組件10與多個嵌條153一起均關于中央元件151進行S-Z絞合，并用一個或多個捆縛線(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?shù)膹姸仍?或阻水構(gòu)件如遇水膨脹線均可關于中央元件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施例對本領域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。例如，光波導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用為一個構(gòu)件。因此，應該理解的是，本發(fā)明不限于在此公開的具體實施例，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)可進行修改和其它實施。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進行描述，但本發(fā)明的創(chuàng)造性概念均可用于其它適當?shù)墓獠▽Ш?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、在纜芯周圍具有護層的無管光纜。
權(quán)利要求
1.光管組件，包括管；至少一光波導，光波導布置于管內(nèi)；及至少一干燥嵌入物，至少一干燥嵌入物具有第一層和第二層，第一層為泡沫聚氨酯，第二層為遇水膨脹層，其中干燥嵌入物布置于管內(nèi)且通常包圍至少一光波導。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光管組件，為將至少一光波導接合到管的內(nèi)表面，至少一干燥嵌入物被壓縮至少10％或更多。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光管組件，為將至少一光波導接合到管的內(nèi)表面，泡沫帶的壓縮為約90％或更小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光管組件，泡沫聚氨酯為開放式醚基泡沫聚氨酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光管組件，遇水膨脹層為遇水膨脹帶。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光管組件，遇水膨脹帶具有第一遇水膨脹成分和第二遇水膨脹成分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光管組件，還包括一種或多種選自由粘合劑、膠水、合成橡膠、及聚合物構(gòu)成的組的材料，以用于使至少一干燥嵌入物附著于管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光管組件，至少一光波導是光纖帶的一部分，光纖帶具有正的光纖帶余長(ERL)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光管組件，泡沫聚氨酯具有在約1lb/ft3到約3lb/ft3范圍內(nèi)的密度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光管組件，至少一光波導具有約0.5N/m和約5.0N/m之間的標準化光纖帶拔力。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光管組件，至少一光波導具有約1N/m和約4N/m之間的標準化拔力。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光管組件，至少一光波導是光纖帶的一部分，光纖帶具有約0.5N/m和約5.0N/m之間的標準化光纖帶拔力。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光管組件，至少一光波導是光纖帶的一部分，光纖帶具有約1N/m和約4N/m之間的標準化拔力。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光管組件，至少一干燥嵌入物具有約5mm或更小的未壓縮高度h。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光管組件，光管組件是光纜的一部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光管組件，光纜具有約0.5N/m和約5.0N/m之間的標準化光纖帶接合力。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光管組件，光管組件是光纜的一部分，光纜具有鎧裝帶。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光管組件，至少一光波導是具有至少一邊角光波導的光纖帶堆的一部分，至少一邊角光波導具有約7.35或更小的MAC數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光管組件，管由雙峰材料形成。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光管組件，至少一光纖具有光纖余長。
21.光管組件，包括管，管具有內(nèi)表面；至少一光波導，至少一光波導布置于管內(nèi)且相比于管具有正的剩余長度；及至少一干燥嵌入物，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，從而形成布置在管內(nèi)的中心體；至少一干燥嵌入物用于將至少一光波導接合到管的內(nèi)表面，同時還襯墊至少一光波導，從而將光學衰減維持在約0.4dB/km以下。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光管組件，兩薄片層包括可壓縮層和至少一遇水膨脹層。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光管組件，可壓縮層為被壓縮約10％或更多的泡沫聚氨酯帶。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光管組件，可壓縮層為被壓縮約90％或更小的泡沫聚氨酯帶。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光管組件，兩薄片層之一包括開放式醚基泡沫聚氨酯。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光管組件，兩薄片層之一為遇水膨脹帶。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光管組件，兩薄片層之一為具有第一遇水膨脹成分和第二遇水膨脹成分的遇水膨脹層。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光管組件，還包括一種或多種選自由粘合劑、膠水、合成橡膠、及聚合物構(gòu)成的組的材料，以用于使至少一干燥嵌入物附著于管。
29.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光管組件，至少一光波導具有約0.5N/m和約5.0N/m之間的標準化拔力。
30.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光管組件，至少一光波導具有約1N/m和約4N/m之間的標準化拔力。
31.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光管組件，至少一光波導是光纖帶的一部分，光纖帶具有約0.5N/m和約5.0N/m之間的標準化拔力。
32.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光管組件，至少一光波導是光纖帶的一部分，光纖帶具有約1N/m和約4N/m之間的標準化拔力。
33.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光管組件，至少一干燥嵌入物具有約5mm或更小的未壓縮高度h。
34.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光管組件，至少一光波導是光纖帶的一部分，光纖帶具有正的光纖帶余長(ERL)。
35.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光管組件，泡沫聚氨酯具有在約1lb/ft3到約3lb/ft3范圍內(nèi)的密度。
36.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光管組件，光管組件是光纜的一部分。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的光管組件，光纜具有約0.5N/m和約5.0N/m之間的標準化光纖帶接合力。
38.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光管組件，光管組件是光纜的一部分，光纜具有鎧裝帶。
39.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光管組件，至少一光波導是具有至少一邊角光波導的光纖帶堆的一部分，至少一邊角光波導具有約7.35或更小的MAC數(shù)。
40.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光管組件，管由雙峰材料形成。
41.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光管組件，至少一光纖具有光纖余長。
42.光管組件，包括管；至少一光波導；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形成布置于管內(nèi)的中心體；其中至少一光波導具有在約0.5N/m和約5.0N/m之間的標準化拔力。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光管組件，標準化拔力在約1N/m和約4N/m之間。
44.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光管組件，至少一光波導是光纖帶的一部分，光纖帶具有標準化拔力。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的光管組件，光纖帶的標準化拔力在約1N/m和約4N/m之間。
46.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光管組件，至少一干燥嵌入物包括開放式醚基泡沫聚氨酯層和至少一遇水膨脹層。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的光管組件，遇水膨脹層為遇水膨脹帶。
48.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光管組件，泡沫聚氨酯層被壓縮約10％或更多。
49.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光管組件，泡沫聚氨酯層被壓縮約90％或更少。
50.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光管組件，干燥嵌入物還包括具有第一遇水膨脹成分和第二遇水膨脹成分的遇水膨脹層。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的光管組件，第一遇水膨脹成分對離子化液體有效，第二遇水膨脹成分對非離子化液體有效。
52.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光管組件，還包括一種或多種選自由粘合劑、膠水、合成橡膠、及聚合物構(gòu)成的組的材料，以用于使至少一干燥嵌入物附著于管。
53.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光管組件，至少一干燥嵌入物具有約5mm或更小的未壓縮高度h。
54.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光管組件，光管組件是光纜的一部分。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的光管組件，光纜具有約0.5N/m和約5.0N/m之間的標準化光纖帶接合力。
56.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光管組件，至少一光波導是光纖帶的一部分，光纖帶具有正的光纖帶余長(ERL)。
57.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光管組件，泡沫聚氨酯具有在約1lb/ft3到約3lb/ft3范圍內(nèi)的密度。
58.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光管組件，光管組件是光纜的一部分，光纜具有鎧裝帶。
59.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光管組件，至少一光波導是具有至少一邊角光波導的光纖帶堆的一部分，至少一邊角光波導具有約7.35或更小的MAC數(shù)。
60.根據(jù)權(quán)利要求42所述的光管組件，管由雙峰材料形成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有至少一光波導、至少一干燥嵌入物、及管的光管組件。在一實施例中，干燥嵌入物具有第一層和第二層。第一層為泡沫聚氨酯，第二層為遇水膨脹層，其中干燥嵌入物布置在管內(nèi)且通常包圍至少一光波導。
文檔編號G02B6/44GK1729418SQ200380107148
公開日2006年2月1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)明者賈森·C.·萊爾, 戴維·W.·基亞松, 喬迪·L.·格林伍德, 戴維·A.·塞登, 托馬斯·奧特曼 申請人:康寧光纜系統(tǒng)有限公司