CN101592765A - 室内使用的对弯曲不敏感的引入光缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对弯曲不敏感的光缆，其包括单模光纤、围绕所述光纤的缓冲器层、以及围绕所述缓冲器层的护套，其中缓冲器层的最厚的部件具有大于515MPa(75000psi)的弹性模量，其中所述护套具有至少1.2mm的厚度。在一个优选实施例中，缓冲器层包括具有近似218000psi的名义弹性模量的尼龙12树脂。在该实施例中，缓冲器层的内部薄部件由乙烯/丙烯酸乙酯树脂制成从而帮助从所述光纤剥离所述缓冲器层。

Description

室内使用的对弯曲不敏感的引入光缆
技术领域
本发明涉及光缆结构，尤其涉及适于在用户建筑物的室内使用的光缆。
背景技术
通常由所谓的“引入(drop)”光缆提供光纤到户(FTTH)服务，所述“引入”光缆在服务供应者的光缆和与用户的住宅相联的光学网络端子(ONT)之间引导光纤。对于典型的北美设施，ONT的外壳安装在住宅的外部并保护ONT免受室外环境的影响。然而，期望用以下两种新方式布设FTTH服务：
1.包括高层建筑、低层建筑、以及集中开发的花园公寓在内的多住宅单元(MDU)内的服务。这里，引入光缆必须在建筑内部到达每个住宅处室内安装的ONT。
2.单独的家庭住宅中室内的ONT的布设。当前室外ONT较大、笨重且缺乏美感。物理上重新设计布置在室内的ONT也将允许其直接从家中AC交流配线得到动力，并且将更容易布设电池备用。
以上两种方案要求引入光缆是耐火的，以遵守可适用的安全规程并限制紧急情况下的火的蔓延。引入光缆还也应能够难以察觉地安装在住宅内部，并具有可靠的光学和机械性能以能够由具有较低技能的工人安装。理想地，光缆应该能够：(a)以比传统的铜线电缆更简单的方式被布线和安装，所述铜线电缆用于数十年地输送电话服务，(b)紧密地缠绕门、木制框架以及墙壁上的尖锐拐角，(c)引导通过地下室和墙壁后方，以及(d)通过方便的金属电缆卡钉被固定就位。
用于室内使用而布设的光学引入光缆采用被包含在厚的耐火护套中的所谓的对弯曲不敏感的单模光纤。例如，“ClearCurve”(tm)光纤和引入光缆当前由Corning公司提供，并具有围绕光纤的900微米外径的紧密缓冲器，用于与现有的工厂安装或拼接的光学连接器的尺寸兼容。缓冲器材料被认为是低成本柔性的或半刚性的聚氯乙烯树脂，由于树脂具有较低成本，由此提供经济的解决方案。对弯曲不敏感的光纤使光缆能安装在具有最小信号衰减的剧烈弯曲的路径上，同时厚护套防止光纤自身被过分剧烈地弯曲以保持光纤规定的光学性能。然而，已经发现，已知的PVC缓冲器无法在所有FTTH应用中相对于信号衰减提供最优保护。
2008年2月28日递交且转让给本发明申请的受让人的美国专利申请No.12/072,869公开了一种对弯曲不敏感的单模光纤，该光纤当弯曲成大约4至15mm的半径时具有较低的弯曲损失，并且该光纤的有效孔径(Aeff)匹配标准光纤的有效孔径，从而当标准单模光纤和对弯曲不敏感的光纤两者相互拼接时使所述对弯曲不敏感的光纤能够有效地与标准光纤联接。
具体地，上述′869申请的光纤具有芯部和包层区域，用于以基本的横模传播光。该包层区域包括(i)具有小于芯部区域折射率的折射率的外包层，(ii)具有高于外包层的折射率且与芯部的折射率可相比的折射率的环形基座(pedestal)区域，(iii)布置在芯部和基座区域之间的环形内沟槽(trench)区域，所述内沟槽区域具有小于外包层折射率的折射率，以及(iv)布置在基座区域和外包层之间的环形外沟槽区域，所述外沟槽区域具有小于外包层折射率的折射率。另外，为了抑制较高阶横模(HOM)，基座区域可以构造成将芯部的至少一个另一横模共振地联接到基座区域的至少一个横模。
为了使在大约4至15mm范围内的任一弯曲半径的重要操作波长(例如，1300nm、1550nm以及1650nm)处的弯曲损失小于标准单模光纤的弯曲损失，′869申请的光纤的内沟槽区域和外沟槽区域中至少之一(优选地是二者)提供了大大高于标准单模光纤的总对比度，′869申请中所公开的一个实施例中，对比度通过以下给出：
|n内沟槽-n芯部|＞0.007，和/或(式1)
|n外沟槽-n芯部|＞0.007(式2)
例如，上述式1的至少内沟槽-芯部对比度是近似0.008至0.020。
另外，外包层和外沟槽之间的界面应该位于距芯部的中心近似17至23μm的半径距离处，以使光纤能够具有大约4至15mm的弯曲半径而没有显著损失。芯部和基座区域的折射率也应是可相比的；即，
|n芯部-n基座|＜0.003
′869申请的示例III定义了具有双沟槽环形设计的实施例，如该申请的图1B中所示，其中内沟槽区域和外沟槽区域二者都是较深的且具有大致相同的折射率深度(index depth)。具体地，光纤具有从′869申请的表4和5得到的以下参数和光学特性。Δn值是相对于n外包层的值，
  r芯部   Δn芯部   t套   Δn套   ttri   Δntri   t基座   Δn基座   ttro   Δntro   r基座
  4.4   0.0039   2.2   -0.0004   4.7   -0.0057   2.6   0.0039   7.2   -0.0057   12.6
  1310nm处的MFD   1550nm处的弯曲损失(4.8mm光缆弯曲半径)   标准光缆截止(22m光纤长度)   跨接光缆截止(2m光纤长度)
  8.9μm   0.025dB/圈   1222nm   1253nm
上述美国专利申请No.12/072,869的所有相关部分通过参考包含于此。
美国专利No.5,684,910(1997年11月4日)公开了一种具有可剥离缓冲器层的缓冲光纤。至少一层保护涂层设置在光纤的包层上，并且例如厚度在0.008至0.014英寸范围内的尼龙或聚氯乙烯(PVC)的塑料缓冲层保护所涂覆的光纤。由例如丙烯酸酯共聚物材料构成的边界层布置在光纤涂层和缓冲器层之间，并且所述边界层具有大于缓冲器层的厚度的大约二十五分之一的厚度。如果诸如低烟聚氯乙烯(LSPVC)或耐火聚丙烯(FRPP)的较硬类型的材料用于缓冲器层，则根据该专利文献，边界层可以薄到大约0.0005英寸。
在塑料缓冲器层和涂覆的光纤之间存在充分的粘附力以在光纤的正常使用过程中维持缓冲器层就位。然而，该粘附力足够低，以便当施加合理的机械剥离力时可以去除缓冲器层而不会使光纤遭受破坏。上述′910美国专利的所有相关部分通过参考包含于此。
发明内容
根据本发明，一种对弯曲不敏感的光缆包括单模光纤、围绕所述光纤的缓冲器层、以及围绕所述缓冲器层的护套，其中所述缓冲器层的最厚的部件具有大于515MPa(75000psi)的弹性模量，其中所述护套具有至少1.2mm的厚度。在一个优选实施例中，缓冲器层包括具有近似218000psi的名义弹性模量的尼龙12树脂。在该实施例中，所述缓冲器层的内部薄部件由乙烯/丙烯酸乙酯树脂制成从而帮助从光纤剥离缓冲器层。
为了较好地理解本发明，参照以下结合附图所作的说明和所附权利要求书。
附图说明
图1是在与光缆的轴线垂直的平面内的本发明的引入光缆的长度剖视图；以及
图2示出了在木制框架之上引导且卡钉到木制框架从而适应于框架上的90度拐角的本发明的光缆的一段长度。
具体实施方式
图1是示出根据本发明的引入光缆10的结构的剖视图。光缆10包括：
光纤12。光纤12优选地具有基本与上述美国专利申请No.12/072,869中的示例III的单模光纤类似的参数和光学特性，并具有典型的尺寸。即，光纤12的外包层具有125微米的直径，并且该包层被涂覆双层涂层，所述双层涂层包括较软的初次涂层和较硬的二次涂层，使得光纤12的总直径近似地是250微米。内部的初次涂层和外部的二次涂层优选地是UV固化的丙烯酸酯。
紧密缓冲器层14。光纤12被紧紧地缓冲以便为光纤提供进一步的机械保护，以及支持与标准连接器部件的兼容性。缓冲器层14优选地具有900+/-50微米的总直径，并由具有至少75000psi(优选地是150000psi或更高)的挠曲模量的聚合树脂制成。可接受的材料包括但不限于尼龙、聚对苯二甲酸丁二醇酯、其它聚酯、以及硬UV固化的丙烯酸酯材料。缓冲器层14可以通过挤压UV固化的适当的树脂制造，并且也可以包括施加在250微米光纤12与该层材料的界面处的较薄的内层材料，以方便使用标准工具(例如，所谓的Miller剥离器)机械剥离用于熔合的层。
在优选实施例中，缓冲器层14由例如Degussa Vestodur L1670的具有近似218000psi的名义弹性模量的尼龙12树脂制成。在该实施例中，通过复合挤压施加例如Dow Amplify EA 103的乙烯/丙烯酸乙酯的薄内层以帮助剥离。如下所述，使用紧密缓冲器层14代替柔性或半柔性PVC树脂，实现了通过光缆10的紧密弯曲的较低信号衰减。
强力构件或纱线16。在优选实施例中，纱线16是芳族聚酰胺纤维。可以使用的其它强力纱线包括玻璃纤维、Zylon(tm)PBO、以及Vectron(tm)液晶聚合物。
厚外护套18。护套18优选地具有至少1.2mm的厚度，并且以下结合可靠性来讨论该护套厚度的重要性。用于护套18的材料可以包括PVC、耐火聚烯烃、聚氨酯、或其它适当的材料。护套材料应选择成使得光缆10符合本地消防规范。例如，竖管级PVC树脂可以用在北美，而低烟零卤素树脂可以用在欧洲应用中。作为可在市场上从PolyOne Corporation买到的无铅竖管级PVC的Geon W780L可以用作优选实施例中的外护套。
使用比标准2.0mm、2.4mm和3.0mm绳索中所用的护套更厚的厚护套18将确保光纤12的长期机械可靠性。如果光纤弯曲成非常小的弯曲半径，则其可能由于弯曲的几何结构和安装过程中施加在光缆上的其它应力所引起的高拉应力而损坏。
当一段长度的光缆10被引导以适应于2″×4″木制板的90度拐角且用如图2所示的各自与拐角距离近似1″的光缆卡钉固定时，光纤的最小弯曲半径被限制为近似光缆10的直径。在绕2″×4″板布线时，这已经通过光纤弯曲半径的X射线测量确定，如以下表1中所示：
表1
  光缆结构-外径   测量的光纤弯曲半径
  3.0mm(现有技术)   3.4mm
  4.7mm，PVC缓冲器   5.8mm
  4.7mm，硬尼龙双部件层缓冲器   5.6mm
机械可靠性可以通过三个步骤确定，即：
1.测量在广泛变化的光纤弯曲半径处的裸光纤12的动态疲劳；
2.当光缆10在张力下时测量光纤12的动态疲劳以确定所增加的安装张力对可靠性的效果并量化光缆10保护中心光纤12的方式；和
3.使用IEC 62048的沿用已久的模型以估计光纤弯曲寿命，基于玻璃的静态疲劳特性、施加的张力、以及光纤弯曲半径可以计算出该光纤弯曲寿命。
根据以上步骤，如以下表2中所示，计算出了由于静态疲劳导致的机械故障的概率。该计算假设对各光缆直径具有4.5和31磅的安装张力。二十年故障概率目前被认为是用于家中引入光缆的典型的期待的寿命。
表23.0mm、3.8mm和4.7mm外径的光缆的光纤最小弯曲半径处的故障概率
光缆直径   施加4.5磅张力时最小光纤弯曲半径的20年故障概率   施加31磅张力时最小光纤弯曲半径的20年故障概率
  3.0mm(现有技术)   1.8ppm   1000000ppm
  3.8mm(具有1.2mm护套18厚度的光缆10的最小外径) 0.65ppm 2.9ppm
  4.7mm(光缆10的优选外径)   0.44ppm   2.5ppm
因此，如表2所示，通过使用比标准厚的护套18显著地提高了机械可靠性。
另外，已经发现，在光缆10绕图2中所示的90度拐角布线时，对缓冲器层14使用较硬的材料导致信号衰减的可量化的改善。
具体地，两个样品光缆每个都由具有上述美国专利申请No.12/072,869中的示例III的单模光纤的参数和光学特性的光纤制造。两个光缆都由具有4.7mm的外径和四股2160旦尼尔DuPont
Figure A20091013513900101
49聚芳基酰胺纱线16的PolyOne W780L PVC护套18制成。样品光缆之一使用优选的双部件尼龙/乙烯-丙烯酸乙酯900微米紧密缓冲器层14，而另一个光缆使用由PolyOne W780L PVC制成的缓冲器层。两个光缆都用SC-APC类型连接器端接。
两个样品光缆绕松木2″×4″上的90度拐角共形地引导，并通过卡钉在各自距拐角近似一英寸的两个位置处绕拐角固定，如图2所示。利用在1550nm工作的JDSU功率表监测相对衰减。以下表3示出具有紧密尼龙缓冲器层14的光缆的八次测量的平均结果，以及具有PVC缓冲器层的光缆的四次测量的平均结果。
表3PVC缓冲器和尼龙缓冲器4.7mm光缆的测量的弯曲半径和衰减
  结构   测量的光纤弯曲半径   测量的衰减
  4.7mm外径，PVC缓冲器   5.8mm   0.19dB，平均
  4.7mm外径，硬尼龙双层缓冲器14   5.6mm   0.04dB，平均
如表3所示，具有紧密尼龙缓冲器层14的光缆表现出较低的衰减。这应该是由于以下事实：硬缓冲器材料具有优异的抵抗局部弯曲变形特性。虽然光纤的测量弯曲半径对于两个样品光缆近似相同，但是测量出的衰减的不同表明具有硬缓冲器层14的光纤更能够抵抗将在光纤中引起微小弯曲并增加信号衰减的这种局部变形。
增加市场上可买到的上述Corning ClearCurve光缆样品来重复以上实验，该光缆用SC-APC连接器端接。下表4示出4.8mm外径样品光缆的测量的微小弯曲损失的平均值，所述样品光缆绕松木2″×4″的拐角弯曲90度并被卡钉在各自距离拐角3/4英寸的两个位置处。
表4
样品 所使用的光纤   1550nm的平均损失，dB 试验数
  具有硬缓冲器层14的光缆10   ′869申请的示例III   0.035   8
  具有标准软PVC缓冲器层的光缆10 ′869申请的示例III 0.19 4
  具有软PVC缓冲器层的ClearCurve ClearCurve 0.045 4
以下测量结果也是从ClearCurve光纤和上述′869申请的示例III得到的，二者都在光缆形式之外。
5mm光纤弯曲半径，每360度圈的损失：
′869申请的示例III：0.33dB/圈，平均
Corning ClearCurve：0.22dB/圈，平均
以上测量结果表明：在两种光纤都在光缆形式之外进行测试时，虽然示例III的光纤可以表现出高于Corning的ClearCurve光纤的微小弯曲损失，但是当包装在本发明的光缆10中时，示例III的光纤具有与ClearCurve可相比或稍好的微小弯曲性能。
也将理解，期望长度的本发明的光缆10可以设置成以标准光纤连接器(例如，SC、LC、ST或FC类型)或下一代所谓硬化连接器端接的尾光纤或跨接器的形式。
如在此公开，本发明的引入光缆10良好地适于低成本的室内配线并使用刚性缓冲器层14，该缓冲器层例如有900微米厚。光缆的厚护套18用于在光缆绕尖锐拐角引导时限制光缆弯曲，由此允许光缆具有充分的机械可靠性以长期使用超过20年。和使用较软的PVC缓冲器材料的现有光缆不同，硬缓冲器层14减少了光学信号衰减，所述光学信号衰减不然会由于绕紧密拐角或弯曲部引导光缆以及由于安装过程中使用光缆卡钉而产生。
虽然上文给出了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员将理解，可以做出各种变型和修改而不脱离本发明的精神和范围，并且本发明包括落在以下权利要求书的范围内的所有这种变型和修改。

Claims (15)

1.一种对弯曲不敏感的光缆，其特征在于包括：
单模光纤；
围绕所述光纤的缓冲器层，其中所述缓冲器层的最厚的部件具有大于515MPa(75000psi)的弹性模量；以及
围绕所述缓冲器层的外护套，其中所述护套具有至少1.2mm的厚度。
2.根据权利要求1所述的光缆，其特征在于，所述缓冲器层具有大约900微米的外径。
3.根据权利要求1所述的光缆，其特征在于，所述缓冲器层包括从含有尼龙、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯、以及UV固化材料的组中选择的材料。
4.根据权利要求1所述的光缆，其特征在于，所述缓冲器层的最厚的部件包括具有近似218000psi的名义弹性模量的尼龙12树脂。
5.根据权利要求4所述的光缆，其特征在于，所述缓冲器层具有由乙烯/丙烯酸乙酯树脂制成的内部薄部件从而帮助从所述光纤剥离所述缓冲器层。
6.根据权利要求4所述的光缆，其特征在于，所述缓冲器层具有大约900微米的外径。
7.根据权利要求1所述的光缆，包括布置在所述缓冲器层和所述外护套之间的强度构件或纱线。
8.根据权利要求1所述的光缆，其特征在于，所述外护套具有大约4.7mm的外径。
9.根据权利要求1所述的光缆，其特征在于，所述外护套包括从含有PVC、耐火聚烯烃、以及聚氨酯的组中选择的材料。
10.根据权利要求1所述的光缆，其特征在于，所述光纤包括芯部和包层区域，用于以基本横模传播光，所述包层区域包括：
(i)具有比所述芯部的折射率n芯部小的折射率的外包层；
(ii)具有高于所述外包层的折射率且与所述芯部的折射率可相比的折射率n基座的环形基座区域；
(iii)布置在所述芯部和所述基座区域之间的环形内沟槽区域，所述内沟槽区域的折射率n内沟槽小于所述外包层的折射率；以及
(iv)布置在所述基座区域和所述外包层之间的环形外沟槽区域，所述外沟槽区域的折射率n外沟槽小于所述外包层的折射率。
11.根据权利要求10所述的光缆，其特征在于，|n内沟槽-n芯部|＞0.007。
12.根据权利要求10所述的光缆，其特征在于，|n内沟槽-n芯部|＞0.007。
13.根据权利要求10所述的光缆，其特征在于，|n芯部-n基座|＜0.003。
14.根据权利要求1所述的光缆，其特征在于，所述光纤具有一个或多个涂层，并且总直径是大约250微米。
15.根据权利要求10所述的光缆，其特征在于，所述外包层和所述外沟槽区域之间的界面位于距所述芯部的中心在17至23微米之间的半径距离处。
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