CN105705977A - 可拉伸的光纤电缆 - Google Patents

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Abstract

一种光纤电缆包括强度构件、耦接到所述强度构件的管道、以及光纤。所述强度构件提供抗拉强度和抗弯强度。所述管道具有空腔，所述光纤封装到所述空腔中。所述电缆可拉伸以使得当所述电缆经受高达2×10-3的应变时，所述光纤在1310纳米波长下经受小于0.5dB/km的增加的平均衰减。

Description

可拉伸的光纤电缆
相关的申请案
本国际申请案主张2014年6月25日申请的美国申请案号14/314,766、2014年2月27日申请的美国申请案号14/192,007以及2013年9月24日申请的美国申请案号61/881,707的优先权权益，所述申请案每者的内容是本发明的基础且以全文引用方式并入本文。
背景技术
本发明的方面总体涉及光纤电缆。
光纤的拉伸或应变可以增加经由光纤传达的信号的衰减。因此，光纤电缆可经设计成具有强度部件，以最小化电缆拉伸并且相应地最小化光纤拉伸。
在一些光纤电缆设计中，光纤可松散地布置在光纤电缆中的称为缓冲管的管道中。缓冲管通常会具有自由空间，所述自由空间允许光纤相对于相应的缓冲管的长度具有光纤余长。在拉伸该缓冲管时，光纤在该缓冲管内拉直，但不应变，直到去除光纤中的所有光纤余长，从而提供“应变窗”。
本申请人已经发现，多余光纤长度可以至少部分因制造缓冲管的工艺而变化。所述变化可为相对于缓冲管内的单独光纤以及相同电缆中的不同的缓冲管的光纤之间的。此外，本申请人已经发现，多余光纤长度的量另外可因时间、温度以及制造对应光纤电缆期间缓冲管的后续处理(包括在将缓冲管卷绕于中心加强构件(称为“绞合”)时以及在将保护护套施于绞合的缓冲管周围(称为“包上护套”)时)进行修改。
光纤电缆中的强度部件通常被选择为适应多余光纤长度的范围的下限。换句话说，强度部件的大小和配置被设定成防止具有最少量的多余光纤长度的电缆的光纤的应变和衰减。这种强度量级对于具有更大量的多余光纤长度的电缆的光纤而言可为不必要的。
发明内容
一个实施方式涉及一种光纤电缆，所述光纤电缆包括强度构件、耦接到所述强度构件的管道、以及光纤。所述强度构件提供抗拉强度和抗弯强度。所述管道具有空腔，所述光纤封装所述空腔中。所述光纤在所述管道中是相对高度扭曲的，使得对于10米长的电缆区段而言，所述光纤的平均长度比所述区段中的所述管道的平均长度大至少25毫米。另外，所述光纤在所述管道中是相对均匀扭曲的，使得对于10米长的电缆区段而言，所述光纤与所述区段的所述光纤的平均长度相差至少5毫米。当所述电缆经受高达2×10-3的应变时，所述光纤在1310纳米波长下经受小于0.5dB/km的增加的平均衰减。所述电缆可以使用粘合套筒来提供约束所述管道的径向向内力的均匀分布。
另外的特征和优点在以下具体实施方式中阐述，并且部分将对本领域的技术人员从说明书显而易见，或将通过实践如书面描述及其权利要求书和附图中描述的实施方式来认识到。应当理解，以上发明内容和以下具体实施方式仅是示例性的，旨在提供用于理解权利要求书的性质和特性的概述或框架。
附图说明
附图被包括来提供进一步的理解，并且并入本说明书中且构成本说明书的一部分。附图示出一或多个实施方式，并与具体实施方式一起用来解释各种实施方式的原理和操作。因此，结合附图，从以下具体实施方式中更全面理解本发明，其中：
图1是根据示例性的实施方式的光纤电缆的透视图。
图2是根据另一示例性的实施方式的光纤电缆的透视图。
具体实施方式
在转向详细示出示例性的实施方式的附图前，应当理解，本发明和创新技术并不限于具体实施方式中阐述或附图中示出的细节或方法论。例如，如本领域的普通技术人员将理解，与附图之一所示实施方式相关联的特征或属性可应用于所述附图中的其它附图所示实施方式。
参考图1，光纤电缆110包括强度构件112以及耦接到强度构件112的缓冲管114，使得强度构件112加强缓冲管114。每个缓冲管114具有空腔116，并且光纤电缆110还进一步包括光纤118，所述光纤封装在空腔116中，使得光纤118在所述空腔中弯曲，这意味着光纤118可以在空腔116中扭结、起伏、螺旋或以其它方式扭曲。因此，光纤118具有比容纳相应光纤118的缓冲管114的长度更长的长度。电缆110包括包围并耦接强度构件112与缓冲管114的护套120。
现在参考图2，光纤电缆210包括中心定位强度构件212以及耦接到强度构件212的缓冲管214，使得强度构件212加强缓冲管214。每个缓冲管214具有空腔216，并且光纤电缆210还进一步包括光纤218，所述光纤封装在空腔216中，使得光纤218在所述空腔中弯曲。电缆210包括包围强度构件212和缓冲管214的护套220。另外，在图2中，缓冲管214卷绕在强度构件212上，并且通过粘合套管222来保持在适当位置。
根据示例性的实施方式，强度构件112、212被配置成在低温下向光纤电缆110、210提供抗拉强度以及抗弯强度。在一些实施方式中，存在如图1所示两个强度构件112，其中强度构件112处于缓冲管114的任一侧。在其它实施方式中，存在两个以上强度构件，诸如在缓冲管的任一侧的一对强度构件。在另外一些实施方式中，如图2所示，可仅存在一个此类强度构件212。
强度构件112、212可以包括玻璃纤维增强塑料(GRP)、钢、树脂粘结的芳族聚酰胺，或者其它合适强度材料。在一些实施方式中，强度构件112、212可为光纤电缆110、210提供足够抗拉强度，而强度部件量可相对于其它电缆减少，使得当前光纤电缆110、210可以不含芳族聚酰胺纱线、不含玻璃纤维纱线和/或其它抗拉强度纱线，从而减少光纤电缆110、210总体大小并且增加整个电缆110、210的拉伸能力。
根据示例性的实施方式，缓冲管114、214和强度构件112、212被护套120、220所包围。护套120、220可与缓冲管114、214和/或强度构件112直接接触，诸如强度构件112和/或缓冲管114完全被护套120所包围并且嵌入其中。在其它实施方式中，护套120、220可与强度构件112、212和/或缓冲管114、214分开，诸如由中间材料层(诸如金属护甲、遇水膨胀带、阻燃带或其它材料)分开。
在一些实施方式中，护套120、220包括(诸如主要包括)聚乙烯。在其它实施方式中，护套120、220包括聚氯乙烯或其它聚合物。护套120、220可进一步包括填料和/或添加剂，诸如粘结剂和防火填料。在一些实施方式中，护套120、220可以形成电缆110、210的最外表面，而其它实施方式中，护套120、220可不形成所述电缆的最外表面，诸如当电缆包括外皮层和/或作为较大“展开式”或分布式电缆的一部分时。
缓冲管114、214可以包括聚丙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和/或其它聚合物。填料、添加剂和其它组分可添加到聚合物中。具体参考图1，一个、两个或更多个缓冲管114可以在基本同一平面上并在强度构件112之间纵向对准。这种平面对准可为电缆110提供弯曲偏向，并且护套120可以具有相对平坦侧面。
在一些实施方式中，除了光纤118、218之外，缓冲管114、214也填充有填充化合物，诸如油脂或基于石油的凝胶。所述填充化合物对缓冲管114、214是阻水的且提供光纤与缓冲管114、214之间的耦接。在其它实施方式中，缓冲管114、214是“干燥”的，并且没有填充化合物。在此类实施方式中，缓冲管114、214可用遇水膨胀粉末(诸如超吸收性聚合物)阻水，所述遇水膨胀粉末可浸透在延伸穿过缓冲管114、214的空腔的纱线中和/或所述粉末可机械附接到缓冲管114、214的内部。
根据示例性的实施方式，缓冲管114、214具有为3毫米或更少的、诸如2.5毫米或小于2.5毫米或甚至2毫米或小于2毫米的外径。缓冲管114、214可以具有至少100微米，例如至少200微米和/或小于1毫米的平均壁厚。对于相同大小的缓冲管114、214而言，在光纤118、218数量增加时，光纤118、218在其中的弯曲的自由度降低，并且多余光纤长度减小。每个缓冲管114、214可以具有至少一根光纤118、218，诸如至少四根光纤118、218，诸如至少十二根光纤118、218。对于特定电缆设计而言，如果需要较少的缓冲管114、214，那么虚设杆可替换电缆110、210的一或多个缓冲管114、214。
根据示例性的实施方式，光纤118、218包括被玻璃包层直接包围的玻璃芯，所述玻璃包层被一或多层聚合物涂层(诸如被较硬的丙烯酸酯壳直接包围的较软丙烯酸酯应变隔离层)直接包围。根据示例性的实施方式，与光纤带的光纤不同，光纤118、218是单个、离散光纤。光纤118、218可为单模光纤、多模光纤、多芯光纤、塑性光纤、具有均匀包层的光纤和/或其它类型的光纤。
光纤118、218可为具有包层(所述包层包括不同的折射率的环形层)的抗弯曲光纤或其它类型的抗弯曲光纤。弯曲不敏感或抗弯曲的光纤的实例是可从纽约州康宁市康宁公司(CorningIncorporatedofCorning,NY)购得的多模光纤。在一些此类实施方式中，在弯曲为具有带有约200毫米的直径的单匝的线圈时，电缆110、210的光纤118、218在1310纳米下具有约0.1dB/匝或更小的光衰减(衰减差量)，并且更优选地，约0.03dB/匝或更小的光衰减，其中上述衰减差量在一或多个波长下、优选地在大于或等于1500纳米的波长下观察到，在一些实施方式中，也在大于约1310纳米的波长下观察到，在其它实施方式中，也在大于约1260纳米的波长下观察到。使用抗弯曲光纤可有利于改进在电缆110、210拉伸时的电缆110、210的光学性能。
根据示例性的实施方式，光纤118、218封装到每个缓冲管114、214的空腔116、216中，使得光纤118、218在其中弯曲。在一些实施方式中，在与常规光纤电缆相比时，光纤118、218在管道114、214中相对高度扭曲或弯曲。例如，对于电缆110、210的10米长区段而言，光纤118、218可以具有比放置光纤118、218的所述区段中的对应缓冲管114、214的平均长度大至少25毫米的平均长度，诸如平均大至少35毫米，其中此类结构可以存在于标准条件下，诸如室温(27℃)，电缆110、210平放在平坦表面上的直线路径中。
此外，在一些实施方式中，光纤118、218在缓冲管114、214中相对均匀地扭曲或弯曲，使得特定缓冲管114、214和/或整个电缆110、210的所有光纤118、218彼此具有几乎完全相同长度。例如，对于电缆110、210的10米长区段而言，光纤118、218可以具有与所述区段或特定缓冲管114、214的光纤118、218的平均长度相差小于5毫米(诸如小于4毫米或甚至小于约3毫米)的个别长度。在一些实施方式中，所述长度差异可以高达10毫米，其中此类结构可存在于标准条件下，诸如室温(27℃)，电缆110、210平放在平坦表面上的直线路径中。
光纤余长的均匀性和高程度允许电缆110、210拉伸，同时为光纤118、218提供大应变窗。例如，在一些此类电缆110、210中，在电缆110、210经受高达2×10-3的应变(诸如2.5×10-3或甚至高达3×10-3的应变)时，光纤118、218在1310纳米的波长下经受小于0.5dB/km的增加的平均衰减。另外，由于增加的应变窗，强度部件可选择为允许电缆110、210比常规电缆更多的应变，这可降低光纤电缆110、210的总体大小，从而节约材料资源并且减小电缆110、210所占据的管道和通道的空间体积(以及其它益处)。
例如，电缆110、210可配置成在光纤118、218的衰减没有实质增加的情况下应变至少1％，例如至少1.1％或甚至1.2％，使得在电缆110、210处于此类应变时，光纤118、218在1310纳米波长下经受小于0.25dB/km的增加的平均衰减。在一个实施方式中，电缆110、210可以具有至少0.25％(±0.025％或更小)的标称光纤余长，在600lbf的电缆应变下至少约1.1％的标称光纤余长，和/或-40℃或低于-40℃的低温性能。在另一实施方式中，电缆110、210可具有至少0.35％(±0.025％或更小)的标称光纤余长，在600lbf的电缆应变下至少约1.2％的标称光纤余长，和/或-20℃或低于-20℃的低温性能。使用抗弯曲光纤118、218可有助于降低电缆110、210的低温限值。对于本文所公开的电缆110、210而言，光纤余长上限可为1％。
缓冲管114、214的光纤118、218中的光纤余长的量可经由各种工艺、材料和结构来控制。在一些实施方式中，缓冲管114、214利用具有回缩程度较高但一致的材料、诸如各类聚丙烯来制造，其中“回缩”是缓冲管114、214在挤出后由于管道114、214冷却并固化而造成的长度收缩。如果管道114、214在无约束的位置冷却，例如松散盘绕在盘中，那么就可允许缓冲管114、214自由收缩，而其中光纤118、218可保持相同长度且在所述缓冲管内相应地弯曲到相对高的程度。另外，如果所述材料与回缩程度尤其一致，那么光纤余长的统计分布(即，展度)可能特别紧密。减缓缓冲管制造处理速度可以减少缓冲管114、214中的不规则处形成，不规则处可能导致回缩差异并相应地增加光纤余长的展度。替代或另外地，在绞合和包上护套过程中，可向强度构件112、212、缓冲管114、214和/或光纤118、218施加张力，以便去除光纤余长和/或向缓冲管114、214提供受控光纤余长。此类制造工艺的实例在美国专利号7,277,615中提供，所述专利以全文引用方式并入本文。
现在具体参考图2，粘合套管222可以用于约束缓冲管214，例如，如果在反向振荡卷绕模式(例如，“SZ绞合”)中，缓冲管214卷绕在中心强度构件212上，其中缓冲管214单向螺旋并且接着反向，然后再次反向，以此类推。在一些实施方式中，在螺旋方向上的反向部分之间的平均距离沿电缆210的长度为至少10厘米并且沿电缆210的长度为小于5米。在此类模式中，缓冲管214可以具有存储扭力，所述存储扭力促成缓冲管214与中心强度构件212之间的分离，在卷绕方向中的反向部分处尤其如此，即，如果不受约束，那么就有可能在包上护套过程中导致“鸟笼”效应，其中电缆210会因缓冲管214已从包护套的中心强度构件212拉离而膨胀，以形成所谓的“鸟笼”。
根据示例性的实施方式，粘合套管222与许多常规的粘合剂(例如，粘合纱线或带)不同，不同之处在于，粘合套管222提供沿缓冲管214相对均匀分布的负载，以将缓冲管214保持到中心强度构件212上。粘合套管222在长度上是连续的，并且在周边上围绕电缆210的芯(管道214和强度构件212)，例如从而形成沿所述电缆的至少10米长的长度的闭合环路。对于本文中公开的电缆210而言，此类粘合套管222可能是尤其有利的，因为粘合套管可以缓解缓冲管214的与常规粘合纱线或带相关联的局部应力，这可提供在电缆拉伸时粘合纱线或带围绕下面的缓冲管拉紧情况下的局部应力，从而导致其中容纳的光纤的衰减增加。在至少一些其它所预见的实施方式中，可以使用常规的粘合剂。
根据示例性的实施方式，在绞合过程中，粘合套管222围绕缓冲管218挤出。例如，粘合套管222可几乎紧接在绞合之后挤出到缓冲管214上。另外，在粘合套管222冷却和收缩时，约束装置(诸如绞盘、履带、辊等)可用来将绞合的缓冲管214保持在一起并接触强度构件212。在一些实施方式中，粘合套管222主要是由聚合物(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺)或其它材料形成。粘合套管222可特别薄，例如平均小于护套220的厚度的五分之一，例如小于十分之一。例如，在一些实施方式中，粘合护套222具有0.5毫米或更小的、例如0.25毫米或更小的和/或甚至例如0.15毫米或更小的平均厚度。在一些实施方式中，随后粘合套管222可在包上护套过程中粘合到护套220。
如各种示例性的实施方式中所示，光纤电缆的构造和布置仅是说明性的。虽然仅仅少数实施方式详细描述于本发明，但在就材料而言不脱离本文中描述的主题的新颖教示和优点的情况下，可能做出许多修改(例如，各种构件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料使用、颜色、定向等的变化)。例如，在一些所预见的实施方式中，本文中公开的电缆可以包括本文中公开的一些发明性的属性，诸如粘合套管222，但不包括其它属性，诸如非常规地更高的或更均匀的多余光纤长度。或者，图1的电缆也可包括围绕缓冲管114的粘合套管222。在所预见的实施方式中，电缆110可为单管道式电缆，仅仅具有一个缓冲管114，其中光纤118具有如本文公开的多余光纤长度。在一些实施方式中，电缆110、210可仅包括抗拉纱线作为对刚性强度构件112、212的替代，或可包括两者。示出为整体形成的一些元件可由多个部分或元件构成，元件位置可以颠倒或以其它方式变化，并且离散元件的性质或数目或者位置可更改或变化。任何过程、逻辑算法或方法步骤的次序或顺序可以根据替代实施方式来变化或重新排序。在不脱离本发明和创新技术范围的情况下，各种示例性的实施方式的设计、操作条件和布置也可做出其它替换、修改、改变和省略。

Claims (15)

1.一种光纤电缆，所述光纤电缆包括：
强度构件，所述强度构件被配置成提供抗拉强度以及抗弯强度，其中所述强度构件是杆；
管道，每个管道具有空腔，其中所述强度构件加强所述管道，其中所述杆是中心强度构件，并且其中在反向振荡卷绕模式中，所述管道卷绕于所述杆，其中所述管道的横截面是大体圆形的，并且具有3毫米或更小的平均外径，其中所述管道具有2毫米或更小的平均内径；以及
粘合套管，其中所述管道利用将径向向内力相对均匀分配到所述管道的所述粘合套管来粘合到所述中心强度构件；以及
光纤，所述光纤封装在每个管道的所述空腔中，使得当所述电缆经受高达1％的应变时，相较于无应变时的情况，所述光纤在1310纳米波长下经受小于0.5dB/km的增加的平均衰减，从而为所述电缆提供应变窗，并且使所述电缆的拉伸能力相应增加。
2.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述管道各自容纳至少十二根光纤，所述光纤包括玻璃芯、玻璃包层和聚合物涂层；以及
3.根据权利要求1或2中任一项所述的电缆，其特征在于，所述光纤具有至少200微米的外径。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的电缆，其特征在于，所述粘合套管是由挤出的聚合物材料形成，所述粘合套管在沿所述电缆的10米长区段的长度上是连续的，并且围绕所述管道在周边上是连续的，以便形成闭合环路。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的电缆，其进一步包括围绕所述粘合套管而挤出的护套。
6.根据权利要求5所述的电缆，其特征在于，所述粘合套管具有小于所述护套的平均厚度的五分之一的平均厚度。
7.根据权利要求5或6中任一项所述的电缆，其特征在于，所述护套是由聚合物形成的，并且其中所述护套界定所述电缆的最外表面。
8.根据权利要求5到7中任一项所述的电缆，其特征在于，所述粘合套管被粘合到所述护套。
9.根据权利要求5到8中任一项所述的电缆，其特征在于，所述粘合套管包含聚乙烯，并且所述护套包含聚乙烯。
10.根据权利要求5到9中任一项所述的电缆，其特征在于，所述粘合套管具有0.5毫米或更小的平均厚度。
11.根据权利要求10所述的电缆，其特征在于，所述粘合套管的平均厚度为小于所述护套的平均厚度的五分之一。
12.根据权利要求1到11中任一项所述的电缆，其特征在于，在所述反向振荡卷绕模式中的反向部分之间的平均距离沿所述电缆的长度为至少10厘米并且沿所述电缆的所述长度小于5米，由此所述管道具有存储扭力，所述存储扭力促成所述管道与所述中心强度构件之间的分离，所述粘合套管通过沿所述管道来提供相对均匀分布负载以将所述管道保持到所述中心强度构件而缓解这种分离。
13.根据权利要求1到12中任一项所述的电缆，其特征在于，所述光纤在每个管道的所述空腔中弯曲，从而具有光纤余长。
14.根据权利要求13所述的电缆，其特征在于，所述光纤封装在所述管道中，使得对于所述电缆的10米长区段而言，所述光纤的所述平均长度比所述区段中的所述管道的所述平均长度大至少25毫米。
15.根据权利要求13或14所述的电缆，其特征在于，所述光纤封装在所述管道中，以使所有光纤具有几乎完全相同长度，使得对于所述电缆的10米长区段而言，所述光纤个别与所述区段的所述光纤的所述平均长度相差小于5毫米。
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