CN107315230A - 金属化光纤 - Google Patents

Abstract

金属化光纤，其包含：A)光纤，和B)导电金属，所述导电金属围绕光纤并且与光纤接触，所述导电金属的厚度为光纤厚度的至少0.15倍。金属化光纤可形成混合光纤/共轴缆线部件，提供良好的保护以使沿光纤传播的数据信号免受来自邻近或附近导电体的电流的干扰。

Description

金属化光纤

本发明申请是基于申请日为2013年9月5日，申请号为201380061311.2(国际申请号为PCT/US2013/058182)，发明名称为“金属化光纤”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及光纤。一方面，本发明涉及包含金属化条或涂层的光纤，而另一方面，本发明涉及作为混合光纤/共轴缆线一部件的金属化光纤。

背景技术

自20世纪90年代初，组合光纤和共轴缆线的混合光纤/共轴缆线已被有线电视运营商全球性普遍使用。有需要电力和数据传输二者的许多应用。例如，在智能住宅中，存在用于照明、温度控制、多媒体、安全设备、窗与门操作和许多其它功能的高级自动化系统。该智能功能通过将编码信号借助于家里布线发送到开关和插座实现，所述开关和插座程序化以操作在住宅每一部分的电器和电子设备。信号发送包括电力和数据信号二者。

另一实例为塔顶无线基站(TTR)手机信号塔。将TTR经由小直径缆线与常见设备连接，所述小直径缆线包含输送数字信号的玻璃或塑料纤维和供应电力的一对铜线。在需要电力和数据传输二者的应用中，需要混合缆线。然而，许多消费者应用需要尺寸小和重量更轻的布线或缆线，这使得混合缆线的电力和数据承载部件总是较紧密地在一起。这反过来可导致电力信号干扰数据信号的问题，或反之亦然。因此，存在混合缆线的需要，所述混合缆线可包含彼此接近的电力和数据导线但不彼此干扰的功能。

发明内容

在一个实施方式中，本发明为金属化光纤，其包含：

A)光纤，和

B)导电金属，导电金属围绕光纤并且与光纤接触，导电金属的厚度为光纤厚度的至少0.15倍。

在一个实施方式中，本发明为混合光纤/共轴缆线，其包含：

A)共轴缆线，和

B)金属化光纤，其包含：

1)光纤；和

2)导电金属，导电金属围绕光纤并且与光纤接触，导电金属的厚度

为光纤厚度的至少0.15倍。

在一个实施方式中，本发明为金属化光纤或混合光纤/共轴缆线，二者如上所述与电源连接。

在一个实施方式中，本发明为通过金属化光纤传输数据信号的方法，所述方法包括通过金属化光纤传输数据信号的步骤，金属化光纤包含光纤以及围绕光纤并且与光纤接触的金属涂层，金属涂层的厚度大于数据信号的波长。

附图说明

图1为金属化光纤的示意图。

图2为现有技术混合光纤/共轴缆线的示意图。

图3为本发明混合光纤/共轴缆线的一个实施方式的示意图。

具体实施方式

定义

除非相反指出，否则从上下文暗示或现有技术惯例，所有的份和百分比均基于重量。针对美国专利实践的目的，任何涉及的专利、专利申请或公开的内容在此全部引入作为参考(或其等价的US同族也引入作为参考)，特别是关于本领域中的合成技术、定义(不与本申请具体提供的任何定义不一致)和常识的披露。

本申请中的数字范围是近似值，因此除非另有所指，否则其可以包括该范围以外的值。数值范围包括以1个单位增加的从较低值到较高值的所有数值，条件是在任意较低值与任意较高值之间存在至少2个单位的间隔。例如，如果组成、物理或其它性质，如分子量、粘度、熔融指数等是100至1,000，意指明确地列举了所有的单个数值，如100、101、102等，以及所有的子范围，如100至144、155至170、197至200等。对于包含小于1的数值或者包含大于1的分数(例如1.1、1.5等)的范围，适当时将1个单位看作0.0001、0.001、0.01或0.1。对于包含小于10(例如1至5)的个位数的范围，通常将1个单位看作0.1。这些仅仅是具体所意指的内容的示例，并且所列举的最低值与最高值之间的数值的所有可能组合都被认为清楚记载在本申请中。本申请内的数字范围尤其提供了金属涂层围绕光纤缆线的厚度。

“包含”、“包括”、“具有”和它们的派生词，并不意指排除存在任何另外的部件、步骤或程序，无论是否具体公开相同内容。为了消除任何怀疑，使用术语“包含”要求保护的所有组合物可以包括任何另外的添加剂、辅料或混配物，无论是聚合物还是其它物质，除非相反指出。相比之下，术语“基本由......组成”从任何随后记述的范围内排除任何其它部件、步骤或程序，除去了对操作不必要的那些部件、步骤或程序。术语“由……组成”排除没有具体叙述或列举的任何部件、步骤或程序。

“缆线”、“电缆”等术语意指保护性夹套或护套内的至少一根线材或光纤。典型地，缆线为两根或更多根捆缚在一起的线材或光纤，其典型地在同一保护性夹套或护套中。夹套内部的单根线材或纤维可以是裸露的、包覆的或绝缘的。混合缆线或组合缆线可以包含电线和光纤二者。可设计缆线等用于低压、中压和高压应用。典型的缆线设计描述于USP 5,246,783、6,496,629和6,714,707中。

“光纤”等术语意指由芯和包覆层组成的纤维，其选择用于由于二者间的折射率差引起的全内反射。包覆层通常涂布有丙烯酸酯聚合物或聚酰亚胺层。该涂层保护纤维免受破坏但不有助于它的光的波长性质。

“共轴缆线”、“同轴缆线”等术语意指缆线，其包含通过挠性、管状绝缘层围绕，通过管状导电屏蔽围绕的内部导体。术语“同轴”是指内部导体和外部屏蔽共有一条几何轴线。

金属化光纤

在一个实施方式中，本发明为金属化光纤。一种设计示于图1中。金属化光纤10包含光纤11和金属条12。光纤11具有一般的圆柱体构造，尽管它的构造可根据需要变化。芯的组成(例如，玻璃或塑料；未示出)以及包覆层(一层或多层)的层数、厚度和组成(例如，丙烯酸酯、酰亚胺等；未示出)也可根据需要变化。关于光纤组成和结构的这些和其它考虑因素，以及它们的构造方法在本领域中是公知的。

金属条11与光纤10接触。金属条11可包含任何导电金属，例如铜、铝、铂系元素的金属(铂、钯等)、贵金属(例如金、银)等，金属条11的尺寸、构造和厚度可变化。铜为优选的用于本发明的金属。在一个实施方式中，金属条完全、或几乎完全(例如，小于100％但大于90％、或大于95％、或大于99％)包覆光纤的整个表面。在一个实施方式中，金属条包覆得小于光纤的整个表面，在这种实施方式中，金属条包覆至少89％、优选至少50％、更优选至少20％和甚至更优选至少10％的光纤表面。如果金属条包覆得小于光纤的整个表面积，则金属条的构造可根据需要变化，例如直线、Z字形、蛇形、螺旋形等，金属条沿光纤纵轴延伸。

金属条的厚度大于所传输的信号频率。对于设计为承载60赫兹(Hz)频率信号的光纤，金属(例如，铜)厚度为典型地约8.5毫米(mm)。只要金属条的厚度大于由光纤承载的信号频率，那么所传输的信号与通过具有相同表面积的金属棒传输的信号相同。由于金属的厚度，电力信号将在金属条皮上传送，而电力信号不通过光纤本身，因此电力信号将不干扰、或仅以标称水平干扰由光纤承载的数据信号。对于任何给定信号频率的金属厚度计算在本领域中是已知的，如在以下文献中示例的：Electrical Losses in Coaxial Cable byEaton and Kmiec,International Wire&Cable Symposium,Proceedings of the 57^thIWCS,pp.515-520(Nov 2008)。

导体的皮层效应是电流本身分布在导体内使得密度导体表面附近的电流密度大于导体的芯处的电流密度的趋势。皮深度δ与频率的平方成反比：

δ(m)＝sqrt((2*ρ)/*ω*μ))

其中ρ为导体的电阻率，ω为电流的角频率＝2π，和μ为导体的绝对磁导率。对于铜导体，该方程归纳如下：

δ(m)＝0.06/sqrt(频率(Hz)).

在60Hz，皮深度为8.5mm；在1MHz，皮深度为66μm；和在1GHz，皮深度为2.08μm。

在本发明的一个实施方式中，光纤上的金属厚度为光纤的尺寸例如厚度或直径的函数。典型地，金属厚度为光纤厚度或直径的至少0.15倍、更典型地至少1倍和甚至更典型地至少2倍。因此，如果光纤的厚度或直径为1mm，那么与光纤接触的金属的厚度为至少0.15mm、优选至少1mm和甚至更优选至少2mm。

金属可以任何方便的方式施用于光纤，例如通过电镀、电解镀、使用粘合剂(参见，例如2011年12月20日提交的USSN 61/577918)等。这些方法在本领域中是已知的，可彼此组合使用，例如，将薄的(例如1-100微米)初始层施用于光纤表面，随后在初始层顶部电镀一层或多层从而构成总厚度为1,000微米,1,500微米或更大。尽管电镀和电解镀非常适合于涂布光纤的整个表面，但通过利用各种已知的掩蔽和漂洗技术，这些技术也用于涂布得小于光纤的整个表面。如果使用粘合剂，则其典型地具有良好的介电性质并且显示良好的对于金属和光纤最外包覆层的组成(例如丙烯酸类)的粘合强度。混合光纤/共轴缆线

混合缆线包括但不限于，光纤缆线、共轴缆线和导电体，例如铜。这些混合缆线承载数据和电力。在本发明的混合缆线中，导电体例如铜可替换为涂布有承载电流的金属条的光纤。与共轴缆线相比，光纤缆线可承载更多数据(较高的带宽)，而噪音低和易受干扰性较低。

在一个实施方式中，本发明为混合光纤/共轴缆线。图2说明混合光纤共轴缆线现有技术设计的一个实施方式。混合光纤/共轴缆线20包含中心芯强度构件21，其设计为赋予混合缆线以承载强度。混合缆线的该构件典型地由金属或高强度塑料制成，该构件不承载电力或信息。导电体22、23和25典型地由铜或铝制成，承载电力即电流。这些导体典型地嵌入一个或多个半导体和/或绝缘护套(未示出)中。缆线24为共轴缆线。

光纤缆线26包含四根嵌入保护性夹套的光纤。每根光纤本身可嵌入一个或多个保护性护套中，四根光纤之间的空间可填充有基质填料，基质填料提供保护和介电绝缘二者。

将混合缆线的强度构件和各种导体嵌入填料基质27中，填料基质27提供免受物理性损伤的保护和介电绝缘二者。然后，将该基质嵌入半导体绝缘护套28内，转而将半导体绝缘护套28嵌入外部的保护性夹套29内。基质填料、半导体护套和保护性夹套的各种组成和制造基质填料、半导体护套和保护性夹套的各种方法在本领域中都是公知的。

本发明混合缆线的一个实施方式描述于图3中。混合缆线30的设计类似于混合缆线20，不同之处在于混合缆线30不包含单股的(stand-alone)导电体22、23和25。相反，光纤缆线26替换为光纤缆线36，在光纤缆线36中将四根光纤金属化，即，它们包含金属涂层，其中的一个实施方式描述于图1中。该金属条或涂层执行图2中所述现有技术混合缆线的一个或多个导电体的功能。

将本发明的混合缆线以与已知混合缆线相同的方式使用。将缆线与电源，一个或多个数据传输源，例如计算机、传感器连接，最后与终端装置，例如计算机、家用电器、工业或娱乐设备等连接。适当厚度的连接到光纤的金属使得由邻近或附近导电体接收(或来自任何其它源)的任何电流传输能够沿纤维传输到终端装置而不干扰纤维的数据传输。

本发明包括如下方案：

方案1.金属化光纤，其包含：

A)光纤，和

B)金属，所述金属围绕所述光纤并且与所述光纤接触，所述金属的厚度为所述光纤厚度的至少0.15倍。

方案2.方案1的光纤，其中所述金属包含以下物质的至少一种：铜，铝，铂系元素的金属，或贵金属族的金属。

方案3.方案1或2的光纤，其中所述金属包覆所述光纤的整个表面。

方案4.方案1或2的光纤，其中所述金属包覆得小于所述光纤的整个表面。

方案5.方案4的光纤，其中所述金属为沿所述纤维纵轴延伸的条形式。

方案6.方案5的光纤，其中所述金属条包覆至少10％的所述光纤表面。

方案7.混合光纤/共轴缆线，其包含：

A)共轴缆线，和

B)金属化光纤，其包含：

1)光纤；和

2)金属涂层，所述金属涂层围绕所述光纤并且与所述光纤接触，

所述金属涂层的厚度为所述光纤厚度的至少0.15倍。

方案8.方案7的混合光纤/共轴缆线，其与电源连接。

方案9.方案7或8的混合光纤/共轴缆线，其中所述金属为铜，所述金属包覆所述光纤的整个表面或所述光纤的几乎整个表面。

方案10.通过缆线传输数据信号的方法，所述方法包括将所述缆线与电源和数据信号源连接，所述缆线包含方案7的混合光纤/共轴缆线。

具体意指本发明不限于本发明所包含的实施方式和说明，但本发明包括那些实施方式的变型形式，那些实施方式包括落入权利要求范围内的实施方式的部分和不同实施方式的元素的组合。

Claims (10)

1.金属化光纤，其包含：

A)光纤，和

B)金属，所述金属围绕所述光纤并且与所述光纤接触，金属化光纤的特征在于，所述金属的厚度为所述光纤厚度的至少1倍。

2.权利要求1的光纤，其中所述金属包含以下物质的至少一种：铜，铝，铂系元素的金属，或贵金属族的金属。

3.权利要求1或2的光纤，其中所述金属包覆所述光纤的整个表面。

4.权利要求1或2的光纤，其进一步特征在于，所述金属包覆得小于所述光纤的整个表面。

5.权利要求4的光纤，其中所述金属为沿所述纤维纵轴延伸的条形式。

6.权利要求5的光纤，其中所述金属条包覆至少10％但小于100％的所述光纤表面。

7.混合光纤/共轴缆线，其包含：

A)共轴缆线，和

B)金属化光纤，其包含：

1)光纤；和

2)金属涂层，所述金属涂层围绕所述光纤并且与所述光纤接触，金属化混合光纤/共轴缆线的特征在于，所述金属的厚度为所述光纤厚度的至少1倍。

8.权利要求7的混合光纤/共轴缆线，其与电源连接。

9.权利要求7或8的混合光纤/共轴缆线，其中所述金属为铜，所述金属包覆所述光纤的整个表面或所述光纤的几乎整个表面。

10.通过缆线传输数据信号的方法，所述方法包括将所述缆线与电源和数据信号源连接，所述缆线包含权利要求7的混合光纤/共轴缆线。