CN1155846C - 光缆 - Google Patents

Abstract

一种光缆，包括一圆柱形隔层，表面有以给定螺距改变方向的螺旋槽，槽中有带状光纤叠层组件。槽的反向角φ为210°≤φ≤330°；槽中能包含一虚拟圆，其直径为D＝[W²+(N·T)²]^1/2，式中W为带状光纤宽度，T为厚度，N为槽中叠置数目；槽的每一侧壁与槽底中心和隔层中心连线的夹角θ周期变化；槽中心弯曲部位内侧的侧壁角θ至少在从远离两相邻反向部分间的螺旋部分以在圆周方向约90°延伸到下一反向部分的部分上连续而单调地增加。

Description

光缆

技术领域

本发明涉及一种光缆，该光缆具有含多条带状涂覆光纤的叠层组件。

背景技术

称为SZ型的光缆是众所周知的，其结构使得很容易从缆中取出带涂层的光纤。这种光缆包括一个圆柱形中心隔层，隔层表面有S型或Z形螺旋槽，槽按给定螺距改变其方向。槽中埋设带涂层的光纤，如JP-A-63-301911中所示(这里“JP-A”表示待审查的日本专利公开件)。带涂层的光纤放入槽中之后，将一丝状材料(如尼龙纤维)以一定的螺距螺旋形缠绕到隔层上。丝绕后的隔层还可用例如无纺纤维的带缠绕或包上铝层。这种丝绕、带和铝层以后将参照一种缠绕层来专门描述。然后，用挤压涂覆法在缠绕后的隔层周围涂上一层防护层。

带状叠层组件放到槽内应当使得因弯曲或扭转而产生的应变能为最小。光纤带扭转较小时，这种应变能不大。JP-A-8-211263建议使槽宽和槽深都大于带状叠层组件对角线的长度，以便带状叠层组件可以平滑地放在其中。

然而实际上，由于带状叠层组件受力而沿SZ形路径弯曲，槽的内表面对带状叠层组件会产生阻碍。换句话说，只增加槽的尺寸并不能使带状叠层组件在槽中自由移动。事实上，(带状叠层组件的)最下面的带状光纤是与螺旋槽使之方向转变的两个相邻反向部分之间的螺旋部分(以后简称为“螺旋部分”)处的槽底接触的，而最上面的带状光纤是与槽转变其方向处的一个反向部分的弯曲部位内侧上的槽侧壁接触的。螺旋部分的位置和反向部分的位置决定了槽中带状光纤的扭转角。

图11A至11C示出了一种现有技术。图11A是具有S形槽的隔层的透视图。图11B是螺旋部分的一个槽的放大剖面图。图11C是一个反向部分的槽的放大剖面图。图中，标号11为隔层，12为高抗拉件，13为S形槽，14为带状涂覆光纤。为了便于理解，最下面的带状光纤画成黑色，最上面的带状光纤画有交叉线，图11A中没有画出隔层11有多个槽13。符号S₁和S₂表示反向部分，S₀表示螺旋部分。

如图11B所示，最下面的带状光纤是与两相邻反向部分之间的螺旋部分处的槽底接触的。在反向部分，最上面的带状光纤是与弯曲部位内侧上的槽侧壁接触的，如图11C所示。因为槽有矩形截面，因此反向部分处的侧壁平行于槽中心与隔层中心的连线。其中没有考虑到两侧壁的角度。由于这个角度不合适，带状叠层组件在每单位长度上会扭转一相当大的角度，这样就会造成在带状叠层组件上施加一很大的应力，从而增加了传输损失。

发明内容

本发明基于上述情况而提出。本发明的目的在于提供一种光缆，其传输损失能够减少。所述目的是通过规定槽侧壁的角度而实现的。

本发明提供的光缆包括一个圆柱形隔层，隔层表面上有以给定螺距改变其方向的呈螺旋走向的槽，槽中容纳有带状光纤叠层组件，其中：

槽的反向角φ为210°≤φ≤330°；最好为260°≤φ≤290°，更好为270°≤φ≤280°；

槽的大小使之能包含一虚拟圆在其中，该圆的直径D由下式表示：

           D＝[W²+(N·T)²]]^1/2，式中W为带状光纤的宽度，T为带状光纤的厚度，N为一个槽中叠置的带状光纤的数目；

在槽的每一侧壁与槽底中心和隔层中心的连线之间形成的角θ呈周期性的变化；且

槽中心弯曲部位内侧上侧壁的角θ至少在槽的一部分上连续而单调地增加，所述部分是从在圆柱的圆周方向与两相邻反向部分之间的螺旋部分成90°位置处延伸到下一个反向部分延伸的部分。

最好是，槽中心弯曲部位内侧上的侧壁角θ满足下列关系式：

        θ＝θ_O+A·sin[180°·(Z/P)]，式中θ_O为在螺旋部分处的角θ，P为反向螺距(即两相邻反向部分之间的间距)，Z为光缆的纵向坐标，取螺旋部分作为起点0，

至少在从远离螺旋部分的位置，以在圆周方向约90°延伸到下一个反向部分的部分上是如此。

最好是，在螺旋部分的槽具有接近梯形的截面，其底宽B满足下列关系式：

         B≥N·T。

另外，最好是，槽底是与左、右侧壁衔接的一部分圆，该圆的直径C满足下列关系式：

         C≥[W²+(N·T)²]^1/2。

附图说明

附图中：

图1A和1B为槽的两侧壁之间角度的示意图；

图2A至2C为本发明第一实施例的光缆剖面图；

图3A和3B为具有多个带状光纤的叠层组件的示意图；

图4A和4B为图2所示光缆的槽的示意图；

图5为槽侧壁角的变化图；

图6为按照第一实施例的实例1和两个比较例的测试结果表格；

图7A至7C为本发明第二实施例的光缆剖面图；

图8A和8B为图7所示光缆的槽的示意图；

图9A和9B为槽底曲率半径的示意图；

图10为按照第二实施例的实例2和一个比较例的测试结果表格；

图11A至11C是现有技术的示意图。

具体实施方式

以下详细描述本发明的最佳实施例。

首先解释一下槽的侧壁角。图1A示出有接近梯形截面的槽的剖面。线OM为从隔层中心O经槽底AB的中心画出的线。角θ_L为线OM与线AL之间的夹角，线AL是从底的A点经左侧壁画出的线，该角顺时针方向计量为正。另一方面，角θ_R为线OM与线BR之间的夹角，线BR是从底的B点经右侧壁画出的线，该角反时针方向计量为正。因此，在图1A所示的左右侧壁对称的情况下，θ_L和θ_R相等，并以θ。表示：

         θ_L＝θ_R＝θ_O。

在图1B中，θ_R增加角A，而θ_L减小角A：

θ_R＝θ_O+A，

θ_L＝θ_O-A。如果θ_O＜A，θ_L为负值。在下文中，θ_L在顺时针方向表现为正，而θ_R在反时针方向表现为正，如上所述。

图2A至2C为本发明第一实施例的光缆剖面图。图2A、2B和2C分别是沿轴向从一端到另一端观看光缆而依次出现的一反向部分、螺旋部分和另一反向部分的视图。从图2A所示位置到图2C所示位置，槽是顺时针螺旋走向的。标号1为隔层，2为高抗拉件，3为槽，4为带状光纤，5为缠绕层，6为防护层。为了更好地理解多个带状光纤之间的位置关系，最下面的带状光纤画成黑色，最上面的标上交叉线。为了表示多个槽之间的位置关系，一个槽标上黑点。

如图2B所示，槽3的两个侧壁是对称的，在螺旋部分处形成近似梯形。在图2A和2C所示的反向部分，带状光纤4所接触的侧壁比螺旋部分的侧壁有更大角度，该侧壁角从螺旋部分向反向部分连续而单调地增大。在反向部分处，带状光纤4不接触的侧壁比螺旋部分的侧壁有较小的角度，该侧壁角从螺旋部分向反向部分连续而单调地减小。不过，带状光纤不接触的这个侧壁的角度并不很重要，所要求的只是其角度应能足以容纳一个想像中的虚似圆在槽中，这将在后文中说明。

带有槽3的隔层1由热塑树脂例如聚乙烯制成。一条高抗拉件2放在其中心。从图上可看出，左右侧壁角的改变取决于它在光缆轴向上的位置。每个槽3中都放有叠层组件，即叠放着多个带状光纤4。每个槽中都有带状光纤4的隔层1周围绕有缠绕层5，该绕件外覆盖着防护层6，防护层由合成树脂例如聚乙烯制成。

以下描述本发明第一实施例的光缆的一个实例。

该实例1中，隔层1的外径为11毫米。用一条直径为2.5毫米的高抗拉钢丝作为高抗拉件2。包括防护层6在内的光缆外径是14毫米。反向角φ(在圆周方向两相邻反向部分之间的夹角)和反向螺距(两相邻反向部分之间的间距)分别设定为280°和250毫米。

如图3A所示，有五层带状光纤4叠放在每个槽中。每个带状光纤4都包含四条涂覆光纤，其宽度W为1.1毫米，厚度T为0.32毫米。这样，由五层带状光纤构成的叠层组件的计量宽度和高度分别是1.1毫米和1.6毫米。带状叠层组件的高度可用N·T表示，其中N为叠置的带状光纤的数目(N·T＝1.6毫米)。

如图3B所示，带状组件的虚拟圆R(以后简称为“圆R”)的直径D可表示为：

             D＝[W²+N·T)²]^1/2。

图4A和4B示出实例1的槽。图4A示出螺旋部分处槽的剖面，其中左右侧壁是对称的。槽3的底宽为1.6毫米，开口处有3.0毫米，高度也是3.0毫米，角度θ_L和θ_R都是15°。也就是θ。(参看图1A和1B)为15°。不过，在实例1中，槽底宽度等于带状叠层组件的N·T，但它也可以大于N·T。

图4B示出一反向部分处槽的剖面。因为反向角是280°，所以在圆周方向螺旋部分与下一个反向部分之间的角为140°。角A(参看图1A和1B)是35°。因此，右侧壁的角θ_R是15°+35°＝50°。根据前文对图1A和1B的解释，左侧壁的角θ_L应为15°-35°＝-20°。但是，θ_L不必设定在-20°，因为左侧壁处在槽的弯曲部位的外面，并不直接影响带状光纤的行为或扭转角度。但应注意，θ_L必须允许圆R容纳于槽中。也就是要注意，不要将槽做成有过大的负角。按照这种观点，在实例1中将角θ_L设定为-10°。

图5示出角θ_R随实例1中光缆纵向变化的曲线。从图中可看出，其变化为正弦函数，θ_R由下式给出：

          θ_R＝θ_O+A·sin[180°·(Z/P)]式中Z为光缆的纵向坐标，取螺旋部分为起始点O；P为反向螺距(即两相邻反向部分之间的间距)。

因为实例1中θ_O为15°，A为35°，所以

          θ_R＝15°+35°·sin[180°·(Z/P)]。

如图1A所表明的，θ_O相应于螺旋部分处夹有圆R的两条半径形成的角度的一半。换句话说，θ_O是螺旋部分处夹有圆R的两条半径上的每一侧壁的角度。这个角在本发明中称之为“螺旋部分处的侧壁角”。因此，很自然，螺旋部分处的侧壁角有时与螺旋部分以外处的侧壁角有所不同。

在槽中，带状叠层组件，在圆周方向与螺旋部分约成90°位置处，与槽底成直角。也就是，在该位置，带状光纤与槽底中心和隔层中心的连线平行，而最上面的带状光纤的顶表面与右侧壁分开。换句话说，在槽的从(i)在圆周方向与螺旋部分约成90°位置处到(ii)下一个反向部分延伸的部分范围内，最上面的带状光纤与右侧壁保持接触。重要的是槽的这一部分中侧壁的斜度。本质上需要的是θ_R应满足上述公式。

在图5所示曲线上，在Z＝P至2P部分，θ_R大于正弦波表示的角度。这是因为，在这一部分，右侧壁处于反向部分处槽弯曲部位的外面，因此对光纤带的行为和扭转角没有直接的影响。所应注意的是，在这一部分，θ_R必须足以容纳圆R。

从实例1和两个比较例1和2得到的结果示于图6。由图6可看出，与侧壁角没有变化(即A＝O)的比较例1和2相比较，实例1的传输损失较小，尽管其槽的尺寸相等。

在实例1中，角A选择成满足下列关系式：

       (φ/2)-90°-(θ_O+A)＝θ_O。满足上式的角A是最适当的，这时带状叠层组件没有扭转。但是，并不是用上式来限制角A，当满足下式时也能获得良好性能：

       -15°≤(φ/2)-90°-(θ_O+A)≤35°

上面就右侧壁角专门说明了实例1，对左侧壁也可作同样的说明。对其他槽也可有类似的描述。

图7A至7C为本发明第二实施例的光缆剖面图。图7A至7C中，同样的部件用了与图2A至图2C所示第一实施例中相同的标号，以避免多余的描述。与图2A至2C类似，图7A至7C分别是沿轴向从一端到另一端观看光缆而依次出现的一反向部分、螺旋部分和另一反向部分的视图。与第一实施例的不同点在于它的槽有一个环绕的弧形底。

图8A和8B示出该第二实施例的实例2的槽。图8A示出螺旋部分处槽的剖面，其中左右侧壁是对称的。槽3底处弧的曲率半径(R)既可等于也可大于虚似圆R的半径。

实例2中，带状叠层组件与实例1中用的带状叠层组件尺寸相同，并放在每一槽中。槽3的开口宽度为3.0毫米，高度也是3.0毫米，角θ_L和θ_R都是15°。在底处，左右侧壁连成一段弧。底处弧的曲率半径(R)大致等于圆R的半径。

图8B示出反向部分处槽3的剖面。该反向部分处的角θ_L和θ_R与图4B和图5所示的相同。

图9A和9B用于说明第二实施例的底的合适的曲率半径R。图9A和9B各示出在某一位置的槽的剖面，在此位置每一带状光纤排列在大致平行于隔层的半径方向。该位置是离开螺旋部分在圆周方向约90°处的位置。在此位置，每个带状光纤4都与槽3的底接触。实例2中，底处弧的曲率半径R设定为1.0毫米(图9A)，而在比较例3中为0.5毫米(图9B)。图9B中，因曲率半径R为0.5毫米，因此最上面和最下面的带状光纤容易向内滑落，如图中箭头所示，结果导致排列次序混乱，使损失增大。图9A中，曲率半径R为1毫米(大致等于圆R的半径)，不会出现排列混乱现象。如上所述，底的曲率半径R也可大于圆R的半径。

图10示出由实例2和比较例3得出的测试结果。比较例3设计成与实例2有相同的左右侧壁角，但其底部的曲率半径R小于实例2的底部曲率半径。由图10可明显看出，与比较例3相比，实例2有令人满意的性能，其传输损失较小。

按照本发明，可最大限度地减少加在带状光纤上的应力，从而降低了传输损失。由于槽有本发明所述的特定剖面，因此可防止多个带状光纤的叠层排列混乱，从而也降低了传输损失。

Claims (8)

1.一种光缆，包括：

一个圆柱形隔层，其表面上有呈螺旋走向的槽，该槽以给定螺距改变槽的螺旋走向；和

带状光纤叠层组件，容纳在所述槽中；

其中：

槽的反向角φ为210°≤φ≤330°；

槽的大小使之能包含一虚拟圆在其中，该圆的直径D由下式表示：

             D＝[W²+(N·T)²]^1/2，式中W为带状光纤的宽度，T为带状光纤的厚度，N为一个槽中叠置的带状光纤的数目；

在槽的每一侧壁与槽底中心和隔层中心的连线之间形成的角θ呈周期性的变化；且

槽中心弯曲部位内侧上侧壁的角θ至少在槽的一部分上连续而单调地增加，所述部分是从在圆柱的圆周方向与两相邻反向部分之间的螺旋部分成90°位置处到下一个反向部分延伸的部分。

2.如权利要求1所述的光缆，其特征在于，所述槽中心弯曲部位内侧上的侧壁角θ满足下列关系式：

          θ＝θ₀+A·sin[180°·(Z/P)]，式中θ₀为在螺旋部分处的角θ，P为反向螺距，即两相邻反向部分之间的间距，Z为光缆的纵向坐标，取螺旋部分作为起点0。

3.如权利要求1所述的光缆，其特征在于，在螺旋部分的槽具有梯形的截面，其底宽B满足下列关系式：

           B≥N·T。

4.如权利要求2所述的光缆，其特征在于，在螺旋部分的槽具有梯形的截面，其底宽B满足下列关系式：

           B≥N·T。

5.如权利要求1所述的光缆，其特征在于，槽底是与左、右侧壁衔接的一部分圆，该圆的直径C满足下列关系式：

           C≥[W²+(N·T)²]^1/2。

6.如权利要求2所述的光缆，其特征在于，槽底是与左、右侧壁衔接的一部分圆，该圆的直径C满足下列关系式：

           C≥[W²+(N·T)²]^1/2。

7.如权利要求1所述的光缆，其特征在于，所述槽的反向角φ为260°≤φ≤290°。

8.如权利要求1所述的光缆，其特征在于，所述槽的反向角φ为270°≤φ≤280°。

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