CN1252503C

CN1252503C - 装有堆叠带的纤维光缆装置

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Publication number: CN1252503C
Application number: CNB021302596A
Authority: CN
Inventors: 哈罗德·P.·德班; 克莱德·J.·利弗; 理查德·诺里斯; 丹尼斯·M.·斯雷顿; 理查德·D.·斯莫尔; 菲利普·M.·托马斯
Original assignee: PHITEL AMERICAN CO
Current assignee: PHITEL AMERICAN CO
Priority date: 2001-08-23
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: JP2003131092A; CN1407361A; US20040091221A1; JP4406192B2; US6778745B2; EP1286195A2; EP1286195B1; EP1286195A3

Abstract

本发明的实施例包括一种具有提高了光纤密度而且不带中央加强件的纤维光缆(10)。该纤维光缆包括一或多个多光纤单元管(16)，光纤堆叠带(12)被紧贴定位于其内。该堆叠带的对角线长度大约等于单元管内径或相当于其90%。该多光纤单元管是由低密度聚乙烯(LDPE)或其它合适的材料制成，该材料相当软和柔韧使得堆叠带可相对紧密的被定位在其内而不会影响光纤的性能。该纤维光缆包括一或多种填充材料(14)像纱线填料，位于例如堆叠带和单元管的内壁之间，以保持多光纤单元管的形状。该纱线填充材料包括高吸水性聚合物以减小水沿单元管的蔓延。

Description

装有堆叠带的纤维光缆装置

技术领域

本发明涉及光纤成缆。更准确地说，本发明涉及其中具有堆叠的光纤带的光缆装置及使用该装置的系统。

背景技术

光缆一般都包括一或多个多光纤单元，像多光纤单元管。多光纤单元管通常包含多根排列在其中的单根光纤。在一些结构中，光纤被松散地设置在该多光纤单元管内。例如参看美国专利No.5,751,880。

然而，这种设置具有相对较低的光纤充填密度(packing density)，并且许多应用都希望光缆具有更高的光纤充填密度。例如参看美国专利No.5,155,789，其中光缆包含了多个支撑套，每一个都紧紧包覆在多根光纤的周围。

可选择的光缆结构包括一或多个光纤带排列在其中的多光纤单元管。该光纤带一般是被堆叠在多光纤单元管内形成所谓堆叠带或光纤堆叠带。例如参看美国专利No.5,857,051和5,229,851。

许多通常的光纤堆叠带配置均包括各种填充材料，像疏水性(堵水的)和亲水性(吸水的)溶胶、粉末、纱线和带子。例如，参看美国专利No.6,035,087，其中披露了一种使用疏水性溶胶7(参看例如图3)的纤维光缆，和美国专利No.4,867,526，其中披露了一种在传输介质和光缆的外套间使用疏水性带的纤维光缆。同样，例如参看美国专利No.5,751,880，其中披露了一种使用例如亲水性水膨胀材料的纤维光缆。

而且，最常见的纤维光缆配置包括一加强件，经常是位于光缆的中央并被多个多光纤单元管包围着，或者嵌入或以其它方式形成在光缆层之一内(也即，形成在包围该多光纤单元管的一个保护套中)。

例如参看美国专利No.5,857,051(图4)，其转让给了本申请的受让人，美国专利No.5,229,851和美国专利No.5,531,064(图1和图5)。然而，也可参看美国专利No.4,859,023，其也转让给了本申请的受让人，讨论了用来制造纤维光缆的一种方法，并没有包括抗压强度部件。

因此，期望获得具有提高了的光纤密度的可用纤维光缆，包括堆叠带纤维光缆。而且，也期望这些纤维光缆并不依赖于设置在其中的加强件来提供总的抗张强度和抗压扁性。

发明内容

本发明具体为一种具有提高了的光纤密度而且不带中央加强件的纤维光缆。该纤维光缆包括一或多个多光纤单元管，光纤堆叠带被紧贴定位在其内。依照本发明的实施例，堆叠带的对角线长度大约等于多光纤单元管的内径，或作为选择，堆叠带的对角线长度与多光纤单元管内径之比至少为0.90。该多光纤单元管是由一种相当软和柔韧使得堆叠带可相对紧密地被定位在该多光纤单元管内，而不会影响堆叠带中光纤性能的材料制成。该多光纤单元管是由例如低密度聚乙烯(LDPE)制成，并且具有小于约每平方英寸70,000磅(psi)的模量。该堆叠带包括任何合适数目的光纤带，该光纤带被堆叠以形成一光纤排列，例如由3个4根光纤的光纤带堆叠在一起形成的12根光纤的堆，或由12个12根光纤的光纤带堆叠在一起形成的144根光纤的堆。

而且，该纤维光缆包括一种或多种填充材料像纱线填充材料，位于例如堆叠带和多光纤单元管的内壁之间，以保持多光纤单元管的形状。

作为选择，该纱线填充材料充满或以其它方式包括高吸水性粉末(SAP)。

具体地，本发明提供了一种不带中央加强件的光缆，该光缆包括：

至少一个多光纤单元管，其尺寸为容纳多根光纤，该单元管是圆形并且具有内径D，其中，该多光纤单元管的模量小于482.632牛顿每平方毫米；堆叠的多个光纤带，位于该多光纤单元管内部，该堆叠的多个光纤带具有对角线长度d；其中该堆叠的多个光纤带的对角线长度d与该多光纤单元管的内径D之比至少为0.90；和一种填充材料，设置在该堆叠的多个光纤带和该多光纤单元管之间。

本发明还提供了一种不带中央加强件的光缆，该光缆包括：至少一个多光纤单元管，其尺寸为在其中容纳多根光纤，该至少一个多光纤单元管具有一定形状，并且其模量小于482.632牛顿每平方毫米；多根光纤，位于该多光纤单元管内；其中位于该多光纤单元管内的该多根光纤中的至少一根光纤还包括多个堆叠的光纤带；和一种填充材料，设置在该多根光纤和该多光纤单元管之间，其中该填充材料保持该多光纤单元管的所述形状。

附图说明

在附图中：

图1是依照本发明一实施例的纤维光缆的横截面图；

图2a-2f是依照本发明可选择实施例的纤维光缆的横截面图；

图3是依照本发明另一个实施例的纤维光缆的横截面图；

图4是依照本发明再一个实施例的纤维光缆的横截面图；

图5是依照本发明又一个实施例的纤维光缆的透视图；

图6是本发明实施例可用于的一个光学系统的简化示意图。

具体实施方式

在下面的描述中，类似的部件参看相同的附图标记，以通过对附图的描述增强对本发明的理解。而且，除非在其中有特别的说明，附图都不是按比例绘制的。

虽然下面讨论了特定的特征、结构和配置，但应当明白这仅仅是为了说明的目的。在不脱离本发明精神和范围下相关领域的技术熟练人员会认识到其它的步骤、结构和配置也是可用的。

参看图1，示出了依照本发明实施例的一种纤维光缆10。该纤维光缆10包括被多光纤单元管16包围或装入其内的堆叠的多个光纤带12和一种或多种填充材料14。该光纤带12一般具有多根光纤18，该光纤18被一种基体材料22横向约束在一起作为单个线性排列的光纤。

光纤带12被堆叠起来，从而形成大体上为方形或矩形的形状，这种形状通常更好地适于多光纤单元管16内的定位，且该多光纤单元管16一般是圆形的或抛物线形的。依照本发明的实施例，每个带中光纤的数目和光纤堆叠带的数目，依赖于例如光纤带12的尺寸和光纤带装入其内的多光纤单元管16的尺寸。因此，尽管图1的配置中示出了一个3×4的光纤排列(例如3个光纤带，每个光纤带有4根光纤)，但是其它的光纤排列也是适合的，如下面更加详细描述的。

通常，多光纤单元管是由聚乙烯、聚乙烯基合金、增塑的聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚碳酸脂、聚酰胺(例如，尼龙)、抗冲改性聚丙烯和聚丙烯合金制成。在75°华氏温度(F)下，这些材料的模量一般都在从大约每平方英寸75,000磅到400,000磅的范围内。

但是，依照本发明实施例，该多光纤单元管16是由一种更软的材料，例如具有70,000psi或更小模量的材料或物质制成。更具体的讲，该多光纤单元管16是由一种相当软的、柔韧的、薄壁、易于处理(handle)和可挤压的、具有模量例如小于70,000psi的材料制成。例如，该多光纤单元管16是由Dow Chemical DFDA-6115-NT低密度聚乙烯(LDPE)制成，其在25°摄氏温度(C)下具有26,000psi的杨氏模量和56肖氏D硬度(shore D)(94.5肖氏A硬度)的硬度。其它合适的材料包括，例如线性低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、高增塑聚氯乙烯、可挤压的热塑性弹性体、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸共聚物和柔韧的聚烯烃基弹性体。因此，该多光纤单元管16比通常的单元管更加柔韧，从而就比通常的单元管更容易放入和铺设。

与通常的光纤配置尤其是通常的松散管配置不同，依照本发明实施例的纤维光缆为堆叠在多光纤单元管16内的光纤带12提供一个外套子，该外套足够紧以增加堆叠光纤的密度。而且，依照本发明实施例，该多光纤单元管16是足够的软和柔韧以致并不干扰位于堆叠带12中光纤的光学性能。这可以通过例如结合一个由比较软和柔韧的材料制成的多光纤单元管16和其与其中光纤堆叠带12的尺寸相比的特定尺寸来实现。这种配置被称作装入式堆叠带(ERS)。

例如，依照本发明的一个实施例，多光纤单元管的内径(D)大约等于位于其中的光纤带12堆叠的对角线长度(d)。也就是说，光纤带12堆叠的拐角接触到或几乎接触到多光纤单元管16的内壁24。作为选择，光纤带12堆叠的拐角也可紧紧压入多光纤单元管16的内壁24内。但是，正如上面讨论的那样，多光纤单元管16相对的柔软性和柔韧性并不干扰压入多光纤单元管16内的光纤的光学性能。

通常，堆叠光纤带12的对角线长度与多光纤单元管16的内径之比(d/D)大约是0.50至0.80。依照本发明的实施例，该比d/D大约等于1.0或至少0.90，或在大约0.90至0.95的范围内。

例如，对于一个12×12的光纤排列，多光纤单元管16的内径大约是0.187英寸，堆叠光纤带12的对角线长度大约是0.185至0.187英寸。同样，对于一个3×4的光纤排列，多光纤单元管16的内径大约是0.055英寸，堆叠光纤带12的对角线长度大约是0.0055英寸。

一般，多光纤单元管16的壁厚是在大约0.003至0.02英寸的范围内。

依照本发明实施例的多光纤单元管16中堆叠带12的定位，在堆叠带12和多光纤单元管16的内壁24之间通常形成四个分开的区域或空穴(pocket)，如图1所示。填充材料14被定位或以其它方式设置在这些区域中的一或多个内。依照本发明的实施例，该填充材料是一种疏水触变溶胶。该溶胶的疏水本性可防止或减小水沿多光纤单元管不需要的蔓延。一种合适的溶胶材料例如是Mastergel R-1838，由Master Adhesives，Inc.，Norcross Georgia制造。其它合适的溶胶包括例如Bufferite 230，由CasChem，Inc.，Carlstadt，New Jersey制造，和K550，由Information-Lab Ltd.，Annacotty，Ireland制造。

依照本发明其他的实施例，该填充材料包括，例如，一种编织纱线或其它合适的材料像无纺的带子。这些“干”的填充材料一般包括亲水的高吸收聚合物(SAP)，以防止或减小沿多光纤单元管的水的蔓延。该高吸收聚合物是以例如纤维或者粉末的形式被包含在填充材料中。例如，依照本发明的实施例，合适的纱线材料包括，例如0.50毫米(mm)标称直径下的WSY-00850-WC，1.0mm标称直径下的WWH-01700、WSY-1500、WSY-2000，和1.5mm标称直径下的WSY-3000或WWY-04500，都是由Lantor Universal CarbonFibers，Cleckheaton，England制造。其它合适的材料包括例如GTA35，由Geca-Tapes，Rijen，The Netherlands制造。

依照本发明的实施例，该填充材料14例如是织成的或以别的方式形成，在一旦被定位在多光纤单元管16内时用来保持其形状。并且，该填充材料14一般还用于弄圆或以别的方式保持该多光纤单元管16的形状。依照本发明使用水膨胀性纱线或无纺带的实施例，许多股填充材料14的尺寸是足够大使得能保持围绕堆叠带12的多光纤单元管16的普通圆形或其他外形。该多光纤单元管16的圆度允许堆叠带12在该多光纤单元管内部相对自由地转动，这种转动对不抑制光学性能是很有帮助的。

在本发明的一些实施例中，取决于堆叠带12的尺寸和结构，在堆叠带12和多光纤单元管16之间的4个区域在面积上是相等的或者大约是相等的。在这种配置中，纱线填充材料股的直径一般是相等或大约相等的。例如，对本发明的一个实施例，其中多光纤单元管16的内径是0.187英寸，并且堆叠带是高度和宽度大约为0.131×0.131(从而对角线的长度大约是0.185英寸)英寸的一个12×12的光纤阵列，堆叠带12和多光单元管16之间每个区域的面积大约是0.0026in²。对于这种结构，依照本发明的实施例，纱线填充材料14的直径(d)例如大约是0.05英寸(即大约1.27mm)。

而且，依照本发明的其它实施例，堆叠带12通常是矩形而不是方形的，从而在堆叠带12和多光纤单元管16之间就产生了些微较大的两个区域，和在堆叠带12和多光纤单元管16之间两个略小的区域。

在这种配置中，该两个较大的区域在面积上一般是相等的或接近相等的并且位于相互的对面，该两个较小的区域在面积上一般是相等的并且位于相互的对面。

例如，对于本发明的一个实施例，其中多光纤单元管16的内径是0.187英寸，并且堆叠带是高度为0.137英寸、宽度为0.124英寸(从而对角线的长度是0.185英寸)的12×12的光纤阵列，较大区域的面积(位于堆叠带12和多光纤单元管16之间)是0.0046in²，较小区域的面积是0.0030in²。对于这种配置，依照本发明的实施例，位于较大区域的纱线填充材料14的直径(d)是例如大约0.0765英寸(1.94毫米)，位于较小区域的纱线填充材料的直径(d)是例如大约0.062英寸(1.57mm)。

如在此前面提到的，依照本发明的实施例，除(other than)图1所示3×4阵列外的堆叠带配置对在多光纤单元管16中的定位都是合适的。例如，参看图2a-f示出的各种配置。例如，图2a示出了位于内径大约是0.187英寸的多光纤单元管16中的144根(12×12)光纤的配置。图2b和2c示出48根光纤的配置：图2b中的6×8堆叠带阵列(例如，6个带，每个带有8根光纤)和图2c中的4×12堆叠带阵列(例如，4个带，每个带有12根光纤)。图2d-e示出了72根光纤的配置：图2d中是9×8堆叠带的排列(例如，9个带，每个带有8根光纤)，图2e中是6×12堆叠带的排列(例如，6个带，每个带有12根光纤)。在图2f中，示出了一个96根光纤的配置(8个带，每个有12根光纤)。

如从依照本发明实施例的结构中可以看出的那样，没有使用中央加强件或其他加强件。多光纤单元管16中堆叠带12相对紧密的填充(packing)配置可使得该堆叠带12单独地用作多光纤单元管16的主干(backbone)。这样，依照本发明实施例的配置在不使用加强件的同时可减小多光纤单元管16的扭曲(buckling)。

而且，位于堆叠带12和多光纤单元管16之间的填充材料14有助于填满光缆10，也即保持光缆10的外形，从而对光缆10提供了通常从中央加强件获得的强度并支撑光缆10。因此，通过多光纤单元管16中堆叠带12结构的作用就克服了中央加强件的缺少，并且作为选择，堆叠带12和多光纤单元管16之间填充材料14的添加有助于多光纤单元管16自身存在的抗扭曲性能。

作为选择，本发明实施例还包括一个围绕多光纤单元管16形成的保护外套或护套。该保护外套是由例如高密度聚乙烯(HDPE)外套或一种或更多种的其它合适材料制成，包括中等密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚氯乙烯、抗冲改性聚丙烯、聚酰胺或低烟零卤素充填型聚烯烃。

依照本发明可选择的实施例，光纤带光缆包括一或多个加强件，例如形成在容纳一或多个多光纤单元管的保护外套或护套内部。该加强件可由例如一根棒或由钢、玻璃或其它合适材料制成的粗纱制成。

更具体地说，参看图3，所示为依照本发明一个可供选择实施例的纤维光缆30的横截面图。在该配置中，纤维光缆30包括在堆叠带12和多光纤单元管13之间区域内的填料32。该填料32是一种疏水性油脂或溶胶或其它合适的疏水性填料。

一保护外套26形成在单个多光纤单元管16的周围，例如，像上述讨论的那样。该保护外套26是由例如高密度聚乙烯(HDPE)或其它合适的材料像高密度聚乙烯、中等密度聚乙烯(MDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺和低烟零卤素充填型聚烯烃制成。在本实施例中，该保护外套26包括一或多个形成在其中的加强件34。该加强件34是由例如钢、玻璃环氧化合物、芳族聚酰胺环氧化合物、杂化的玻璃芳族聚酰胺环氧化合物、玻璃纱线、芳族聚酰胺纱线或其它合适的材料制成。而且，该保护外套26也包括形成在其中的一开伞索36。该开伞索36是由例如聚酯或其它合适材料制成，有利于进入纤维光缆30并提供改进的多光纤单元管16的入口。

现在参看图4，所示为依照本发明另一个实施例的纤维光缆40的横截面图。该纤维光缆40包括一形成在多个多光纤单元管16周围的保护外套26。在该实施例中，该保护外套26的尺寸是使多光纤单元管16可被松散的装入其内。该保护外套26和多光纤单元管16之间的区域包括，例如高吸收性带、粉末或纱线，以减小或防止水在保护外套26和多光纤单元管16之间的孔隙区域蔓延。作为选择，保护外套26和多光纤单元管16之间的区域包括一种填料(图示作42)，例如，一种阻水性油脂、溶胶或其它合适的填料。

这些多光纤单元管16包围(encase)了多个各自堆叠的光纤带12，例如包含3个4根光纤的光纤带的12根光纤堆叠带、包含12个12根光纤的光纤带的144根光纤堆叠带和/或包含9个8根光纤的光纤带的72根光纤堆叠带。依照本发明的实施例，至少一个多光纤单元管16包括一种或多种填充材料14像纱线填充材料，例如像上面讨论的那样。作为选择，至少一个多光纤单元管16包括阻水性油脂、溶胶或其它合适的填料32。

现在参看图5，所示为依照本发明另一个实施例的纤维光缆50的横截面图。该纤维光缆50包括一形成在多个多光纤单元管16周围的保护外套26。但是，依照本发明的该实施例，多光纤单元管16并不是被松散的装入该保护外套26内，而是被绞合在一起，例如按照SZ结构，如图所示。

依照本发明实施例，分别堆叠的多个光纤带12被装入多光纤单元管16中。如上面讨论的，该光纤带包括任何合适数目的光纤，例如经过12个12根光纤的光纤带有144根光纤、经过3个4根光纤的光纤带有12根光纤和/或经过9个8根光纤的光纤带有72根光纤。而且，至少一个多光纤单元管16包括一种或多种填料像纱线填充材料14，或作为选择，一种阻水性油脂、溶胶或其它合适的阻水性或吸水性填料32。而且，作为选择，保护外套26和多光纤单元管16之间相对小的区域包括一种填料，例如，一种阻水性油脂、溶胶或其它合适的填料42像织物纱线或无纺的带子。

依照本发明实施例的纤维光缆适合用于各种光通信系统中。现在参看图6，所示为依照本发明实施例的一种光通信系统60的简化方框图。该系统60包括一或多个光信息发射源62；一个光传输介质64，如依照本发明实施例构成的一种或多种光缆；和一或多个接收器66，用来接收所传输的信息。所配置的光信息发射源62被以例如通常的方式耦合在光传输介质64上。被配置来接收所传输光信息的接收器66被以例如通常的方式耦合在光传输介质64上。

应当明白，本领域的技术熟练人员在不脱离本发明的精神和范围下可对此处描述的纤维光纤实施例作出各种变化和替换，本发明的范围由所附权利要求及其等同物来限定。

Claims

1.一种不带中央加强件的光缆(10)，该光缆包括：

至少一个多光纤单元管(16)，其尺寸为容纳多根光纤，该单元管是圆形并且具有内径D，其中，该多光纤单元管的模量小于482.632牛顿每平方毫米；

堆叠的多个光纤带(12)，位于该多光纤单元管内部，该堆叠的多个光纤带具有对角线长度d；

其中该堆叠的多个光纤带的对角线长度d与该多光纤单元管的内径D之比至少为0.90；和

一种填充材料(14)，设置在该堆叠的多个光纤带和该多光纤单元管之间。

2.依照权利要求1的光缆，其中该堆叠的多个光纤带的对角线长度d等于该多光纤单元管的内径D。

3.依照权利要求1的光缆，其中该填充材料选自由至少一种纱线和无纺带构成的组中。

4.依照权利要求1的光缆，其中该填充材料包括可水膨胀的高吸收性粉末。

5.依照权利要求1的光缆，其中至少一个多光纤单元管由选自由低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、高增塑聚氯乙烯、可挤压的热塑性弹性体、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸共聚物和柔韧的聚烯烃基弹性体组成的组中的材料制成。

6.依照权利要求1的光缆，其中该填充材料还包括疏水性触变凝胶。

7.依照权利要求1的光缆，还包括至少一个保护外套，形成在至少一个多光纤单元管的周围。

8.依照权利要求1的光缆，其中所述多光纤单元管还包括多个按照SZ结构绞合在一起的多光纤单元管。

9.一种不带中央加强件的光缆，该光缆包括：

至少一个多光纤单元管，其尺寸为在其中容纳多根光纤，该至少一个多光纤单元管具有一定形状，并且其模量小于482.632牛顿每平方毫米；

多根光纤，位于该多光纤单元管内；

其中位于该多光纤单元管内的该多根光纤中的至少一根光纤还包括多个堆叠的光纤带；和

一种填充材料，设置在该多根光纤和该多光纤单元管之间，其中该填充材料保持该多光纤单元管的所述形状。