CN1326556A - 维持在护套内的光纤光缆 - Google Patents

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Abstract

为阻止光纤在温度从约－40℃到约+85℃间变化时的微小弯曲,含有N条光纤(FO)的光缆中有一个维持护套(3)将浸于填充材料中的所有光纤包起来,每根光纤纤芯(1)及包层(2)的热胀/缩系数为α1和α2、拉伸杨氏模量为E1和E2、横截面积为S2及S3,填充材料的热胀/缩系数为α4、拉伸杨氏模量为E4、横截面积为S4,则维持护套(3)满足于不等式:(α3·E3·S3)≤[(α1·E1·S1)+(α2·E2·S2)/(N/14)+(α4·E4·S4),此处α3、E3、S3分别是包层的热胀/缩系数、杨氏模量及横截面积。

Description

维持在护套内的光纤光缆
本发明涉及的是一种通讯光缆，其光纤是装在一个维持护套内。所述的光缆主要是用来传输高速率的电话信号或信息信号，例如用于局域网，或用于电话中心间的城际光缆，亦或用于用户线路的配电电缆或中继电缆，这些电缆中既可以传送电话信号，亦能传送数据信号和/或图像信号。
申请号为EP0 468 878的专利透露了一种远距离通信光缆，这种光缆是由多条光纤组成，外面包有一层薄的易弯曲的维持护套。述及的维持护套和光纤接触以将光纤压紧。用一种填充材料填满维持护套内的光纤间的空隙。
在一组光纤上不隔离地直接安装一种维持护套不会降低光纤的传输性质。所述的维持护套使光纤密切接触，以形成一个高度密集组件，同时当将这组件接在使用装置中或接在光缆间时能够就地迅速剥离。
这样光纤就在与环境材料的接触中得到保护。维持护套的厚度很小，避免光纤在冷热变化时受到纵向的伸缩的应力，且实施起来经济，若是根据用多光纤拉制成缆(multifibrage-cablage)在线技术，在控制光纤的同时就进行组成这样的组件形成光缆，尤其如此。
由此得到的组件非常密集，且可通过简单的拼接而使光纤联接容易、容易剥露、可以人工操作，适于在联接盒内进行灵活的组接。由此可使在尺寸和价格上得以优化。
申请号为FR2760540的法国专利所涉及的也是一种在一条微型管型的护套中装有非常近的多条光纤而成的多条紧密光纤光缆。这个专利存在一个问题，当护套在外部压束作用、机械作用或热作用下而发生形变，包在护套中的光纤就微小弯曲从而造成损耗增加。
为了不在护套内的密集的光纤上生成微小弯曲，同时保持护套易于剪断而不对包层内部密集的光纤造成损害，申请号为FR2 760 540的专利提出这样的包层，它在20℃左右的温度下具有的杨氏模量低于200MPa，其硬度低于90个肖氏(Shore)单位，且在-40℃左右的温度下的杨氏模量低于2000MPa。然而，这些特征并没确定，所谓的杨氏模量可以是拉伸杨氏模量，亦可是弯曲杨氏模量，对于热塑聚合物，其间的差别约为20％，而硬度可以用肖氏A级硬度表示，亦可用肖氏D级硬度表示。
本发明的目的在于提供一种装在一个维持护套内的光纤所构成的光缆，维持护套的力学性质是相对于光缆在约-40℃到约+85℃温度变化范围内光纤的力学性质来确定的，用以阻止光纤的微小弯曲。
为此，一条光缆中有N条光纤，每根光纤的纤芯的热伸/缩系数为α1，拉伸杨氏模量为E1，以及横截面为S1，光纤包层的热伸/缩系数为α2，拉伸杨氏模量为E2，以及横截面积为S2，用一个维持护套将所有的光纤包起来，而光纤与维持护套间填充材料的热伸/缩系数为α4，拉伸杨氏模量为E4，以及横截面积为S4，其特征在于述及的维持护套的热伸/缩系数α3，拉伸杨氏模量E3以及横截面积S满足下面的不等式：
(α3·E3·S3)≤[(α1·E1·S1)＋(α2·E2·S2](N/14)＋(α4·E4·S4)
对于用通常的光纤制成的光缆，积(α33·E3)小于0.6×10-3MPa/℃(或0.6×10-4daN/mm2/℃)。
所说的维持护套的材料最好是无定型材料、热塑材料或弹性材料，其中可有矿物填料。
当维持护套的厚度小于0.3mm且硬度小于45个肖氏D级单位的，则由上述材料所制成的护套软而易弯。特别是在光纤的纤芯直径为0.125mm，而包层的直径为0.250mm的情况下，相对于截面约为0.053mm2的单根光纤就是非常协调的。
在后面的按照本发明的几个理想的实施例的描述中将看到本发明的其它的特征和优越性，后面的描述参见附图1-4，这些图都是根据本发明的通讯光纤光缆的放大剖面图。
在图1到图4中所示的根据本发明的每根通信光缆中都有多根光纤FO。每根光纤FO是由一个石英纤芯1和一个包层构成，纤芯1的截面S1的直径的典型值为0.125mm，而包层用2标出，其横截面为S2，厚度为0.062mm，因此光纤FO的直径约为0.25mm。就典型值来说，光纤芯1的热胀/缩系数α1为0.4×10-6mm/mm/℃，纤芯1的伸长杨氏模量E1的值为7×104MPa；光纤包层2的热胀/缩系数α2为60×10-6mm/mm/℃，而光纤包层2的拉伸杨氏模量E2为102MPa。
维持护套3薄而易于弯曲，一般为圆柱形，包着所有的光纤FO。维持护套3束紧光纤FO的数目N预先已经确定，例如按照图1—4所示的实施例为4根，或6根或8根，或12根，以将光纤组合起来并由此构成组件。处在组件外围的光纤中的大多数都和护套3接触。维持护套3称为“微包层(microgaine)”，是用一种热塑材料压制而成，这种材料将在后面的描述中给出。在后面将看到，维持护套3很薄，其厚度在十分之一毫米的量级上。维持护套的外径在毫米量级上。
维持护套内部充满填充材料4，例如硅铜，光纤在穿过维持护套中挤压模时预先与填充材料挤压。填充材料4在纵向保证了护套的内部的密封性。填充材料4的热胀/缩系数及拉伸杨氏模量分别用α4及E4表示，单位分别取mm/mm/℃和MPa。S4表示填充材料的截面积，即护套3内部截面积而不含各光纤FO的截面积。
在维持护套3上亦可涂上一层或多层带色的标识薄层，或是在材料中加入着色剂，以将这种维持护套与别的维持护套区别开来。这样可将如图1-4所示的多个光纤组件集中在通讯光缆的一个保护皮的内部，正如前述的专利EP0 468 878所示，亦可装在一个圆柱形的护套中，构成多个组件束，其中可以有也可以没有加中心强件，再与别的组件束组合在一条通讯光缆的保护护套中。
构成维持护套3的热塑材料并不使光纤FO的传输性能和寿命变坏。根据本发明，组件在受到温度变化时，特别是在受冷却时，光纤上并没有产生微小弯曲的应力。要注意到，当光纤受到短程正弦振荡时，便会发生微小弯曲，这使降低了光纤的光学性能，特别是增加了损耗。根据本发明，当维持护套3遇冷时，并不使光纤随它一样受冷，恰恰相反，装在维持护套内的光纤组阻止了包层的收缩，并使光纤避免发生微小弯曲。
根据本发明的通讯光缆的前述性能是通过选择保持层3的热胀/缩系数α3(单位用mm/mm/℃)、拉伸杨氏模量E3，亦称拉伸弹性模量，或拉伸弹性应力(其单位为MPa)，以及内外环之间的截面积S3(单位为mm2)来获得的。
为得到这些性能，对于在自然维持护套内所包的不同的光纤数及不同尺寸的光纤，要实现组件的损耗随着温度例如在-40℃到85℃之间的变化而变化。如果在前述的温度变化范围内，例如对单模光纤在1550nm波长处的损耗变化不会超过0.05dB/Km，而且是可逆的，则各种性能都能达到。
研究表明，为在约-40℃到约85℃温度范围内得到上述性能，对于在其中包有N条光纤FO的护套3，应满足下面的不等式：
(α3·E3·S3)≤[(α1·E1·S1)＋(α2·E2·S2)](N/14)＋(α4·E4·S4)
如填充材料的拉伸杨氏模量E4远小于1MPa，则前面的不等式成为
(α3·E3·S3)≤[(α1·E1·S1)＋(α2·E2·S2)]/(N/14)
对于后面适宜的护套材料，维持护套3的热伸/缩系数α3典型值要在60×10-6到200×10-6mm/mm/℃之间。
对于乘积(α3·E3)最大值，将数据应用前面描述的光纤光缆中，得到下面的结果：
光纤数     4     6     8     12
护套直径(mm)     0.85     1.00     1.10     1.30
护套厚度(mm)     0.115     0.116     0.127     0.148
最大的(α3·E3)10-3MPa/℃(≌10-4daN/mm2/℃))     0.605     0.755     0.830     0.910
在各种情况下，一个维持护套的杨氏模量E3和热胀/缩系数α3都要小，且其积(α3·E3)的最大值要小于0.6×103MPa/℃(或0.6×10-4daN/mm2/℃)以得到要达到的性能。
例如，一种热塑材料，性能如下，满足于下面不等式：
α3＝60×10-6mm/mm/℃，E3＝10MPa
有(α3·E3)＝0.6×10-3MPa/℃(或0.6×10-4daN/mm2/℃
为使维持护套在光缆操作中不致易于裂缝，护套材料有低的热胀/缩系数，如60×10-6mm/mm/℃，而拉伸杨氏模量稍高，例如1.00daN/mm2≌10.0MPa，要好于另一种材料，其热胀/缩系数稍高，例如200×10-6mm/mm/℃，而有小的拉伸杨氏模量0.30daN/mm2≌3.0MPa。
本发明的光缆是柔软的，且维持护套3可以是易于用手弯曲。后一个条件意味着维持护套的材料硬度低于45肖氏D级单位，且其厚度小于0.3mm，最好是0.1mm到0.2mm之间。
通过压挤来实现维持护套还要在用满足于上面不等式的材料中进行选择，以尽可能使在“拉伸之后”由于拨丝对材料所产生的张力的放松而使护套的收缩最小，同时要完全避免材料重新结晶，因为这会使光纤产生微小弯曲的危险。因此，用于维持护套的材料在所用的从-40℃到+85℃范围内不能有再结晶的倾向。
例如，保持包层材料是一种无定形的热塑材料，例如为聚氯乙烯PVC或人造橡胶，或者是掺有填料的热塑材料例如聚乙烯或聚烯烃树脂，如聚乙烯/聚醋酸纤维EVA，其中有下述矿物填料中的一种或多种：白垩、陶土、石英、滑石粉、碳酸钙、氢氧化铝或氢氧化锰、氧化钛等。

Claims (5)

1.一种含有N条光纤(FO)的光缆，其中每根光纤有纤芯(1)及包层(2)，有一维持护套(3)将所有的光纤包起来，在维持护套和光纤之间有填充材料(4)，每根纤芯的热胀/缩系数为α1，拉伸杨氏模量为E1，横截面积为S1；光纤包层的热胀/缩系数为α2，拉伸杨氏模量为E2，横截面积为S2；填充材料的热胀/缩系数为α4，拉伸杨氏模量为E4，横截面积为S4，其特征在于维持护套(3)的热胀/缩系数α3、拉伸杨氏模量E3、以及横截面积S3满足于下面的不等式：(α3·E3·S3)≤[(α1·E1·S1)＋(α2·E2·S2)](N/14)＋(α4·E4·S4)
2.根据权利要求1的光缆，其中，积(α3·E3)小于0.6×10-3MPa/℃。
3.根据权利要求1或2的光缆，其中维持护套(3)的材料为不定形材料、热塑材料或弹性体、最好中间有矿物填料。
4.根据权利要求1至3中任意一项的光缆，其中维持护套的厚度小于0.3mm。
5.根据权利要求1至4中任意一项的光缆，其中，维持护套(3)的硬度小于45个肖氏D级单位。
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