DE69620675T2

DE69620675T2 - Abspulvorrichtung für Glasfasern mit Ausgleichsschicht für Wärmeausdehnung

Info

Publication number: DE69620675T2
Application number: DE69620675T
Authority: DE
Inventors: Ronald B. Chesler; Hui-Pin Hsu; Gregory Lostracco
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-05-22
Publication date: 2002-12-05
Anticipated expiration: 2016-05-23
Also published as: CA2176614A1; EP0747741B1; DE69620675D1; US5594829A; CA2176614C; IL118457A0; JPH09101417A; EP0747741A3; JP2886500B2; IL118457A; EP0747741A2; AU5228996A; AU687679B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft die Technologie optischer Fasern und Abgabevorrichtungen für optische Fasern, und, genauer gesagt, eine Abgabevorrichtung für optische Fasern, die so gebaut ist, daß nachteilige Folgen von Unterschieden in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Wickel optischer Fasern und dem Spulenkörper minimal gemacht werden.
Optische Fasern sind Längenzüge von Glasfasern, die so behandelt sind, daß durch sie hindurch übertragenes Licht der inneren Totalreflektion unterliegt. Optische Glasfasern sind typischerweise durch Bereitstellen eines Vorproduktes von Gläsern mit zwei unterschiedlichen optischen Brechungsindizes gefertigt, wobei eines innerhalb des anderen Glases vorgesehen ist, wonach das Vorprodukt zu der Faser verarbeitet wird. Die optische Faser ist mit einer Polymerschicht beschichtet, welche als Puffer zu bezeichnen ist, um das Glas vor Verkratzung oder anderer Beschädigung zu schützen. Als Beispiel für die Abmessungen in einer typischen Konfiguration ist der Durchmesser der optischen Glasfaser etwa 125 um, und der Durchmesser der optischen Faser zuzüglich der Polymer-Pufferschicht (manchmal als optisches Faserkabel bezeichnet) ist etwa 250 um (annähernd 0,010 Zoll).
Für solche sehr feinen optischen Fasern wird die Handhabung des optischen Faserkabels derart, daß Beschädigungen vermieden werden, die seine mechanische Festigkeit und/oder die Lichtübertragungseigenschaften vermindern könnten, ein wichtiger Gesichtspunkt. Gemäß einer Lösung wird das optische Faserkabel auf einen zylindrischen oder konisch-zylindrischen Spulenkörper (allgemein hier als sich verjüngender zylindrischer Spulenkörper bezeichnet, selbst wenn der Konuswinkel gegen Null geht) in vielen Windungen, die nebeneinander liegen, Lage um Lage aufgewickelt. Nachdem eine Lage vervollständigt ist, wird eine weitere Lage des optischen Faserkabels über die erste Lage gewickelt, usw. Ein schwacher Klebstoff wird typischerweise auf die Lagen des optischen Faserkabels aufgebracht, um sie an ihrem Platz zu halten. Die schließlich erhaltene Anordnung aus dem Spulenkörper und den aufgewickelten Lagen des optischen Faserkabels wird als eine Abgabevorrichtung bezeichnet, und die Masse des aufgewickelten optischen Faserkabels wird als Faserwickel bezeichnet. Wenn das optische Faserkabel später verwendet wird, so wird das optische Faserkabel aus der Abgabevorrichtung in einer Richtung im allgemeinen parallel zur Achse des sich verjüngenden Zylinders herausgegeben.
Im allgemeinen wird die Abgabevorrichtung bei einer bestimmten Temperatur bereitet, ist jedoch während der Lagerung, der Handhabung und des Gebrauches anderen Temperaturen ausgesetzt. Der Spulenkörper und der Wickel optischer Fasern haben unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten und die resultierenden, thermisch eingeführten Spannungen und Beanspruchungen können verschiedene Fehler in der Abgabevorrichtung als Folge von Temperaturänderungen verursachen. Der effektive thermische Ausdehnungskoeffizient des Wickels optischer Fasern ist in Umfangsrichtung niedrig, nämlich etwa derselbe wie derjenige des Glases in der optischen Faser. Der effektive thermische Ausdehnungskoeffizient des Wickels optischer Fasern ist in der Längsrichtung (parallel zu der Zylinderachse) bedeutend höher, nämlich derselbe wie derjenige des Polymer-Puffermaterials. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Spulenkörpers kann nicht leicht an dieses anisotrope Verhalten angepaßt werden, so daß eine Mißanpassung der thermischen Ausdehnung zumindest in einer Richtung praktisch unvermeidlich ist.
Es ist eine Anzahl von Lösungen zum Vermeiden oder zumindest zum Vermindern der Größe der Spannungen aufgrund thermische Ausdehnung in der Abgabevorrichtung vorgeschlagen worden. Eine solche Verminderung der thermisch induzierten Spannungen kann die Lebenserwartung und die entsprechende Arbeitsweise der Abgabevorrichtung für optische Fasern durch Vermindern des Auftretens von Defekten in dem Wickel optischer Fasern verbessern.
Die WO 90/10244 offenbart ein Behältnis für optische Fasern mit einer nachgiebigen Basisschicht. Das nachgiebige Material findet sich auf einem Spulenkörper, und darauffolgende Lagen von optischen Fasern sind darauf zur Bildung eines Faserwickels aufgewickelt.
Die US-A-5,205,510 offenbart eine Spule für optische Fasern mit einer spannungsreduzierenden Hülse. Die Spule enthält einen Spulenträger, der aus einem herkömmlichen Spulenkörpermaterial, beispielsweise einer Aluminiumlegierung oder einem Graphit-Epoxy-Verbundwerkstoff hergestellt ist. über dem Spulenträger befindet sich eine Hülse, welche einen in Längsrichtung wirkenden Koeffizienten der thermischen Ausdehnung hat, welcher größer als derjenige des Spulenträgers ist.
Die JP 06239536 offenbart eine Spule zum Wickeln optischer Fasern. Die Spule hat eine Wickeltrommel, die mit einem federnden Zylindermaterial beschichtet ist. Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Spule und des Faserwickels sind unterschiedlich.
Aus verschiedenen Gründen haben sich diese Lösungen als nicht vollständig erfolgreich erwiesen. Es besteht daher weiterhin der Bedarf bezüglich einer verbesserten Lösung für die Konstruktion von Abgabevorrichtungen für optische Fasern zur Minimierung der nachteiligen Wirkungen von Fehlanpassungen der thermischen Ausdehnung. Die vorliegende Erfindung befriedigt diesen Bedarf und bietet zugehörige Vorteile.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Abgabevorrichtung für optische Fasern geschaffen, wie sie in dem nachfolgenden Anspruch 1 beansprucht ist. Die Abgabevorrichtung für optische Fasern läßt Fehlanpassungen der thermischen Ausdehnung zwischen dem Spulenkörper und den Wickel optischer Fasern zu. Spannungen, welche aus der Fehlanpassung der thermischen Ausdehnung und anderen Ursachen resultieren, werden aufgenommen, wodurch die Größe der Spannungen vermindert wird, welche in dem Wickel optischer Fasern entstehen.
Folglich werden Defekte, beispielsweise Brüche im Faserwickel und nicht elastische Klebstoffdeformation, vermindert und in wünschenswerter Weise auch vollständig vermieden. Die Ausdehnung und Zusammenziehung der Abgabevorrichtung geschehen kontinuierlich und sanft. Zusätzlich kann die Lösung nach der Erfindung dazu verwendet werden, den Beanspruchungszustand innerhalb der Abgabevorrichtung zu steuern. Die vorliegende Lösung kann in Verbindung mit einer Vielfalt von Arten von Spulenkörpern und optischen Faserkabeln eingesetzt werden.
Gemäß der Erfindung enthält die Abgabevorrichtung für optische Fasern einen Spulenkörper, vorzugsweise in Gestalt eines sich verjüngenden Zylinders, der eine Außenoberfläche aufweist, und einen Wickel optischer Fasern mit einer inneren Oberfläche, der über dem Spulenkörper angeordnet ist. Der Wickel optischer Fasern ist typischer Weise als eine Mehrzahl von Lagen ausgebildet, wobei jede Lage eine spiralige Wicklung eines optischen Faserkabels enthält. Der Spulenkörper und der Wickel optischer Fasern haben unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten in Längsrichtung.
Eine Anpassungsschicht für die thermische Ausdehnung (hier manchmal abgekürzt als TEAL bezeichnet) liegt zwischen dem Spulenkörper und dem Wickel optischer Fasern und hat mit der äußeren Oberfläche des optischen Spulenkörpers und der Innenfläche des Wickels optischer Fasern Berührung. Die Anpassungsschicht für die thermische Ausdehnung ist aus einem anisotropen Material gefertigt, das leicht deformierbar ist, um die unterschiedlichen longitudinalen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung des Wickels optischer Fasern und des Spulenkörpers aufzunehmen. Die TEAL-Schicht hat einen Dickenabmessung zwischen der Außenfläche des Spulenkörpers und der Innenfläche des Wickels optischer Fasern, welche ausreicht, um irgendwelche thermischen Beanspruchungen, die durch die unterschiedlichen longitudinalen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hervorgerufen werden, auf geringere Werte zu reduzieren, als die Bruchspannung des Wickels optischer Fasern, und insbesondere die Bruchspannung eines Klebstoffes beträgt, der in dem Wickel optischer Fasern verwendet ist. Für typische Größen des Spulenkörpers und des Wickels optischer Fasern hat die TEAL-Schicht eine Dicke von mindestens etwa 1,8 Zoll (etwa 3,2 mm).
Die TEAL-Schicht ist vorzugsweise mindestens teilweise aus einem Elastomer, etwa Silikonkautschuk, gefertigt. Um die TEAL-Schicht anistrop zu machen, können langgestreckte harte Fasern einer zweiten Phase zu dem weicheren Matrixmaterial in einer geordneten Anordnung hinzugefügt werden. Wenn beispielsweise harte Fasern so hinzugefügt werden, dass ihre Längserstreckung in erster Linie in Umfangsrichtung orientiert ist, dann hat die TEAL-Schicht eine größere Widerstandsfähigkeit gegenüber Deformation und eine niedrigere thermische Ausdehnung in der Umfangsrichtung als in der Längsrichtung. Solche einstellbaren Eigenschaften der TEAL-Schichten können mit Vorteil eingesetzt werden, um auf den Wickel optischer Fasern eine Beanspruchung auszuüben, dass er, wenn gewünscht, seiner nicht vorgespannten Deformation widersteht.
Die Abgabevorrichtung für optische Fasern nach der Erfindung stellt einen wesentlichen Fortschritt in der Technik dar, in dem das Auftreten von Defekten in dem Wickel von optischen Fasern vermindert wird, welche die Abgabe des optischen Faserkabels bei der Verwendung nachteilig beeinflussen könnten. Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, mehr ins Einzelne gehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in welchen die Grundzüge der Erfindung beispielsweise wiedergegeben sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Teiles einer Lage eines aufgewickelten, Faserkabels;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Abgabevorrichtung für optische Fasern nach der Erfindung, wobei der Befestigungsflansch entfernt ist, um den inneren Aufbau zu zeigen;
Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht durch die Abgabevorrichtung für optische Fasern entsprechend der in Fig. 2 angedeuteten Schnittlinie 3-3, jedoch mit dargestelltem Befestigungsflansch;
Fig. 4 ist ein Verfahrens-Flußdiagramm eines ersten Verfahrens zur Bereitung der Abgabevorrichtung für optische Fasern; und
Fig. 5 ist ein Verfahrens-Flußdiagramm eines zweiten Verfahrens zur Bereitung der Ahgabevorrichtung für optische Fasern.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt ein optisches Faserkabel 20, das in einer Anzahl von Windungen 22 zu einer einzelnen Lage 24 aufgewickelt worden ist. Es ist eine Konfiguration des optischen Faserkabels in der Abgabevorrichtung für optische Fasern, jedoch mit der Ausnahme, daß typischerweise eine Mehrzahl von Lagen vorgesehen ist, wobei eine über die andere jeweils in die Rillen der vorhergehenden Lage eingelegt gewickelt ist.
Das optische Faserkabel 20 enthält eine optische Faser 26, die aus einem zentrischen Kern 28 und einer über diesem liegenden Umkleidungsschicht 30 gebildet ist. Der Kern 28 und die Umkleidungsschicht 30 sind aus Glas, welches einen verhältnismäßig niedrigen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Ein optisches Signal wird den Kern 28 entlang übertragen.
Über der optischen Faser 26 liegt eine Pufferschicht 32. Die Pufferschicht 32 ist aus einem Polymermaterial gebildet, das einen verhältnismäßig hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, und welches die optische Faser 26 davor schützt, verkratzt oder in anderer Weise beschädigt zu werden. In einem typischen Beispiel beträgt der Außendurchmesser der Umkleidungsschicht 30 etwa 125 um, und der Außendurchmesser der Pufferschicht 32 ist etwa 250 um. Andere Abmessungen des optischen Faserkabels 20 sind ebenfalls bekannt, und die Verwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf irgendeine bestimmte Größe des Kabels beschränkt.
Der thermische Ausdehnungskoeffizient des optischen Faserkabels 20 ist in der Richtung parallel zur Länge (Längserstreckung) der optischen Faser 26, also der Richtung, welche aufgrund der Art und Weise der Halterung des optischen Faserkabels 20 in der Abgabevorrichtung als Umfangsrichtung 34 bezeichnet ist, verhältnismäßig niedrig. Der umfangsmäßige thermische Ausdehnungskoeffizient ist niedrig, da die thermische Ausdehnung durch die Ausdehnung der optischen Faser 26 bestimmt ist. Andererseits ist die thermische Ausdehnung des optischen Faserkabels 20 quer zur Längsrichtung der optischen Faser 26 verhältnismäßig groß, wobei diese Richtung als die Längsrichtung 36 bezeichnet ist. Der thermische Ausdehnungskoeffizient mit Bezug auf die Querrichtung ist groß, da er durch die Ausdehnung der Pufferschicht 32 vorherrschend bestimmt wird, und da das Glas der optischen Faser 26 die Ausdehnung und Zusammenziehung in der Längsrichtung nicht einschränkt.
Die Anisotropie zwischen den umfangsmäßigen und longitudinalen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des optischen Faserkabels 20 spielt eine Hauptrolle in den Eigenschaften einer Abgabevorrichtung 40 des optischen Faserkabels 20, wie sie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Die Abgabevorrichtung 40 enthält einen Spulenkörper 42 in Gestalt eines sich verjüngenden, hohlen Zylinders. Der Spulenkörper 42 verjüngt sich typischer Weise um etwa ein bis drei Grad von einem ersten Ende 44 zu einem zweiten Ende 46 hin (die Konizität ist aus Gründen der Darstellung in Fig. 3 übertrieben gezeichnet), doch kann die Verjüngung auch größer oder kleiner oder tatsächlich null sein (in diesem Falle ist der Spulenkörper ein gerader Zylinder). Der Spulenkörper 42 hat einen Außendurchmesser Db, der sich über die Länge des Spulenkörpers 42 hin entsprechend dem Grad der Verjüngung ändert. Ein Flansch 48 kann an dem ersten Ende 44 vorgesehen sein, um die Befestigung des Spulenkörpers 42, und damit der gesamten Abgabevorrichtung 40, an einer Halterung (nicht dargestellt) zu erleichtern. Der Flansch ist in Fig. 2 entfernt, um den Aufbau des Restes der Abgabevorrichtung deutlicher zeigend darzustellen, doch ist der Flansch in Fig. 3 dargestellt.
Eine Anpassungsschicht der thermischen Ausdehnung (auch als TEAL-Schicht bezeichnet) 50 liegt über dem Spulenkörper 42. Ein Innendurchmesser der TEAL- Schicht 50 ist im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser D1, des Spulenkörpers 42. Die TEAL-Shicht 50 hat einen Außendurchmesser DT. die Größe und das Material für den Aufbau der TEAL-Schicht 50 wird nachfolgend mehr ins Einzelne gehend diskutiert.
über der TEAL-Schicht 50 liegt ein Wickel 52 optischer Fasern. Der Wickel 52 optischer Fasern ist durch Aufwickeln einer ersten Lage des optischen Faserkabels 20 im allgemeinen in der Form der Lage 24 von Fig. 1 gebildet. Eine zweite Lage des optischen Faserkabels wird über der ersten Lage aufgewickelt und liegt in den rillenartigen Zwischenräumen zwischen den optischen Faserwindungen. Eine dritte Lage wird über der zweiten Lage in ähnlicher Weise aufgewickelt, usw. Eine geringe Menge von Klebstoff wird im allgemeinen während des Wickelvorganges aufgebracht, um zu erreichen, daß nebeneinander liegende Windungen 22 aneinander haften, und daß einander benachbarte Lagen 94 aneinander haften. Der Klebstoff bewirkt, daß der Wickel optischer Fasern 52 sich wie ein zusammenhängender Körper verhält, doch gestattet er auch, daß einzelne Windungen und Lagen während der Abgabe der optischen Faser abgezogen werden können. In dem Wickel optischer Fasern befinden sich typischerweise 20 bis 50 Lagen, doch wurden auch Wickel bereitet, die nur eine Lage hatten, oder Wickel mit nicht weniger als 200 Lagen. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Wickels 52 optischer Fasern reflektiert den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des optischen Faserkabels 20, wie dies zuvor diskutiert wurde. Das bedeutet, der thermische Ausdehnungskoeffizient des Wickels 52 optischer Fasern ist in der Längsrichtung 36 verhältnismäßig groß und ist in der Umfangsrichtung 34 verhältnismäßig klein.
Der Spulenkörper 42 ist aus einem baulich festen Material, beispielsweise Aluminium oder einem verstärkten Verbundwerkstoff hergestellt. Der Spulenkörper muß dem Wickel 52 die statische Abstützung bieten und muß auch dynamischen Belastungen widerstehen, wenn die Abgabevorrichtung 40 transportiert wird. Der umfangsmäßige thermische Ausdehnungskoeffizient des Spulenkörpers 42 ist typischerweise gleich oder größer als der umfangsmäßige thermische Ausdehnungskoeffizient des Wickels 52 optischer Fasern. Der longitudinale thermische Ausdehnungskoeffizient des Spulenkörpers 42 ist jedoch typischerweise bedeutend kleiner als der longitudinale thermische Ausdehnungskoeffizient des Wickels 52 optischer Fasern. In Abwesenheit der TEAL- Schicht 50 würde dieser Unterschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der tragenden Struktur (des Spulenkörpers 42) und des abgestützten Materials (des Wickels 52 optischer Fasern) zu der Bildung von Defekten in dem Wickel 52 optischer Fasern führen, wenn immer sich die Temperatur um einen ausreichend großen Wert änderte. Temperaturänderungen können während der Herstellung der Abgabevorrichtung 40, während der Speicherung oder während des Gebrauches auftreten. Die Defekte treten auf, da der Wickel 52 optischer Fasern sich in Entsprechung mit seinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten anisotrop auszudehnen und zusammenzuziehen sucht, vährend der tragende und einspannende Spulenkörper 42 sich um einen unterschiedlichen Betrag anisotrop ausdehnt oder zusammenzieht. Die Defekte umfassen beispielsweise Abhebungen des optischen Faserkabels von der Oberfläche des Wickels 52 der optischen Fasern, Brüche in dem Wickel 52 optischer Fasern aufgrund von Fehlerhaftigkeit des Klebstoffs, sowie eine unelastische Beanspruchung des Klebstoffs. Einzelne oder sämtliche dieser oder anderer Defekte können in der Unfähigkeit des optischen Faserkabels 20 resultieren, sich während des Gebrauchs sanft aus der Abgabevorrichtung herausnehmen zu lassen, was schließlich zu einer fehlerhaften Abgabevorrichtung führen kann. Selbst einer dieser Defekte kann den Wickel optischer Fasern unbrauchbar oder nicht funktionierend machen.
Die Anpassungsschicht der thermischen Ausdehnung 50 ist aus einem festen Werkstoff hergestellt, der leicht deformierbar ist und die unterschiedlichen longitudinalen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Spulenkörpers 42 und des Wickels 52 optischer Fasern aufnimmt. Bevorzugt ist die TEAL-Schicht 50 mindestens teilweise aus einem elastomerartigen Werkstoff oder einem Elastomer gefertigt. Eine geeignete Art eines Elastomers ist ein Silikonpolymer, beispielsweise der Werkstoff, der im Handel als General Electric RTV11 oder als Dow Corning 3140 erhältlich ist. Wenn die TEAL-Schicht vollständig aus solch einem Material gefertigt ist, ist sie in ihren Eigenschaften im wesentlichen isotrop.
Alternativ kann die TEAL-Schicht auch als zusammengesetzte Konstruktion ausgeführt werden. In einem Beispiel einer solchen Konstruktion können langgestreckte, verhältnismäßig starre und harte strukturelle Fasern oder Faserbündel in die verhältnismäßig weiche Elastomermatrix eingebettet werden. Durch bevorzugtes Orientieren der Fasern können die Eigenschaften der TEAL-Schicht anisotrop gemacht werden. Das bedeutet, in einem typischen Falle werden die harten Fasern so orientiert, daß die Längserstreckung jeder Faserparallel zur Umfangsrichtung 34 liegt. Die harten Fasern können ein verfügbares Verstärkungsmittel sein, beispielsweise Kohlefasern oder Glasfasern. Die Strukturfasern können in der TEAL-Schicht durch irgend eine geeignete Maßnahme orientiert werden, beispielsweise durch Rotierenlassen einer Form relativ zu dem Spulenkörper in einer Umfangsrichtung, wobei eine Mischung des flüssigen Elastomers und der Fasern in dem Raum zwischen der Form und dem Spulenkörper enthalten ist. Die Matrix wäre hier vorzugsweise dasselbe Material, wie ein Elastomer, das in Verbindung mit einer isotropen TEAL-Schicht diskutiert wurde. Dieses Orientieren würde im Vergleich zu den Verhältnissen mit Bezug auf die Längsrichtung 36 die Festigkeit in Umfangsrichtung erhöhen und den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der TEAL-Schicht 50 in Umfangsrichtung herabsetzen. Die Eigenschaften der TEAL- Schicht würden daher genauer an diejenigen des Wickels 52 optischer Fasern angepaßt. Die Eigenschaften der TEAL-Schicht können durch Auswahl einer bestimmten Art (d. h., Material, Größe. Geometrie) der Fasern, einer bestimmten Art der Matrix, der Orientierung der Fasern in der Matrix und des Volumenbruchteils der Fasern in der zusammengesetzten Konstruktion eingestellt werden.
Die TEAL-Schicht muß zwischen der Außenfläche des Spulenkörpers 42 und der Innenfläche des Wickels 52 optischer Fasern eine Dicke 54 haben, welche dazu ausreicht, irgend welche thermischen Beanspruchungen, die durch die unterschiedlichen longitudinalen thermischen Ausdehnungskoeffizienten erzeugt werden, auf weniger als die Bruchfestigkeit des Wickels optischer Fasern zu reduzieren, und insbesondere auf weniger als die Bruchfestigkeit des Klebestoffs zu reduzieren, der in dem Wickel optischer Fasern verwendet ist. Der exakte Wert der minimalen Dicke 54 hängt von dem Durchmesser und der Wandstärke des Spulenkörpers 42, in Abmessungen und Eigenschaften des Wickels 52 optischer Fasern, der Größe und den Materialeigenschaften der TEAL-Schicht 50 und dem maximalen Bereich von Temperaturen ab, denen die Abgabevorrichtung 40 ausgesetzt ist. Praktisch wurde jedoch gefunden, daß für eine typische Abgabevorrichtung eine minimale Dicke von etwa 1/8" (3,2 mm) erforderlich ist, um eine ausreichende Scherspannungsaufnahme zu bieten, um die Spannungen, die in der Längsrichtung 36 des Wickels 52 optischer Fasern auftreten, um einen ausreichenden Betrag zu vermindern, so daß irgendwelche verbleibenden Spannungen zu klein sind, um Defekte in dem Wickel optischer Fasern hervorzurufen. Wenn die Dicke 54 wesentlich unter diesem Wert liegt, dann werden die thermisch induzierten Spannungen zwar vermindert, jedoch nicht in ausreichendem Maße, um die Erzeugung von Defekten zu unterdrücken.
Es gibt keine Maximaldicke 54, welche wegen der Spannungsverminderung eingehalten werden muß. Wenn aber die Dicke 54 der TEAL-Schicht 50 größer wird, dann wird die Starrheit der Unterstützung des Wickels 52 optischer Fasern vermindert, so daß Spannungsveränderungen in dem Faserwickel zu groß werden und der Wickel unstabil werden kann. Somit ist die maximale Dicke 54 der TEAL-Schicht 50 für einen typischen Faserwickel vorzugsweise weniger als etwa 3/4" (etwa 19 mm).
Die Verwendung der TEAL-Schicht 50 bietet zusätzlich zur Verminderung der thermischen Spannungen und der Herabsetzung der Bildung von Defekten im Wickel optischer Fasern Vorteile. Durch Einstellen der Eigenschaften der TEAL-Schicht kann der Beanspruchungszustand des Wickels optischer Fasern gesteuert werden. Diese Beanspruchungen bzw. Spannungen können die Stabilität des Wickels optischer Fasern und die Abgabeeigenschaften des optischen Faserkabels beeinflussen. Die TEAL- Schicht wirkt auch in gewissem Maße als Stoßabdämpfer zur Abpolsterung des Wickels optischer Fasern gegenüber Stößen, die während der Herstellung, des Transports, der Lagerung und des Gebrauches auf die tragende Struktur einwirken können. Wenn beispielsweise die tragende Struktur während des Transportes unglücklicherweise herunterfällt, dann vermindert die TEAL-Schicht den auf den Wickel optischer Fasern übertragenen Schlag.
Die Abgabevorrichtung 40 kann auf vielen verschiedenen Wegen hergestellt werden. Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei bevorzugte Fabrikationslösungen als Beispiel. Bei einem in Fig. 4 gezeigten Vorgang des direkten Aufbaus wird der Spulenkörper 42 bereitgestellt (Schütt 60). Der Spulenkörper wird in herkömmlicher Weise erzeugt, etwa durch Drehen des sich verjüngenden Zylinders aus einem Aluminiumrohrstück oder durch Fadenaufwicklung und Aushärtung eines Verbundwerkstoffes. Die Anpassungsschicht 50 für die thermische Ausdehnung wird auf dem Spulenkörper 42 im Schritt 62 abgelagert. Das Silikonelastomer, beispielsweise General Electric RTV11, ist im Handel in nicht polymerisierter flüssiger Form erhältlich. Eine Form, welche die gewünschte Dicke 54 der TEAL-Schicht bestimmt, wird um den Spulenkörper 42 gelegt, und das flüssige Elastomer wird in den Formhohlraum gegossen. Alternativ kann das TEAL- Material auf dem Spulenkörper durch eine Serie von üblichen Tauchbeschichtungsschritten aufgebracht werden. Nachdem es auf den Spulenkörper aufgebracht ist, wird das flüssige Elastomer ausgehärtet, um ein festes Polymer in herkömmlicher Weise entsprechend den Empfehlungen des Herstellers auszubilden. Nachdem die TEALL Schicht zu einem festen Teil ausgehärtet ist, wird eine Basisschicht, welche typischerweise aus Stahldraht hergestellt wird, über die TEAL-Schicht in dem Schritt 64 aufgewickelt. Das optischer Faserkabel wird dann im Schritt 66 auf die Basisschicht aufgewickelt, um den Wickel 52 optischer Fasern zu erzeugen.
Ein alternativer Vorgang ist in Fig. 5 dargestellt. Zunächst wird in herkömmlicher Weise gemäß Schritt 70 der Spulenkörper bereitgestellt. Der Wickel optischer Fasern wird als gesonderte freistehende Einheit erzeugt, indem zunächst ein überdimensionierter Wicklungsträger im Schritt 72 bereitgestellt wird. Der Wicklungsträger hat die selbe Gestalt wie der Spulenkörper, ist jedoch bezüglich eines inneren zylindrischen Durchmessers größer als der Außendurchmesser des Spulenkörpers, nämlich um das Zweifache des Betrages der Dicke 54 der TEAL-Schicht. Der Wicklungsträger wird mit einem Trennmittel beschichtet. Das optische Faserkabel wird auf den überdimensionierten Wicklungsträger aufgewickelt (siehe Schritt 74), wobei die gewünschte Wicklungsanordnung verwendet und Klebstoff eingesetzt wird, um den Wickel 52 optischer Fasern zu erzeugen. Der Wickel 52 optischer Fasern wird von dem Wicklungsträger abgenommen und im Schritt 76 über den Spulenkörper gesetzt. D. h., der Spulenkörper wird innerhalb des zentrischen Hohlraumes des Wickels 52 optischer Fasern unter Verwendung einer Vorrichtung zentriert, so daß ein gleichförmiger Spalt zwischen dem Spulenkörper und dem Wickel 52 optischer Fasern verbleibt. Der flüssige Ausgangsstoff für das gewünschte feste Material der TEAL-Schicht wird in den Spalt zwischen dem Spulenkörper und dem Wickel 52 optischer Fasern eingegossen und danach ausgehärtet (siehe Schritt 78). Der Wickel 52 optischer Fasern wirkt also als der Formhohlraum zur Formung der TEAL-Schicht 50. Bei diesem alternativen Herstellungsvorgang kann es unnötig sein, eine Basisschicht vorzusehen, da das TEAL-Material um die erste Faserlage herumfließt und sich um die Lage herumformt, um dieselbe Funktion wie die Basisschicht zu erfüllen.
Irgend welche anderen von verschiedenen möglichen Herstellungslösungen, welche mit der gewünschten endgültigen Struktur im Einklang sind, können ebenfalls zur Bereitung der Abgabevorrichtung 40 verwendet werden.
Vorher sind besondere Ausführungsformen der Erfindung im Detail zu Zwecken der Illustration beschrieben worden, doch können vielerlei Modifikationen und Weiterbildungen vorgenommen werden, ohne daß hierdurch der Umfang der Erfindung, wie er durch die anliegenden Ansprüche definiert ist, verlassen wird.

Claims

1. Abgabevorrichtung (40) für optische Fasern, welche folgendes enthält:

einen Spulenkörper (42), der eine Außenfläche und eine Längsachse aufweist;

einen Wickel (52) optischer Fasern mit einer Innenfläche, welche über dem Spulenkörper liegend angeordnet ist, wobei der Spulenkörper und der Wickel optischer Fasern unterschiedliche longitudinale Koeffizienten der thermischen Ausdehnung aufweisen; und

eine Anpassungsschicht (50) der thermischen Ausdehnung, welche zwischen dem Spulenkörper (42) und dem Wickel optischer Fasern gelegen ist und die Außenfläche des Spulenkörpers sowie die Innenfläche des Wickels optischer Fasern berührt;

dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsschicht der thermischen Ausdehnung aus einem anisotropen Material gefertigt ist, das leicht deformierbar ist, um eine Anpassung an die genannten unterschiedlichen longitudinalen thermischen Ausdehnungskoeffinzienten zu bewirken, und welche eine Dickenabmessung zwischen der Außenfläche des Spulenkörpers und der Innenfläche des Wickels optischer Fasern aufweist, welche dazu ausreicht, irgendwelche thermischen Spannungen, die durch die genannten unterschiedlichen longitudinalen thermischen Ausdehnungskoeffizienten erzeugt werden, auf ein Maß herabzusetzen, welches geringer als die fehlerverursachende Beanspruchung des Wickels optischer Fasern ist, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient der Anpassungsschicht der thermischen Ausdehnung in Richtung quer zu der Achse des Spulenkörpers (42) niedriger als derjenige in der Richtung parallel zur Achse des Spulenkörpers (42) ist.

2. Abgabevorrichtung (40) für optische Fasern nach Anspruch 1, bei welcher der Spulenkörper (42) im wesentlichen die Gestalt eines sich verjüngenden Zylinders (Kegelstumpfes) hat.

3. Abgabevorrichtung (40) für optische Fasern nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der Wickel (52) optischer Fasern eine Mehrzahl von Schichten aufweist und jede Schicht eine spiralige Wickellage einer optischen Faser (20) enthält.

4. Abgabevorrichtung (40) für optische Fasern nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welcher die Anpassungsschicht (50) für die thermische Ausdehnung eine Dickenabmessung von mindestens etwa 1/8 Zoll (3,2 mm) aufweist.

5. Abgabevorrichtung (40) für optische Fasern nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei welcher die Anpassungsschicht (50) der thermischen Ausdehnung mindestens teilweise aus einem Elastomer hergestellt ist.

6. Abgabevorrichtung (40) für optische Fasern nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Anpassungsschicht (50) der thermischen Ausdehnung ein Silikonpolymer enthält.

7. Abgabevorrichtung (40) für optische Fasern nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Anpassungsschicht (50) der thermischen Ausdehnung aus einem zusammengesetzten Werkstoff härterer Fasern, eingebettet in eine weichere Matrix, hergestellt ist.

8. Abgabevorrichtung (40) für optische Fasern nach Anspruch 7, bei welcher die Fasern in der Matrix richtungsorientiert sind.