KR940008674B1 - 응집된 클래딩 광섬유 케이블 - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 본 발명의 광섬유 케이블의 투시도.
제2도는 제1도 케이블의 종단면도.
제3도는 코팅된 광섬유의 종단면도.
제4a 및 4b도는 각각 정합된 클래딩 광섬유와 본 발명의 양호한 실시예의 응집된 클래딩 광섬유의 반사지수 구성의 프로파일 표시도.
제5도는 방수 물질의 변형에 대해 인가된 응력의 실시예 곡선도.
제6a-6b도는 한 동작 파장에서 각각 본 발명과 종래기술과 관련된 가중 손실을 기술한 그래프.
제7a-7b도는 다른 동작 파장에서 각각 본 발명과 종래기술과 관련된 가중 손실을 기술한 그래프.
제8도는 본 발명의 케이블과 다른 실시예의 투시도.
제9도는 제8도 케이블의 종단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 케이블 21 : 코어
24 : 광섬유 25 : 섬유
26 : 코어 27 : 클래딩
32 : 바인더 34 : 튜브
40 : 내부 클래딩 42 : 외부 클래딩
본 발명은 외부 클래딩보다 작은 굴절지수의 내부 클래딩을 각각의 광섬유가 갖는 광섬유 다발을 구성하는 유니트 다발을 포함하는 억압된 클래딩 광섬유 케이블에 관한 것이다. 유니트 다발은 외장 시스템에서 봉합된 공통 튜브에 위치된다.
광 전송 광섬유는 비록 큰 대역폭 용량과 작은 사이즈를 가지나 역학적으로 약하고 장력부하에서 부서지는 구조를 나타내고 섬유가 구부러졌을때 변질된 광 전송을 보인다. 수송관용 케이블은 당겨졌을때 인가된 장력 부하와, 도심지 환상 설비에서 종종 있는 구부러짐에 인한 응력을 견딜 수 있어야 한다. 그결과 케이블 구조는 광섬유를 역학적으로 보호하도록 발전되어 왔다.
케이블 구조는 느슨한 튜브와 리본 그리고 꼬임형 케이블을 포함하는 광섬유로 발전되어 왔다. 미국 특허 제4,153,332호를 참고하면, 리본 케이블은 통상 평면적 배열에 위치된 광섬유 다발을 포함하는 복수 리본코어를 함유한다. 코어는 느슨한 충전 플라스틱 내부 관형 자켓과 버팀부재로 강화된 내부 자켓에 의해 둘러싸인다. 수송관 시스템에 적당한 다른 광 통신 케이블이 미국특허 제4,241,979호에 공개되었다. 케이블은 반대방향의 나선형으로 감긴 2개의 분리된 버팀부재층을 포함한다. 일련의 장력 부하에서 상기 버팀부재의 두층은 휘어짐을 방지하기 위해 케이블에 반대방향의 같은 토크를 발생한다. 다른 형태의 광통신 케이블에서 광섬유 다발은 유니트를형성키 위해 돌출된 플라스틱 튜브에 봉합되고 상기 튜브형 유니트 다발은 외장시스템에 의해 봉합된 공동 돌출된 플라스틱 튜브에 의해 봉합된다. 각 유니트 튜브에 봉합된 광섬유는 중심 버팀부재와 하나의 꼬임으로 된다.
일반적으로 리본형, 꼬임형 그리고 느슨한 튜브와 같은 종래기술의 광섬유 케이블은 리본, 꼬임형 유니트 또는 분리된 선상에서 제조된 튜브를 가지는 단점이 있다. 꼬임형 튜브, 예를들어 종래 각각 튜브에 봉합된 유니트 다발에서 꼬임은 공통 튜브와 외부 자켓에 적용되는 선으로 된다. 리본 또는 튜브형 코어는 일반적으로 예정된 층을 가진 꼬임형이므로 코어에 리본 또는 튜브를 조립하고 제조함은 제조관점에서 불필요한 비교적 무거운 회전장치의 사용을 필요로 한다.
또한 광섬유 케이블에서 마이크로 벤드라 명명된 광섬유 축을 따라 생기는 요동은 클래딩을 통해 전력이 새나가는 광 손실을 초래한다. 이러한 구부러짐에 의한 전송 변질은 마이크로 벤딩 손실로 알려졌다. 마이크로 벤딩 손실에 관하여 아카데믹 프레스, 뉴욕, (1979) pp.158-161, 에스.이.밀러와 알의 광섬유 상호통신 : 클라렌돈 프레스, 옥스퍼드, 6장, pp.552-648, 에이취.지.엉거의 평면적 광 웨이브 가이드 그리고섬유 : 응용광학 볼륨 23 no.7, 4월 1일, 1984, pp.1082-1091, 디.마르쿠제의 단일 모드 섬유의 미소 변형손실에 나와있다. 이 문제는 예를들어 물의 침투를 방지키 위해 방수 충전물질이 케이블 코어에 제공될때 발생한다. 전형적으로 종래 방수물질은 케이블 제조중이거나 또는 조작중 강력하에서 변형되지 않는다. 이것은 비교적 작은 주기성을 가지고 불변형 충전물질 표면을 접속하기 때문에 광섬유 이동과 섬유의 휨을 방지한다. 이것은 마이크로 벤딩 손실을 피하기 위해 응력하의 섬유가 새로운 나선을 형성하게 하는 꼬임형 섬유에 의해 약간 극복된다. 그러나 공지된 바와 같이 꼬임형은 낮은 선 속도를 필요로 한다.
코팅처리된 섬유에서 마이크로 벤딩 손실은 실온에서 분별되지 않는다. 코팅은 실온에서의 요동을 흡수하여 섬유가 요동되지 않게한다. 그러나 -40。F 범위의 비교적 낮은 온도에서 코팅물질은 온도 변화 때문에 케이블의 광섬유 축이 구부러지게 한다. 코팅물질과 케이블의 성질때문에 코팅 물질은 부분적으로만 요동을 흡수하고 약간은 광섬유로 전달된다.
광섬유 케이블에서 필요한 것은 비교적 만들기 쉽고 값싸며 광섬유에서 마이크로 벤딩 원인인 심한 응력도입을 방지하는 구조이다. 또한 -40。F 범위의 비교적 저온에서 효능의 일관성 향상이 필요하다. 광섬유 케이블에서 필요한 것은 밀집되고 통상 인정된 온도 범위의 광섬유에서 마이크로 벤딩 손실로 이끄는 과도한 응력 도입을 금하는 것이다.
상기 문제는 본 발명의 광섬유 케이블에 의해 극복된다. 본 발명의 광섬유 케이블은 케이블 길이 축방향으로 연장된 유니트를 형성하기 위한 의도된 꼬임없이 함께 조립된 광섬유 다발을 포함한다. 케이블은 유니트 다발을 포함한다. 플라스틱 물질의 튜브 길이는 광섬유 다발을 봉합하고 케이블 길이축과 평행이다. 모든 유니트는 조합된 각 튜브 내부에 각 유니트가 위치하게 하는 대신 공통 플라스틱 튜브에 위치한다. 각 광섬유는 코어와 내부 클래딩 그리고 외부 클래딩을 포함한다. 내부 클래딩은 외부 클래딩보다 작은 굴절지수를 가진다. 코어와 내부 클래딩 지수 차이인 각 광섬유의 전체 굴절 지수차이는 충분히 높아서 각 광섬유는 마이크로 벤딩에 민감하다. 또한 코어 직경에 대한 내부 클래딩 비와 내부 클래딩과 코어의 굴절 지수차에 대한 내·외부 클래딩의 굴절 지수차이는 각 광섬유가 예정된 파장에서 단열 모드형으로 동작될 수 있게 한다. 또한 튜브 내부의 단면영역에 대한 광섬유 다발의 단면 영역비는 광섬유가 코팅된 양호한 실시예에서 약 0.5인 예정된 값을 초과하지 않는다.
본 케이블은 또한 최소한 하나의 버팀부재와 튜브길이를 봉합하는 플라스틱 물질의 자켓을 포함한다. 한 실시예에서 섬유사이를 충전하고 튜브내부에 위치한 방수물질은 20℃에서 70Pa보다 크지 않는 임계 항복응력을 가진다. 만일 케이블이 유니트 다발을 포함한다면, 각 유니트는 방수 물질에 의해서만 다른 유니트와 분리되며 유니트 다발은 종래기술의 각 튜브 대신에 튜브의 공통길이에 의해 봉합된다.
제1 및 2도는 양호한 실시예의 본 발명 케이블(20)을 도시한다. 이것은 유니트 다발을 포함하는 코어(21)를 함유하며 각 유니트들은 일반적으로 (22)로 표시되며 각각 코팅된 광섬유(24-24)의 다발을 포함한다. 또한 코팅된 광섬유(24-24)는 섬유(25)와, 섬유는 코어(26)와 (27)로 표시된 클래딩을 포함하며, 하나 이상의 코팅(28-28)을 포함한다(제3도). 여기서 광섬유의 단어는 섬유 자체와 섬유에 사용된 코팅을 명명한다. 전형적으로 단일 모드 광섬유에 대해 코어(26)는 8∼9μm 범위의 직경을 가지며 외부 클래딩 직경은 약 125μm이다. 유니트(22-22) 각각은 케이블의 길이축(29)에 일반적으로 평행되게 연장하는 유니트이거나 요동하는 층으로 형성되는 꼬임형 또는 비꼬임형이다.
양호한 실시예의 유니트(22-22) 각각에 포함되는 광섬유(24-24)는 함께 꼬임형으로 되지 않고 조립되며 또한 유니트 자체는 무한한 층 길이로 조립된다. 광섬유는 각 광섬유가 봉합하는 외장 시스템의 길이보다 약간 큰 길이를 가지게 하는 유니트 부분을 따라서 파상형으로 된다. 이것은 케이블의 제조, 설치 그리고 서비스 동안에 과도 인장력에 의해 광섬유(24-24)로 분리되는 것을 방지한다.
제1도 및 2도에 도시된 바와 같이 코어(21)는 바인더(32)에 의해 각각 속박되고 튜브(34)에 봉합된 유니트 다발을 포함한다. 예를들어 폴리비닐 클로라이드 또는 폴리에틸렌과 같은 플라스틱 물질로 된 튜브(34)는 각각 비튜브형 속박된 유니트를 함유하고 일반적으로 케이블(20)의 길이축(29)에 평행으로 연장된다.
본 발명 케이블의 주요 특성은 팩킹 밀도이다. 팩킹 밀도는 튜브(34)에 봉합된 총단면 영역에 대한 광섬유와 그위의 코팅의 단면 영역사이의 비로서 정의된다. 만일 팩킹 밀도가 너무 높으면 코어 내부의 광섬유는 비교적 높은 응력을 받게되며 케이블 조작중 부러질 수도 있다. 이러한 것은 비교적 높은 응력에서 항복하는 방수 물질사용과 같이 광섬유가 튜브내에서 구부러졌을때 발생하는 응력을 줄이기 위해 충분히 움직일 수 없으므로 팩킹 밀도가 너무 높을때 발생한다. 양호한 실시예에서 팩킹 밀도는 0.5값을 초과하지 않는다.
상기와 같이 마이크로 벤딩이라 명명된 광섬유 축상의 작은 요동은 클래딩을 통하여 전력이 나가므로 광손실을 유발한다. 광전력 수렴정도와 마이크로 벤딩에 기인한 광손실 민감성은 모드 필드 직경으로 명명된 스포트 시이즈와 기본 전파 모드의 유효지수로 특징된다. 이후에 사용되는 다른것과 마찬가지로 이러한 공지된 파라미터는 예를들어 이전에 확인된 밀러, 엉거 및 마르쿠스 공보에서 정의된다. 마이크로 벤딩 손실에 영향을 주는 임계 파라미터는 코어 직경 d와 각각의 코어와 클래딩 굴절 지수 nC와 nC L일반적으로 차이는 백분율 차이로 표현되며 △로 표시된다. 제4A도에 전형적인 단열 모드 광섬유의 굴절 프로파일지수가 표현(36)된다. 제4A도에 도시된 굴절 프로파일 지수를 갖는 광섬유는 정합된 클래딩 광섬유라 명명된다. 여기서 (37)로 표시된 코어는 직경 d 굴절 지수 nC를 가지며 클래딩 전체에서 일정한 (38)로 표시된 클래딩은 굴절지수 ncL을 가진다. 전형적인 정합 클래딩 광섬유는 0.30%의 △을 가진다. d와 △ 파라미터는 주어진 파장에서 스포트 사이즈와 유효지수를 결정한다. 작은 스포트 사이즈와 높은 유효지수는 섬유 코어 영역으로 광 전력을 거의 모두 수렴시켜서 마이크로 벤딩에 기인한 손실에 높은 저항을 보인다.
비록 향상된 마이크로 벤딩 성능은 감소된 스포트 사이즈로 이끄는 △ 증가와 d 감소로 얻어지나 스포트 사이즈가 감소함에 따라 섬유 겹침 손실을 작게 하는 단점이 증가한다. 또한 코어 직경이 감소함에 따라 무발산 파장은 증가한다. 무발산 파장이 동작 파장 이상으로 이동함에 따라 섬유 발산은 증가하고 동작 파장에서 최대 대역폭은 감소한다. 섬유 겹침 손실을 증가시키고 섬유 발산을 증가시키는 역효과는 1.3μm에서의 최적 동작에 대해 최소 섬유 코어 사이즈를 제한한다.
△에 대한 스포트 사이즈와 무발산 파장 종속은 뚜렷하지 않다. 예를들어 비교적 높은 △을 갖는 광섬유는 낮은 손실 겹침에 적당한 스포트 사이즈를 유지하는 반면 마이크로 벤딩 저항을 제공하는데 사용된다. 그러나 마이크로 벤딩 성능을 향상시키기 위해 △을 증가하는 것은 섬유의 차단 파장을 증가한다. 공지된 바와같이 차단 파장은 그 파장 이하에서 고차 모드가 전파되는 파장이다. 고차 모드가 존재한다면 섬유 대역폭이 급격히 감소하여 차단 파장의 증가는 시스템 파장에서 단일 모드 동작을 유지하게 제어되어야 한다.
이 문제는 유니트(22-22)를 제공하는데 사용되는 광섬유(24-24)가 외부 클래딩(42)보다 응집된 굴절지수를 갖는 내부 클래딩(40)(제2도)에 의해 특징되게 함으로서 극복된다. 그러한 섬유는 응집된 내부 클래딩이다. 응집된 클래딩 광섬유는 마이크로 벤딩에 의한 광손실에 비교적 높은 저항을 표시하므로 유리하다. 제4B도에서 코어(26)는 직경 d와 외부 클래딩(42)의 굴절 지수(nC LD)에 대응하는 기준선(45)에 대해 상대굴절 지수 차이(△+)를 가지는 굴절 지수(44)를 가진다. 내부 클래딩(40)은 직경(D)을 가지고, (43)으로 표시되고 같은 기준선(45)에 대해 상대 굴절 지수 차이(△-)를 갖는 굴절 지수(nCL1)를 가진다. 코어에서 내부 클래딩 굴절 지수 전체 차이는 △로 표시된다.
응집된 클래딩 광섬유의 장점은 파장이 코어 직경(d)과 전체 굴절 지수 차이(△)외에도 코어 직경에 대한 내부 클래딩 직경 비(D/d)와 총 지수 차이에 대한 내부 클래딩 지수 응집 비(△-/△)에도 종속된다. 예를들어 D/d가 감소하면 차단 파장도 감소한다. (D/d)의 공칭값은 6.5이나 실용범위는 약 3정도의 낮은 값을 포함한다. 스포트 사이즈와 유효 지수 그리고 무발산 파장은 계획된 범위에서 상기 비에 민감하므로 향상된 마이크로 벤딩 성능을 위한 높은 값의 △은 차단 파장을 제어하기 위해 적당한 값의 (D/d)와 (△-/△)을 취하여 오프셋될 수 있다. (D/d)와 (△-/△)의 전형적 값은 100nm 또는 그 이상으로 차단 파장을 낮게하여 단일 모드 동작이 비교적 높은 △ 마이크로 벤딩 손실 저항 섬유에서 달성된다.
코어 크기와 전체 굴절 지수 차이가 같은 정합된 클래딩의 차단 파장으로부터 감소된 차단 파장을 제공하는데 적당한 (△-/△)과 (D/d)가 필요한 것이다. 제공되어야 할 것은 마이크로 벤딩 민감 섬유가 예정된 파장에서 단일 모드형으로 동작할 수 있는 파라미터를 가지는 광섬유이다. 본 발명의 케이블은 비교적 높은 총 굴절 지수 차이(△)에서 동작을 용이하게 한다. 이것은 예를들어 1.3μm 파장에서는 통상 안되는 단일모드 동작을 가능하게 하며 비록 시스템이 예를들어 1.55μm의 높은 파장에서 동작되더라도 마이크로 벤딩손실에 높은 저항을 나타낸다. 양호한 실시예에서 단열 모드 동작의 예정된 파장은 1.3μm이고 1.55μm에서 낮은 손실 동작의 부가적 용량을 가진다.
본 발명 케이블은 1.3μm에서 단열 모드 동작올 가능케 하는 충분히 낮은 차단 파장을 제공하는 △와 코어직경, D/d 그리고 △-/△을 갖는 저손실 섬유와 낮은 발산을 함유한다. 고 도핑 코어와 저 도핑 클래딩을 갖는 섬유는 1.3μm 근처에서 높은 △과 낮은 물질 발산을 제공한다. 미국 특허 제4,439,007호에서와 같이 비교적 높은 △은 저 도핑 클래딩의 1.3μm 근처에서 반드시 높은 물질 발산 결과를 발생하는 것은 아니다.
충분히 낮은 차단 파장과 낮은 발산 그리고 저손실 겹침에 적당한 스포트 사이즈는 d와 D/d 그리고 낮은 팩키징 손실을 낳는 비교적 높은 △을 가진 △-/△의 적당한 선택에 의해 얻어진다. 전형적인 △-값은 △의 10과 40% 사이 범위이다. 양호한 실시예에서 d=8.3μm, D=54μm, △+=0.25%, △-=0.l2% 그리고 △=0.37%이다.
제1 및 2도 실시예에서 유니트와 튜브(34) 사이의 코어와 유니트(22-22)는 적당한 방수 물질(46)로 충전된다. 광섬유 케이블에서 충전 화합물은 비교적 낮은 응력 상태에서 광섬유를 유지하는 기능을 해야 한다.
케이블 충전 또는 방수물질, 특히 광섬유 케이블 충전 화합물은 여러 조건을 만족해야 한다. 조건중 케이블의 물리적 성질이 약 -40에서 76℃의 넓은 온도에서 적당한 한계내에서 유지되야 한다. 또한 충전 물질은 상기 온도범위에 걸쳐 비교적 시네르시스로부터 구속되지 않아야 한다. 시네르시스는 인가된 응력하에서 겔로부터 오일을 분리하는 것이다. 광섬유 케이블에서 실용 충전물질은 비교적 낮은 전단 계수를 가져야 한다. 종래 기술에서 전단 계수는 직접 마이크로 벤딩 손실량과 관련되기 때문에 이것은 광섬유 케이블 충전물질의 임계 물질 파라미터이다. 전형적으로 마이크로 벤딩 손실은 짧은 파장에서 보다 긴 파장에서 제어하기 힘들다. 따라서 1.5μm와 같은 긴 파장에서 케이블에 의한 심각한 손실없는 광섬유 케이블을 생산할 수 있음이 중요하다.
양호한 방수물질은 오일과 콜로이드형 입자와 같은 겔형의 두 중요성분과 선택적인 세번째 요소로 액체누출 방지기를 포함한다. 열적 산화 안정기와 같은 다른 구성원도 가능하다.
방수물질에 사용되는 오일가운데 폴리부텐오일이 있으며 약 0.83의 최소 특정 중량을 가지며 ASTMD97 또는 ASTM D-226 테스트의 ASTM형 103, 104A, 104B, 또는 그들의 혼합의 약 18℃보다 작은 최대 유동점을 가지고, 약 0.86의 최소 특정 중량과 ASTM D97의 -4℃보다 작은 최대 유동점을 갖는 나프텐 또는 파라핀 오일이 있다. 본 발명 케이블용 오일의 특정 예는 폴리부텐 오일이며 ASTM D97의 유동점이-35℃이고 99℃에서 SVS 점성이 l005이며 특정 중량이 0.8509이며 평균 분자량 460을 갖는 합성 하이드로 카본 오일이다. 이것은 L-100 상표의 텍사스, 텍사스시티 아모코케미컬 코포레이션에서 구입할 수 있다. 다른 오일은 흰 미네랄 오일이며 ASTM D97의 유동점 -25℃와 99℃에서 SVS 점성 53.7과 평균 특정 중량 0.884와 최대 방향성 오일의 중량(b.w) 1%를 가진다. 후자는 드라켈 35 상표의 펜실베니아, 페네르코 오프 부틀러에서 구입된다. 다른 오일은 카스토르와 같은 트리글리세라이드형 야채 오일과 폴리프로필렌 오일과 같은 합성 하이드로카본 오일을 포함한다. 열 지연 특성을 요구하는 응용을 위해 약 30-75%b.w 내용의 클로린 25℃에서 100∼10,000cps의 점성을 갖는 클로린된 파라핀이 유용하다. 그러한 오일 예는 파로일 152이며 오히오의 도버 케미컬 캄파니 오프 도버로부터 구할 수 있다. 아크릭 엑시드의 중합된 에스테르 또는 비슷한 물질은 5% b.w 이하의 부가 레벨에서 유동점 응축으로서 유용하다. 예는 ECA7955이며 엑슨 케미켈 캄파니로부터 구할 수 있다.
오일의 콜로이드 충전 입자는 네트워크를 형성키 위해 표면 하이드록실 그룹을 본딩하므로서 오일을 겔화한다. 그러한 겔은 임계 웅력치 이하의 부하를 지지할 수 있다. 이 응력 레벨 이상에서 회로는 분열되고 물질은 액체형 특성을 가지고 응력하에서 흐른다. 그러한 특성은 종종 틱소트로픽으로 명명된다.
본 발명 케이블에 유용한 콜로이드 충전물은 콜로이드 실리카를 포함하며 친수성 또는 소수성이며 양호하게는 약 50∼400m2/gm의 BET 표면 영역을 갖는 친수성 훈연 실리카이다. 친수성 훈연 실리카 예는 폴리디메틸실록산 코팅된 훈연 실리카이며 약 80∼120m2/gm의 BET 표면영역을 가지고 5% b.w 카본을 함유하고 Cab-o-Sil NTo-Ts 상표 아래 일리노이의 카보트 코포레이션 오프 투스콜라에서 구입할 수 있다. 친수성 콜로이드 물질은 훈연 실리카이며 약 175∼225m2/gm의 BET 표면영역과 0.012μm의 통상 입자 크기와 2.2의 특정 중량을 가지며 Cab-o-SilM-5의 상표로서 카보트 코포레이션에서 구입된다. 본 발명의 실시에 유용한 다른 콜로이드 충전물은 표면처리와 무관한 베노나이트와 같은 침전된 실리카와 점토이다.
그리이스의 오일 보존성은 화합물에 하나이상의 누출 방지기를 첨가하여 향상된다. 누출 방지기는 반액체로 명명되는 비교적 높은 점성 반액체인 고무차단 혼성 중합체와 고무 또는 다른 적당한 고무가 된다. 차단혼성 중합체와 반액체 고무는 선택적으로 고무 중합체로 명명된다. 그리이스의 화합물에 고무 중합체를 혼합시키면 겔의 시네르시스를 방지키 위해 혼합물에 가산되야 할 콜로이드 입자량을 감소시킨다. 이 감소는 단가를 줄인다. 또한 비교적 낮은 임계 항복 응력을 갖는 비누출 화합물의 구성도 가능하게 한다.
본 발명 케이블의 방수 화합물에 사용되는 고무차단 혼성 중합체중에 약 0.1∼0.8 사이의 스티렌/고무 비를 가지고 25℃ 톨루엔에서 점성에 의해 지적된 바와 같이 20% b.w 고무 용액에서 약 100cps으로부터 15% b.w 고무 용액에서 2000cps까지의 분자량을 갖는 스티렌-고무 그리고 스티렌-고무-스티렌 차단 혼성 중합체이다. 차단 고무 예로서 a) 스티렌/고우 비가 약 0.59이고 특정 중량부가 약 0.93, ASTM D-412의 항복 강도가 300psi이고 크라톤 G1701 상표의 텍사스, 셀 케미컬 캄파니 오프 휴스톤에서 얻을 수 있는 비 플라스틱화된 스티렌-에틸렌프로필렌 차단 혼성 중합체(SEP)와 b) 스티렌/고우 비가 0.41이고 TRW-7-1511의 상표인 셀 케미컬 캄파니로부터 구해지는 스티렌-에틸렌 부틸렌 차단 혼성 중합체(SEB)와 c) 스티렌/고무 비가 약 0.16이고 특정 중량이 약 0.90이고 75%의 신장도와 350psi ASTM D-4l2의 300% 율, 그리고 크라톤 G1657 상표의 셀 케이컬 코포레이션에서 얻어지는 비 플라스틱화된 스티렌-에틸렌 부틸렌-스티렌 차단 혼성 중합체(SEBS)이다. 다른 스티렌-고무 또는 스티렌-고무-스티렌 차단 혼성 중합체는 스티렌-이소프렌 고무(SI) 그리고 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 고무, 스티렌-부타딘(SB) 그리고 스티렌-부타딘-스티렌(SBS) 고무이다. SIS 예는 크라톤 D1107이고 SBS 예는 크라톤 D1102이며 모두 셀 케미컬 캄파니로부터 구할 수 있다.
본 발명의 실시에서 유용한 반액체 고무는 20,000∼70,000 사이의 분자량의 플로리를 갖는 고점성 폴리이소부틸렌이다. 실시예는 약 42,600∼46,100 분자량의 플로리를 가지고 특정 중량 약 0.91, 350。F(약 177℃)에서 부룩 필드 점성 약 26,000∼35,000cps, 상표 비스타닉스 LM-MS의 텍사스, 엑슨 케미컬 캄파니 오프 휴스턴으로부터 얻어지는 폴리이소부틸렌이다. 유용한 다른 고무는 부틸고무, 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 에틸렌-프로필렌 이합체 고무(EPDM) 그리고 20∼90 사이의 100℃ ASTM D-1646의 무니 점성ML 1+8을 갖는 염소화된 부틸고무이다. 상기 예는 각각 부틸 077, 비스탈론 404, 비스탈론 3708 그리고 클로로부틸 1066이며 모두 엑슨 케이컬 캄파니에서 얻는다. 다른 유용한 것은 38℃에서 약 40,000∼400,000사이의 점성을 갖는 해중합 고무이다. 그것의 예로는 하드만, 벨리 빌 주식회사 뉴저지로부터 구할 수 있는 DPR 75이다.
방수 물질(46) 화합물은 우수한 광학적 성능을 제공하기 위하여 케이블에 가중손실을 최소화하는 반면 코어(21)에 물의 유입을 효과적으로 차단하기 위한 것이다. 비록 화합물의 오일 유지 특성이 관련되지만 가장 중요한 성질은 케이블(20)의 광 성능이다.
표 I은 드라켈 35와 L-100의 2개의 다른 오일에 대한 오일 분리상의 여러 다른 누출 방지기의 효과를 나타낸다. 3개의 블록 혼성 중합체 함유 화합물은 92%, b.w. 오일, 6% b.w. Cab-o-SilN70-TS 콜로이드 충전물 그리고 2% b.w 누출 방지기를 포함한다. 반액체 고무 함유 화합물 LM-MS는 6% b.w N70-TS 콜로이드 충전물과 상기 방지기 양 그리고 89와 84% b.w의 드라켈 35을 함유한다.
[표 1]
표 II는 누출 방지기를 포함하지 않는 여러 화합물에 대한 오일 분리 자료를 나타낸다. 오일 분리나 떨어짐을 방지하기 위해 화합물의 콜로이드 입자 내용을 증가하는 것보다 누출 방지기 첨가가 더 효과적이다. 또한 시네르시스가 피해지는 점에 그리이스의 콜로이드 입자내용을 증가하는 것은 임계 항복 응력이 증가되는 결과가 된다. 따라서 시네르시스를 함께 피하기 위해 어떤 경우에 필요한 임계 항복 응력의 낮은 값은 누출 방지기 사용없이는 얻어질 수 없다. 표 II의 자료는 N70-TS 콜로이드 충전물과 드라켈 35 오일로서 얻어진다.
[표 2]
제5도는 방수물질(46)로서 사용되는 것과 같은 틱소트로픽 물질에 대한 일정 인장력 비에서 일반화된 응력-인장력 곡선(47)을 도시하고 여러 중요한 파라미터를 밝혔다. 응력-인장력 곡선(47)의 원호(48) 부분은 탄력 고체와 같은 역할을 한다. 원호는 제로 응력에서 임계 항복 응력 σc까지 연장된다. σc에 대응하는 인장력은 임계 전단 인장력 γc이다. 정의에 의해 σc와 γc 축은 항복의 시작을 가르키고 σc/γc(또는 σ<σc에서 db/dr)는 물질의 전단비(Ge)로 알려졌다.
종래 기술에서 광섬유용 충전 물질은 낮은 값의 Ge를 가져야 하지만 최소한 어떤 적용에 대해 충전물질의 낮은 값 Ge는 낮은 케이블 손실에 충분하지 않으며 임계 항복 응력 σc의 다른 파라미터도 제어되야 한다. 전형적으로, 본 발명에 따른 물질의 임계 항복 응력은 20℃에서 70Pa보다 크지 않으며 전단 비는 20℃에서 약 13KPa보다 작다.
제5도 응력-인장력 곡선부(49)는 증가하는 응력에 대해 증가 인장력의 증가치를 나타낸다. γy는 대응인장력인 주어진 인장력 비에서 응력 σy는 물질에 의해 지속될 수 있는 최대 응력 값이다. γy 이상의 인장력에서 부분(50)에 도시된 바와 같이 처음엔 감소하고 부분(51)에 도시된 바와 같이 인장력의 큰값에 대해 인장력에 독립하게 된다. 방수 물질은 γ>γy에 대해 액체성을 나타낸다.
충전된 케이블(20)에 대한 충전 화합물은 전형적으로 약 77에서 95% b.w 오일사이를 포함한다. 만일 누출 방지기가 존재하고 고무 차단 혼성 중합체이면 오일 내용물은 전형적으로 약 90에서 95% b.w 사이이다. 다른 한편으로 만일 누출 방지기가 반액체 고무이면 오일 내용물은 전형적으로 약 77과 91% b.w 사이이다. 화합물은 또한 최대 15% b.w 양호하게는 최대 10% b.w의 콜로이드 입자를 포함한다. 만일 콜로이드 입자가 훈연 실리카이면 전형적 범위는 2∼10% b.w이고, 어떤 이용에서 현재 양호하게는 5∼8% b.w이다. 화합물의 누출 방지기 내용은 전형적으로 0.5%와 15% 사이이고 현재 양호한 차단 혼성 중합체 고무에 대해서 0.5∼5% b.w이며 반액체 고무는 3∼15% b.w이다. 임의로 화합물은 또한 산화성 안정기나 다른 부가물의 최소량을 포함한다. 예증적인 안정기는 이르가녹스 1010 상표의 시바-게이지로부터 구할 수 있는 테트라키스 메탄이다. 전형적으로 오일과 콜로이드 입자, 사용된 누출 방지기는 총 화합물의 99% b.w 또는 그 이상에 달한다.
연구된 예증적인 화합물이 중량부로 표 Ⅲ에 도시된다. 화합물은 공지된 방법에 의해 준비되며 전형적으로 먼저 순환하는 온도와 압력에서 다음에는 부분적 진공(300Torr 이하)하의 순환하는 온도에서 혼합 오일, 누출 방지기, 안티옥시던트, 콜로이드 입자 물질을 포함한다. E와 같은 화합물은 약 150℃로 가열되어 여기되고 그 온도에서 약 4시간 동안 유지된다. 결과 화합물은 원추판 전류계에 의한 σc와 Ge 결정을 포함하여 계산된다. 성질 요약 예가 20℃에서 σc와 Ge의 모든 측정이 표 Ⅲ에 제시된다.
표 Ⅲ에 공개된 화합물 예에서 예 A가 양호하다. (a)로 표시된 응력값은 시간 연장없이 결정되고 (b)로 표시된 것은 표시된 시간동안 연장된다. 표 Ⅲ의 많은 예에서 누출 방지기 사용에 불구하고 어떤 것은 누출테스트를 통과하지 못한다. 그러나 표 Ⅲ의 어떠한 화합물로 충전된 케이블이라도 광성능의 요구를 만족한다.
[표 3]
본 발명의 화합물의 역학적 성질은 콜로이드 입자 내용물의 기능이다. 예를들어 σc와 Ge는 감소하는 입자내용과 더불어 감소한다.
유리하게도 본 발명 케이블의 코어를 충전하는데 사용되는 방수물질(46)은 충분히 낮은 응력에서 항복하여 광섬유(24-24)와 유니트(22-22)는 케이블이 부하를 받거나 휘어졌을때 코어 내부에서 이동할 수 있게 된다. 항복하는 충전 물질은 튜브(34)내에서 광섬유가 움직이게 하여 그곳의 응력을 감소시키고 광섬유 수명을 길게한다.
상기와 같이 본 발명의 케이블은 양호한 실시예와 같이 유니트와 함께 꼬임형으로 되지 않거나 또는 꼬임형 또는 파상층으로 만들어진다. 물론 꼬임형 장치가 제거되고 선 속도가 증가함으로 비 꼬임형이 양호하다.
튜브(34)는 케이블(20) 외장 시스템(52)의 한 구성으로 생각된다. 제1 및 2도로 돌아가서 튜브위에 베딩층(53)과 강도 버팀부재(58-58) 그룹, 폴리에틸렌 중간 자켓(60), 다른 베딩층(62) 그리고 다른 버팀부재 그룹(66-66)과 외부 자켓(68)을 포함하는 외장 시스템의 다른 소자가 위치된다. 비록 다른 플라스틱 물질이 사용되나 양 자켓은 플라스틱 물질로 만들어진다. 또한 자켓의 물질이 다를 수도 있다. 양호한 실시예에서 버팀부재는 강철선이다. 그러나 금속 그리고 비금속의 다른 물질도 사용된다.
제6A 및 7A도를 참조하면 두개의 비교적 낮은 온도 레벨과 1.55와 1.3μm의 두 다른 동작 파장에서의 본 발명 케이블 광섬유 팩키징에 기인한 가중 손실의 그래프적 표시가 도시된다. 제6B 및 7B도에서 동작 파장 1.55μm와 1.3μm와, 도시된 온도에서 가중된 손실의 그래프적 표현이 도시되며 종래 기술 케이블은 제4B도에 도시되어 있는 정합된 클래딩 굴절 지수 프로파일을 갖는 광섬유을 포함한다. 각 사각형 박스는 샘플의 중심(50%)을 표현하며 각각의 수평선은 중간이다. 각 박스로부터 수직으로 연장된 점선은 샘플의 상하 사분위수를 표현한다. 도시된 바와 같이 1.3μm의 동작 파장에서 -40。F에서 정합된 클래딩 광섬유를 포함하는 케이블에 대한 가중 손실 중간은 0.05dB/km이며 본 발명의 케이블은 무손실이다. 1.5μm의 동작 파장에서, -40。F에서 정합된 클래딩 섬유의 가중손실은 약 0.15dB/km로 본 발명 케이블보다 크다.
제1 및 2도에 도시된 외장 시스템외에도 본 발명 케이블에 사용된다. 예를들면 제8 및 9도에 기술된 케이블(70)은 코어(21)와 관형부재(34)를 포함한다. 관형부재(34)는 플라스틱 자켓(74)에 의해 봉해진다. 관형부재(34)와 자켓 사이에 위치된 것은 버팀부재(84-84)의 층(82)을 포함하는 버팀부재 시스템(80)과 버팀부재(88-88) 다발과 버팀부재(84-84)의 여러개를 포함하는 층(86)이다. 버팀부재(84-84)의 각각은 예를들어 폴리우레탄 물질이 주입된 유리실이며 버팀부재(88-88)의 각각은 에폭시 물질이 주입된 유리 털실이다. 버팀부재(88-88)는 압력과 장력에 대항할 수 있다.
상기 배열은 본 발명의 단순한 기술에 불과하다. 다른 배열이 발명의 원리를 구체화하고 발명 정신과 범위내에 있는 기술분야에서 숙련된 자에 의해 고안될 수 있다.
Claims (10)
- 광섬유 케이블이 케이블 축 길이방향으로 연장된 유니트를 형성키 위해 의도된 꼬임없이 함께 조립된 광섬유 다발을 포함하고 상기 광섬유 각각이 코어와 외부 클래딩 그리고 내부 클래딩을 포함하며, 튜브 내부 단면 영역에 대한 광섬유 다발의 단면 영역 비가 예정된 값을 초과하지 않고 광섬유 다발을 봉합하며 플라스틱 물질로 된 튜브를 포함하고 상기 튜브는 케이블 길이축에 평행이며, 버팀부재 시스템과, 상기 튜브를 봉합하고 플라스틱 물질로 된 자켓을 포함하는 광섬유 케이블에 있어서, 섬유 각각의 내부 클래딩이 외부 클래딩 보다 작은 굴절 지수를 가지며 각 광섬유가 마이크로 벤딩에 민감하게 충분히 높은 내부 클래딩과 코어의 굴절 지수 사이의 차이로 특정되고, 코어 직경에 대한 내부 클래딩 직경 비와 코어와 내부 클래딩 사이의 굴절 지수차이에 대한 내·외부 클래딩 굴절 지수차이의 비는 각 광섬유가 예정된 파장에서 단일모드형으로 동작되게 할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
- 제1항에 있어서, 광섬유 각각은 코팅되며 튜브 내부 단면 영역에 대한 코팅된 광섬유 다발 단면영역비가 약 0.5를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
- 제1항에 있어서, 내·외부 클래딩 굴절 지수사이의 차이가 코어 내부 클래딩 굴절 지수사이 차이의 약 l0∼40% 영역에 있고 코어 직경에 대한 내부 클래딩 비가 약 3보다 작지 않음을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
- 제1항에 있어서, 유니트 상호를 분리하는 어떠한 중간 튜브없이 유니트 다발을 봉합 하는 튜브와 유니트 다발을 포함하고 각 유니트는 바인더로서 감겨진 광섬유 다발을 포함하며 튜브 내부 단면 영역에 대한 광섬유 다발 단면 영역비가 예정된 값을 초과하지 않고 상기 튜브가 케이블 길이축에 평행이며 상기 케이블이 유니트와 튜브사이와 튜브 내부에 있는 유니트의 광섬유 사이를 충전하고 튜브 내부에 위치한 방수물질을 포함하고 방수물질이 예상된 응력을 받을때 유니트 이동이 코어 내부에 있게 하는 전단율과 임계 항복 응력을 방수물질이 가지며 튜브는 방수 물질에 의해서만이 상호 분리되는 유니트 다발을 봉합하는 공통 튜브이며 광섬유 각각은 코팅이 제공되며 상기 예상된 값이 0.5이며 튜브 길이가 각 유니트에 있는 어떠한 섬유 길이보다 크지 않음을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
- 제4항에 있어서, 유니트가 상호 꼬임형으로 되는 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
- 제4항에 있어서, 방수 물질이 20℃에서 약 70Pa보다 크지 않는 임계 항복 응력과 20℃에서 약 13KPa보다 작은 전단율을 가짐을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
- 제6항에 있어서, 방수 물질이, a) i. 최소 특정 중량 약 0.86과 -4℃보다 작은 유동점을 가지고 ASTM형 103, 104A 또는 104B인 파라핀 오일과 ii. 최소 특정 중량 약 0.86과 -4℃ 이하의 유동점을 가지고 ASTM형 103, 104A 또는 104B인 나프텐 오일과 iii. 최소 특정 중량 약 0.83과 18℃보다 작은 유동점을 가진 폴리부텐 오일과 iv. 그들의 어떠한 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 오일의 77∼95% 중량과, b) 친수성 훈연된 실리카 콜로이드 입자의 2∼15% 중량을 포함하는 물질의 화합물인 것을 특징으로하는 광섬유 케이블.
- 제6항에 있어서, 방수 물질이, a) i. 최소 특정 중량 약 0.86과 -4℃보다 작은 유동점을 가지며 ASTM형 103, 104A 또는 104B인 파라핀 오일과 ii. 최소 특정 중량 약 0.86과 -4℃보다 작은 유동점을 가지며 ASTM형 103, 104A 또는 104B인 나프텐 노일과 iii. 최소 특정 중량 약 0.83과 18℃보다 작은 유동점을 가지는 폴리부텐 오일과 iv. 트리 글리세라이드형 야채 오일과 v. 폴리프로필렌 오일과 vi. 25℃에서 100과 10,000cps 사이의 점성과 약 30∼75% 중량 사이의 염소 내용물을 갖는 염소화된 파라핀과 vii. 중합된 에스테르와 viii. 그들의 어떠한 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 오일의 77∼95% 중량과 b)50∼400m2/g 범위에 있는 BET 표면 영역을 갖는 콜로이드 입자와 점토, 침전된 실리카, 친수성 훈연 실리카, 소수성 훈연 실리카로 이루어진 그룹으로부터 선택된 콜로이드 입자 2∼15% 중량부를 포함하는 물질의 화합물인 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
- 제8항에 있어서, 물질의 화합물이 스티렌/고무 비가 0.1∼0.8 사이인 스티렌-고무-스티렌 차단 혼성 중합체와 스티렌-고무로 이루어진 그룹으로부터 서택된 15% 중량 이상의 누출 방지기를 포함하며, 20,000∼70,000 사이의 플로리 분자량을 갖는 반액체 고무와 부틸고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 에틸렌-프로필렌 이합체 고무, 100℃에서 20∼90 사이의 무니 점성을 갖는 염소화된 부틸 고무와 38℃에서 40,000∼400,000cps 사이의 점성을 갖는 해중합 고무를 포함하며 오일, 콜로이드 입자, 누출 방지기는 물질 화합물의 최소한 99% 중량을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
- 제9항에 있어서, 화합물이 90∼95% b.w 오일과 2∼10% b.w 콜로이드 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
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