RU2065191C1

RU2065191C1 - Fiber-optical unit

Info

Publication number: RU2065191C1
Application number: RU93034418/28A
Authority: RU
Inventors: Алексей Григорьевич Ионов; Юрий Владимирович Смирнов
Original assignee: Алексей Григорьевич Ионов; Юрий Владимирович Смирнов
Priority date: 1993-07-15
Filing date: 1993-07-15
Publication date: 1996-08-10

Abstract

FIELD: fiber-optical communication lines. SUBSTANCE: device has fiber-optical light guide with protecting polymer shield. Light guide is located in metal protecting tube and is spaced from it by fixed gap. Protecting tube is made from ribbon and has sew oriented in longitudinal direction. Edges of tube have smooth chamfers. Thickness of ribbon is same order of magnitude as radius of fiber-optical light guide. Piece where edges of ribbon touch one another is lesser than its thickness. Fixed gap between fiber-optical light guide and protecting tube is filled with water- repelling material. Additional metal cover is produced over protecting tube, it spreads over line where ribbon edges touch one another. Thickness of cover is less than thickness of main metal cover. Polymer cover, which thickness is 01-0.3 mm is applied over additional metal cover. EFFECT: increased functional capabilities. 3 cl, 2 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области оптических волокон и оптических кабелей, и может быть использовано при производстве кабелей связи. The invention relates to electrical engineering, in particular to the field of optical fibers and optical cables, and can be used in the manufacture of communication cables.

Известны оптические волокна [1] содержащие световод, имеющий сердцевину из прозрачного к оптическому излучению материала и оптическую оболочку с коэффициентом преломления, меньшим коэффициента преломления сердцевины, а также защитную оболочку, которая выполнена из тонкого лакового полимерного покрытия. Это тонкое покрытие обеспечивает в основном герметизацию поверхности световода, за счет которого исключается деградация световода, ухудшение его механических характеристик. Known optical fibers [1] containing a fiber having a core of a material that is transparent to optical radiation and an optical shell with a refractive index lower than the refractive index of the core, as well as a protective shell that is made of a thin lacquer polymer coating. This thin coating provides mainly sealing the surface of the fiber, due to which the degradation of the fiber, the deterioration of its mechanical characteristics is eliminated.

Известны также оптические волокна или модули [1] в которых на световод нанесена первичная буферная оболочка из мягкого силиконового лака и вторичная толстая оболочка из жесткого полимера типа полиамида. Обе оболочки нанесены плотно без зазора. Такое волокно или модуль имеет повышенную механическую прочность, но, как правило, худшие передаточные характеристики, т.к. при наложении толстой полимерной оболочки трудно избежать микроизгибных деформаций. Последние являются причиной возникновения дополнительных потерь в волокне. Optical fibers or modules [1] are also known in which the primary buffer shell of soft silicone varnish and the secondary thick shell of a rigid polymer such as polyamide are applied to the fiber. Both shells are applied tightly without a gap. Such a fiber or module has increased mechanical strength, but, as a rule, the worst transfer characteristics, because when applying a thick polymer shell, it is difficult to avoid micro-bending deformations. The latter cause additional losses in the fiber.

C другой стороны, известны оптические модули [2] вышеизложенных конструкций, содержащие волокно, помещенное в толстую полимерную трубку свободно, т. е. без обжатия и с запасом по длине (т.е. длина волокна несколько больше длины самой полимерной трубки). В этом случае полимерная трубка выполняет основную функцию, заключающуюся в защите волокна от внешних поперечных и продольных нагрузок. Тем самым она обеспечивает сохранение прямолинейного и ненапряженного состояния волокна внутри трубки и поэтому сохранение параметров передачи на уровне, достигнутом непосредственно при производстве волокна. При использовании в таком модуле волокон, согласно аналогу, приведенному в [1] удается изготавливать модули с экстремально низкими потерями, которые используются в волоконно-оптических линиях связи и передачи информации. К недостатку такого модуля, а точнее технологии его изготовления следует отнести то, что необходимый запас волокна или его прямолинейное расположение трудно выдержать из-за усадочных явлений полимерной трубки после ее выхода из головки пресса. С другой стороны, наличие гидрофобного материала внутри трубки создает две трудно решаемые проблемы: высокую его морозостойкость и необходимость его совместимости с материалом полимерного покрытия. Отсутствие этих свойств не позволяет создавать надежные морозостойкие оптические кабели связи. On the other hand, optical modules [2] of the above constructions are known, containing fiber placed in a thick polymer tube freely, that is, without compression and with a margin in length (i.e., the fiber length is slightly greater than the length of the polymer tube itself). In this case, the polymer tube performs the main function of protecting the fiber from external lateral and longitudinal loads. Thus, it ensures the preservation of the rectilinear and unstressed state of the fiber inside the tube and, therefore, the transmission parameters are maintained at the level achieved directly during fiber production. When using fibers in such a module, according to the analogue given in [1], it is possible to produce modules with extremely low losses, which are used in fiber-optic communication and information transmission lines. The disadvantage of such a module, and more precisely the technology of its manufacture should be attributed to the fact that the required supply of fiber or its rectilinear location is difficult to withstand due to the shrinkage of the polymer tube after it leaves the press head. On the other hand, the presence of a hydrophobic material inside the tube creates two difficult to solve problems: its high frost resistance and the need for its compatibility with the polymer coating material. The absence of these properties does not allow the creation of reliable frost-resistant optical communication cables.

Существенными недостатками известных оптических модулей [2] являются их большие размеры и высокая материалоемкость. Significant disadvantages of the known optical modules [2] are their large size and high material consumption.

Для модулей [2] общим недостатком является возникновение дополнительных потерь при воздействии повышенных и пониженных температур. Это связано с тем, что в связи с большим коэффициентом линейного удлинения полимерных материалов при воздействии изменения температуры происходит возникновение микроизгибов кварцевых световодов, коэффициент линейного расширения которых много меньше. For modules [2], a common drawback is the occurrence of additional losses when exposed to elevated and lowered temperatures. This is due to the fact that due to the large coefficient of linear elongation of polymeric materials under the influence of temperature changes, microbends of quartz fibers arise, the linear expansion coefficient of which is much lower.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению следует считать волоконно-оптический модуль [2] применяемый для изготовления многоволоконных оптических кабелей связи. Такой волоконно-оптический модуль содержит волоконный световод с относительно толстым защитным полимерным покрытием, помещенный в трубчатую защитную оболочку, выполненную из металлической ленты, имеющую продольно расположенный шов, края этой оболочки нелинейно деформированы, а шов после изготовления спаян или сварен, при этом соотношение наружного диаметра световода к внутреннему диаметру металлической трубчатой оболочки более 6/10. The closest in technical essence to the proposed technical solution should be considered a fiber-optic module [2] used for the manufacture of multi-fiber optical communication cables. Such a fiber optic module contains a fiber with a relatively thick protective polymer coating, placed in a tubular sheath made of a metal tape having a longitudinally seam, the edges of this sheath are nonlinearly deformed, and the seam after welding is welded or welded, while the ratio of the outer diameter the optical fiber to the inner diameter of the metal tubular sheath is more than 6/10.

Такой модуль имеет то достоинство, что волокно, имеющее относительно толстое полимерное покрытие, дополнительно защищено от внешних механических воздействий и воздействий влаги. Such a module has the advantage that a fiber having a relatively thick polymer coating is further protected from external mechanical influences and moisture.

Указанный недостаток свойственен также прототипу [2] у которого имеет место также большая масса толстой полимерной оболочки (т.к. внутри у него находится модуль по аналогу [1]). К недостатку прототипа также следует отнести относительно большие размеры для современных кварцевых волокон с диаметром по оптической оболочке 125 мкм, диаметр по вторичной полимерной оболочке не будет меньше 600 мкм и поэтому внешний диаметр модуля не будет меньше 800 мкм. The specified disadvantage is also characteristic of the prototype [2], which also has a large mass of a thick polymer shell (since inside it has a module similar to [1]). The disadvantage of the prototype should also include relatively large sizes for modern quartz fibers with a diameter of 125 μm along the optical cladding, the diameter of the secondary polymer cladding will not be less than 600 μm and therefore the external diameter of the module will not be less than 800 μm.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и снижение материалоемкости за счет уменьшения геометрических размеров модуля. При этом сохраняются необходимые высокие технологические качества модуля, под которыми следует понимать способность модуля сохранять параметры передачи волокна при последующих технологических этапах изготовления кабеля, а также стойкость волокна в готовом оптическом кабеле к механическим нагрузкам
изгибу, кручению, поперечному и продольному давлениям, а также климатическим воздействиям. Последний фактор требует от модуля минимальной усадки или растяжения, чтобы не допустить изгиба или микроизгиба волокна при повышении или понижении температуры окружающей среды.The technical result of the invention is to increase reliability and reduce material consumption by reducing the geometric dimensions of the module. At the same time, the necessary high technological qualities of the module are retained, which should be understood as the ability of the module to maintain the transmission parameters of the fiber during subsequent technological stages of cable manufacture, as well as the resistance of the fiber in the finished optical cable to mechanical stress
bending, torsion, transverse and longitudinal pressures, as well as climatic influences. The latter factor requires minimal shrinkage or stretching of the module to prevent bending or microbending of the fiber with increasing or decreasing ambient temperature.

Технический результат предлагаемого изобретения уменьшение размеров, материалоемкости без понижения прочности и надежности оптического модуля, а также повышение стойкости к воздействию повышенной и пониженной температуры окружающей среды в части сохранения параметров передачи на уровне исходного волокна. The technical result of the invention is to reduce the size, material consumption without reducing the strength and reliability of the optical module, as well as increasing the resistance to high and low ambient temperatures in terms of maintaining transmission parameters at the source fiber level.

Достижение технического результата, согласно п. 1 формулы изобретения, заключается в том, что края защитной оболочки выполнены с плавными недеформированными закруглениями, толщина приблизительно равна радиусу оптического световода, участок касания краев ленты меньше толщины ленты, а промежуток между волоконным световодом и защитной оболочкой заполнен гидрофобным материалом, при этом соотношение наружного диаметра волокна к внутреннему диаметру защитной оболочки менее 0,6. The achievement of the technical result, according to paragraph 1 of the claims, lies in the fact that the edges of the protective sheath are made with smooth undeformed roundings, the thickness is approximately equal to the radius of the optical fiber, the contact area of the edges of the tape is less than the thickness of the tape, and the gap between the fiber and the protective sheath is filled with hydrophobic material, while the ratio of the outer diameter of the fiber to the inner diameter of the protective shell is less than 0.6.

В предложенном техническом решении защитная оболочка выполнена из тонкой, свернутой в трубку металлической ленты, при этом края ленты, имеющие плавные закругления, прижимаются друг к другу и герметизируют конструкцию. Повышенная упругость конструкции, достигаемая в процессе изготовления модуля при нагортовке материала оболочки, обеспечивает плотное прилегание краев и вместе с гидрофобным заполнением свободного пространства между волокном и защитной оболочкой повышает герметичность. Зазор между внешним диаметром волокна и внутренней поверхностью трубки установлен фиксированным по всей длине такого размера, при котором обеспечивается необходимая свобода волокна при изменении температуры окружающей среды так, что при изгибе волокна, возникающем при сжатии металлической оболочки, приращение затухания не превышает заданного значения. In the proposed technical solution, the protective shell is made of a thin metal tape rolled up into a tube, while the edges of the tape having smooth curves are pressed against each other and seal the structure. The increased elasticity of the structure, achieved during the manufacturing of the module when the sheath material is loaded, ensures a tight fit of the edges and, together with the hydrophobic filling of the free space between the fiber and the protective sheath, increases the tightness. The gap between the outer diameter of the fiber and the inner surface of the tube is fixed along the entire length of such a size that ensures the necessary freedom of the fiber when the ambient temperature changes so that when the fiber bends when the metal sheath is compressed, the attenuation increment does not exceed a predetermined value.

На фиг. 1 изображен оптический модуль, выполненный согласно выбранному прототипу. In FIG. 1 shows an optical module made according to the selected prototype.

Модуль содержит оптическое волокно 1, состоящее из световода 2 (кварцевого или любого другого), лакового покрытия 3, трубчатой металлической оболочки 4, края 5 которой примыкают друг к другу по всей поверхности. The module contains an optical fiber 1, consisting of a fiber 2 (quartz or any other), a varnish coating 3, a tubular metal sheath 4, the edges 5 of which are adjacent to each other over the entire surface.

Модуль, выполненный согласно п. 1 технического решения, изображен на фиг. 2. Трубчатая оболочка 4 у этого модуля выполнена из металлической ленты, скругленные края которой 5 имеют недеформированные приближающиеся к полуокружности закругления. Края оболочки примыкают друг к другу. Внутри модуля расположен гидрофобный материал. The module, made according to p. 1 of the technical solution, is shown in FIG. 2. The tubular shell 4 of this module is made of a metal tape, the rounded edges of which 5 have undeformed curves approaching the semicircle. The edges of the shell are adjacent to each other. Hydrophobic material is located inside the module.

Практический вариант выполнения такого кабеля с волокном, имеющим градиентный профиль показателя преломления и характерные геометрические размеры 125 и 50 мкм и внешним диаметром 250 мкм и толщиной медной ленты 70 мкм, имел диаметр 430-450 мкм. Зазор около 50 мкм. Приращения затухания в таком модуле не наблюдалось в диапазонах температур от +80 до -60^o.A practical embodiment of such a cable with a fiber having a gradient profile of the refractive index and characteristic geometric dimensions of 125 and 50 microns and an outer diameter of 250 microns and a thickness of a copper tape of 70 microns had a diameter of 430-450 microns. The gap is about 50 microns. The attenuation increment in such a module was not observed in the temperature ranges from +80 to -60 ^o .

Таким образом, предлагаемое техническое решение оптический модуль по фиг. 2 выгодно отличается от модуля по прототипу фиг. 1, т.к. он имеет малые геометрические размеры и обеспечивает герметичность волокна в поперечном и продольном направлении. При этом геометрические размеры модуля при необходимости могут быть выполнены другими в довольно широком диапазоне от 0,4 до 1,2-1,5 мкм. Thus, the proposed solution to the optical module of FIG. 2 compares favorably with the prototype module of FIG. 1 since it has small geometric dimensions and ensures tightness of the fiber in the transverse and longitudinal directions. Moreover, the geometric dimensions of the module, if necessary, can be made by others in a fairly wide range from 0.4 to 1.2-1.5 microns.

Вариант предлагаемого технического решения волоконно-оптический модуль по п. 2 имеет дополнительное металлическое покрытие, толщина которого существенно меньше первичного металлического защитного покрытия. Оно может быть выполнено из олова, никеля или другого материала, например, используя гальваническую технологию. Это покрытие обеспечивает увеличение герметичности. A variant of the proposed technical solution, the fiber optic module according to claim 2 has an additional metal coating, the thickness of which is significantly less than the primary metal protective coating. It can be made of tin, nickel or other material, for example, using galvanic technology. This coating provides increased tightness.

Вариант предлагаемого технического решения волоконно-оптический модуль согласно п. 3 имеет дополнительное полимерное покрытие из полиэтилена, полихлорвинила или любого другого полимерного материала толщиной 0,10-0,3 мм. Это покрытие обеспечивает дополнительную герметизацию, а также улучшает технологические свойства модуля, обеспечивая его технологичность при скрутке многоволоконных кабелей. A variant of the proposed technical solution, the fiber optic module according to claim 3 has an additional polymer coating of polyethylene, polyvinyl chloride or any other polymeric material with a thickness of 0.10-0.3 mm. This coating provides additional sealing, and also improves the technological properties of the module, ensuring its manufacturability when twisting multi-fiber cables.

На основании предлагаемого технического решения оптического модуля могут быть выполнены оптические многоволоконные кабели. Based on the proposed technical solution of the optical module, optical multi-fiber cables can be made.

Например, возможен вариант выполнения одно- и многоволоконного оптического кабеля, который бы содержал модули по п.п.1 или 2, помещенные внутрь полимерной трубки из полиэтилена или любого другого материала, используемого в кабельной промышленности для защитных оболочек. Кабель содержит заполнение между наружными оболочками модуля и внутренней частью защитной оболочки кабеля из нитей технического стекловолокна или высокопрочных синтетических нитей (СВМ). Это заполнение повышает технологичность изготовления кабеля, т.к. эти нити повышают проскальзывание модулей, за счет чего они свободно располагаются внутри с некоторым зазором. В указанной конструкции имеют место незначительные механические воздействия на оптическое волокно, особенно связанные с изгибом. Защита от растягивающих нагрузок обеспечивается высокопрочными нитями СВМ. For example, an embodiment of a single and multi-fiber optical cable is possible, which would contain modules according to claims 1 or 2, placed inside a polymer tube made of polyethylene or any other material used in the cable industry for protective sheaths. The cable contains a filling between the outer sheaths of the module and the inner part of the cable sheath made of technical fiberglass or high-strength synthetic fibers (CBM). This filling increases the manufacturability of the cable, because these threads increase the slippage of the modules, due to which they are freely located inside with a certain gap. In this design, there are minor mechanical effects on the optical fiber, especially associated with bending. Protection against tensile loads is provided by high-strength CBM threads.

Вариант другого кабеля предполагает скрутку модулей, выполненных по п. 3, вокруг центрального силового элемента и их защиту внешними комбинированными оболочками. A variant of another cable involves twisting the modules made according to claim 3 around the central power element and protecting them with external combined shells.

Вариант следующего возможного решения предполагает укладку модулей по п. 1-2 внутри пазов центрального силового элемента, выполненного путем экструдирования на стальной или стеклопластический стержень полимера профильной формы в поперечном сечении. A variant of the next possible solution involves laying the modules according to p. 1-2 inside the grooves of the central power element, made by extruding onto a steel or fiberglass core of a polymer of cross-sectional shape.

Повышенная прочность и меньшая чувствительность модулей, выполненных, согласно изобретению, по пп. 1-3, к механическим воздействиям позволяет повысить надежность изготовления многоволоконных оптических кабелей при сохранении параметров передачи на уровне исходных в волокне. Increased strength and lower sensitivity of the modules made according to the invention, according to PP. 1-3, to mechanical stresses, it improves the reliability of manufacturing multi-fiber optical cables while maintaining transmission parameters at the source level in the fiber.

Такие кабели обладают несомненными достоинствами, которые вытекают из результатов сравнительных испытаний базового оптического модуля по п. 1 настоящего решения, и стандартного волокна, из которого он изготовлен. Эти результаты показаны в таблице 1. Such cables have undoubted advantages that arise from the results of comparative tests of the basic optical module according to paragraph 1 of this decision, and the standard fiber from which it is made. These results are shown in table 1.

Из результатов видно, что миниатюрный модуль, выполненный по п. 1 настоящего технического решения при минимальных размерах, значительно меньше подвержен основным внешним воздействиям. From the results it can be seen that the miniature module, made according to p. 1 of this technical solution with minimum dimensions, is significantly less susceptible to major external influences.

Предлагаемые технические решения позволяют создавать оптические кабели связи миниатюрной конструкции, защищенные от воздействия основных дестабилизирующих факторов окружающей среды влаги, температуры и механических продольных, поперечных изгибающих нагрузок, в том числе герметичных кабелей, используемых при воздействии больших поперечных нагрузок, например, для подводных кабелей. The proposed technical solutions make it possible to create optical communication cables of miniature design, protected from the effects of the main destabilizing environmental factors of moisture, temperature and mechanical longitudinal, transverse bending loads, including sealed cables used when exposed to large transverse loads, for example, for underwater cables.

Claims

1. Fiber-optic module containing a fiber optic fiber with a protective polymer coating, placed with a fixed gap in a metal tubular protective sheath made of tape, having a longitudinally spaced seam, characterized in that the edges of the sheath are made with smooth curves, the thickness of the tape being comparable with a radius of the fiber, the contact area of the edges of the tape is less than the thickness of the tape, and a fixed gap between the fiber and the protective sheath is filled with a hydrophobic material.

2. The module according to claim 1, characterized in that on top of the protective shell an additional metal coating is made, including above the line of contact of the edges of the tape, while the thickness of this coating is less than the thickness of the main metal shell.

3. The module according to claim 2, characterized in that a polymer coating with a thickness of 0.1-0.3 mm is applied on top of the additional metal coating.