專利名稱：具有相當(dāng)?shù)土康挠鏊蛎浄勰┑墓饫w組件及相應(yīng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于傳送光信號的光纖組件。更具體地，本發(fā)明涉及具有相當(dāng)?shù)土康挠鏊蛎浄勰┑墓饫w組件及其制造方法。
背景技術(shù)：
通信網(wǎng)絡(luò)用于傳送多種信號如話音、視頻、數(shù)據(jù)等。隨著通信應(yīng)用需要更大的帶寬，通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂泄饫w的光纜，因為光纜相較銅導(dǎo)體能傳送非常大量的帶寬。此外， 光纜相較于具有同樣帶寬容量的銅纜要小得多和輕得多。然而，光纖相較銅導(dǎo)體相對靈敏，因而保持它們的光學(xué)性能是富有挑戰(zhàn)性的問題。在某些應(yīng)用中，光纜暴露在濕氣中，隨著時間的過去濕氣可能進(jìn)入光纜。為解決該濕氣問題，用于這些應(yīng)用的光纜包括一個或多個阻擋水沿光纜遷移的構(gòu)件。作為例子，傳統(tǒng)光纜通過在光纜內(nèi)使用填充和/或液阻涂覆材料如凝膠或潤滑脂而阻擋水遷移。填充材料指具有光纖的管內(nèi)的凝膠或潤滑脂，而液阻材料指在光纜內(nèi)、但在包圍光纖的管外面的凝膠或潤滑脂。凝膠或潤滑脂通過填充空間(即空隙)而起作用，使得水在光纜內(nèi)沒有沿其而行的通路。另外，除阻水之外，凝膠或潤滑脂填充材料還具有其它優(yōu)點(diǎn)，如襯墊和聯(lián)結(jié)光纖，這有助于在影響光纜的機(jī)械或環(huán)境事件期間保持光學(xué)性能。簡言之，凝膠或潤滑脂填充材料為多功能材料。然而，凝膠或潤滑脂填充材料也有缺點(diǎn)。例如，凝膠或潤滑脂較骯臟并可能從光纜端部滴下。另一缺點(diǎn)是，當(dāng)準(zhǔn)備進(jìn)行光連接時，必須從光纖清除填充材料，對于技術(shù)工人而言這增加了耗時和復(fù)雜性。此外，清除凝膠或潤滑脂需要技術(shù)工人將用于去除凝膠或潤滑脂的清除材料帶入現(xiàn)場。因而，長期以來需要一種消除凝膠或潤滑脂材料但仍提供與凝膠或潤滑脂材料相關(guān)聯(lián)的所有好處的光纜。早期的光纜設(shè)計通過在緩沖管外面使用干燥阻水構(gòu)件如帶或紗阻擋水沿光纜遷移而消除液阻材料。與凝膠或潤滑脂不同，干燥阻水構(gòu)件不骯臟且不會留下需要清除的殘留物。這些干燥阻水構(gòu)件通常包括超強(qiáng)吸水聚合物(SAP)，其吸水并膨脹從而阻塞水通路，因而阻擋水沿光纜遷移?？偟膩碚f，遇水膨脹構(gòu)件使用紗或帶作為SAP的載體。由于遇水膨脹紗和帶首先使用在包圍光纖的管外面，除阻水之外，不需要解決另外的功能如聯(lián)結(jié)和光衰減。最后，光纜在包圍光纖的管內(nèi)使用遇水膨脹紗和帶代替凝膠或潤滑脂填充材料?？偟膩碚f，遇水膨脹紗或帶具有足夠的阻水能力，但不提供凝膠或潤滑脂填充材料的所有功能如襯墊和聯(lián)結(jié)。例如，遇水膨脹帶和紗由于相較典型光纖相對較大而體積大和/或可能具有相對粗糙的表面。為此，如果光纖壓在遇水膨脹紗或帶上，遇水膨脹紗或帶可能引起問題。換言之，壓在傳統(tǒng)遇水膨脹紗上的光纖可能經(jīng)歷微彎曲，這可導(dǎo)致不合需要的光衰減水平和/或引起其它問題。此外，如果光纜不是絞合設(shè)計，所希望的光纖與管的聯(lián)結(jié)水平可能會是問題，既然絞合可實現(xiàn)聯(lián)結(jié)。作為例子，美國專利4，909，592公開了在具有光纖的緩沖管內(nèi)使用的傳統(tǒng)遇水膨脹構(gòu)件的一個例子。但是，在緩沖管內(nèi)包括傳統(tǒng)遇水膨脹構(gòu)件仍可導(dǎo)致光纜性能方面的問題，其限制使用和/或其它設(shè)計變更。例如，在緩沖管內(nèi)使用傳統(tǒng)遇水膨脹紗的光纜需要較大的緩沖管以使傳統(tǒng)遇水膨脹紗和光纖之間的交互作用最小化和/或限制使用光纜的環(huán)境。其它早期光纜設(shè)計使用管組件，該管組件使用疏松SAP粉末高度填充以阻擋水在光纜內(nèi)遷移。然而，在光纜內(nèi)使用疏松遇水膨脹粉末產(chǎn)生問題，因為SAP粉末由于未被附著到載體如紗或帶上而可能在光纜內(nèi)的一些位置處積聚/遷移(即，當(dāng)卷繞在盤上時由于重力和/或振動，SAP粉末在低點(diǎn)積聚)，從而導(dǎo)致光纜內(nèi)不一致的阻水。同樣，疏松遇水膨脹粉末從管端部自由掉落。圖I和2分別示出了傳統(tǒng)干式光纖組件10的截面圖和縱向截面圖，干式光纖組件10具有位于管5內(nèi)的多根光纖I和遇水膨脹粉末3，如圖示意性所示。如 圖所示，傳統(tǒng)干式光纖組件10在管5內(nèi)使用相當(dāng)大量的遇水膨脹粉末3以阻擋水在其中遷移。為減少遇水膨脹粉末的量，其它光纜設(shè)計已結(jié)合其它有效阻水的光纜構(gòu)件使用遇水膨脹粉末，如美國專利6，253，012所公開的設(shè)計。本發(fā)明解決長期以來對提供適當(dāng)光學(xué)和機(jī)械性能同時可為技術(shù)工人接受的干式光纖組件的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及干式光纖組件，該干式光纖組件使用相當(dāng)?shù)土康挠鏊蛎浄勰┯糜谧钃跛仄溥w移。光纖組件包括位于管、空腔、光纜等內(nèi)的一根或多根光纖和遇水膨脹粉末。此外，一個或多個光纖組件可使用在光纜中或其本身可形成光纜。另外，本發(fā)明的實施方式可有效地阻擋自來水或鹽水如3%重量百分比的鹽水的遷移。本發(fā)明的一方面涉及光纖組件，其具有位于管內(nèi)的至少一光纖和遇水膨脹粉末，其中管具有約2.0毫米或更小的內(nèi)徑。遇水膨脹粉末位于管內(nèi)以阻擋水沿管長度方向遷 移，遇水膨脹粉末的平均濃度為每米光纖組件約0. 02克或更小。此外，光纖組件能夠在一米長的管中將一米壓頭的自來水阻擋24小時。本發(fā)明的另一方面涉及光纖組件如具有多個管的絞合松管光纜，至少一光纖位于多個管之一內(nèi)，從而形成管組件。遇水膨脹粉末位于管組件內(nèi)以阻擋水沿相應(yīng)管組件長度方向遷移，其中遇水膨脹粉末的平均濃度為每米管組件約0. 02克或更小。管組件能夠在一米長的管中將一米壓頭的自來水阻擋24小時。另外，光纖組件具有通常包圍多個管的光纜護(hù)套。本發(fā)明的另一方面涉及光纖組件，其中管空腔內(nèi)的遇水膨脹粉末的濃度與空腔的大小成比例。該光纖組件包括位于管內(nèi)的至少一光纖，其中管具有按平方毫米測量的空腔截面積，及包括位于管內(nèi)的遇水膨脹粉末，用于阻擋水沿管長度方向遷移。遇水膨脹粉末具有每平方毫米空腔截面積每米組件約0.01克或更小的歸一化濃度，用于計算在一米長的管中將一米壓頭的自來水阻擋24小時所需要的按克每米計的遇水膨脹粉末平均濃度。本發(fā)明的又一方面涉及制造光纖組件的方法，包括步驟提供至少一光纖，向至少一光纖施加遇水膨脹粉末，及在至少一光纖和遇水膨脹粉末周圍施加管，其中遇水膨脹粉末在管空腔內(nèi)具有約0. 02克每米或更小的平均濃度。另外，根據(jù)本發(fā)明的方法可選地包括其它步驟如施加加強(qiáng)件、聯(lián)結(jié)元件、和/或使光纖通過電離器。另外，本發(fā)明的另一方面涉及制造光纜的方法，包括步驟提供至少一光纖，向至少一光纖施加遇水膨脹粉末，提供第一加強(qiáng)件和第二加強(qiáng)件，及在至少一光纖和遇水膨脹粉末周圍施加管。第一加強(qiáng)件和第二加強(qiáng)件附著到管上甚至可由管封裝。在制造期間施加管的同時第一加強(qiáng)件和第二加強(qiáng)件被彈性應(yīng)變，從而在至少一光纖中產(chǎn)生預(yù)定水平的光纖余長。應(yīng)當(dāng)理解，前面的一般描述和下面的詳細(xì)描述均提供本發(fā)明的實施方式，及提供用于理解本發(fā)明的實質(zhì)和特征的概述或框架。包括附圖以進(jìn)一步理解本發(fā)明，及所述附圖組合到本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分。附圖示出了本發(fā)明的多個實施例，其連同詳細(xì)描述一起用于闡釋本發(fā)明的工作原理。


圖I為傳統(tǒng)光纖組件的截面圖，該傳統(tǒng)光纖組件使用相當(dāng)大量的遇水膨脹粉末阻擋水在其內(nèi)遷移。圖2為圖I的傳統(tǒng)光纖組件的縱向截面圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的光纖組件的截面圖，其使用相當(dāng)?shù)土康挠鏊蛎浄勰┳钃跛w移。圖4為圖3的根據(jù)本發(fā)明的光纖組件的縱向截面圖。圖5為制造根據(jù)本發(fā)明的光纖組件的說明性生產(chǎn)線的示意性表示。圖6為根據(jù)本發(fā)明的使用圖3的光纖組件的光纜的截面圖。圖7為根據(jù)本發(fā)明的另一光纜的截面圖。圖8為根據(jù)本發(fā)明的另一光纜的截面圖。圖9為根據(jù)本發(fā)明的另一光纜的截面圖。圖10為根據(jù)本發(fā)明的另一光纜的截面圖。圖11為根據(jù)本發(fā)明的另一光纜的截面圖。
具體實施例方式本發(fā)明相較使用遇水膨脹粉末的傳統(tǒng)干式光纖組件具有幾個優(yōu)點(diǎn)。一個優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明光纖組件使用相當(dāng)?shù)土康挠鏊蛎浄勰┑阅苡行ё钃跛仄溥w移。此外，光纖組件或光纜內(nèi)遇水膨脹粉末的存在對技術(shù)工人近乎透明，因為只需要低量遇水膨脹粉末。另外，在接連接器之前不必進(jìn)行清除凝膠或潤滑脂那樣的光纖清潔，也不需要去除或切割構(gòu)件如 遇水膨脹帶或紗。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是，總的來說，遇水膨脹粉末轉(zhuǎn)移和/或主要附著到管、空腔、光纖等的內(nèi)表面；而不是能夠在管或空腔內(nèi)遷移的疏松粉末。換言之，遇水膨脹粉末與管或空腔的內(nèi)表面接觸且本來不會因重力而掉落，而是需要擦拭、噴吹或其它攪動才能去除其大部分。另外，光纖組件的管或空腔相較使用帶或紗的傳統(tǒng)干式光纜組件具有更小的尺寸。如在此使用的，光纖組件包括不含加強(qiáng)件的管組件、具有加強(qiáng)件的管組件、光纜
坐寸o
現(xiàn)在將詳細(xì)提及本發(fā)明目前的優(yōu)選實施方式，其例子在附圖中示出。只要可能，在所有附圖中，同一附圖標(biāo)記用于指相同或類似部分。圖3和4分別示出了根據(jù)本發(fā)明的光纖組件100 (即管組件)的截面圖和縱向截面圖。光纖組件100包括多根光纖102、遇水膨脹粉末104和管106。光纖102可以是任何適當(dāng)類型的已知或今后開發(fā)的光波導(dǎo)。此外，光纖可以是光纖帶、光纖束等的一部分。在該實施例中，光纖102由外油墨層(不可見)涂顏色以進(jìn)行標(biāo)識及松散地布置在管106內(nèi)。換言之，光纖102為非緩沖光纖，但本發(fā)明的概念也可與具有其它構(gòu)造的光纖如緩沖、帶化光纖一起使用。如圖所示，總的來說，由于在此所述的制造光纖組件100的方法，遇水膨脹粉末104均勻地布置在管106的內(nèi)表面附近。此外，遇水膨脹粉末104具有相當(dāng)小的每米平均濃度，使得其在光纖組件100中的使用對技術(shù)工人近乎透明，但由于提供足夠的阻水性能而令人驚訝地有效。另外，光纖組件100在管106內(nèi)不包括另外的用于阻擋水遷移的構(gòu)件。
與傳統(tǒng)光纖管組件不同，本發(fā)明光纖管組件使用相當(dāng)?shù)土康挠鏊蛎浄勰?04，但仍能在一米長的管組件內(nèi)將一米壓頭的自來水阻擋24小時。如在此使用的，自來水定義為鹽水平為1% (重量)或更小的水。類似地，本發(fā)明的光纖管組件使用同樣低量的遇水膨脹粉末也能在3米內(nèi)將高達(dá)3% (重量)的鹽溶液阻擋24小時，根據(jù)設(shè)計，該阻擋性能甚至可在約I米內(nèi)使3%的鹽溶液逗留24小時。作為例子，遇水膨脹粉末104具有每米光纖組件100約0. 02克或更小的平均濃度，其中管106具有約2. 0毫米或更小的內(nèi)徑。另外，本發(fā)明的概念可縮放，例如，2. 0毫米內(nèi)徑的管的空腔截面積為約3. 14平方毫米，從而產(chǎn)生每米長管組件約0. 01克遇水膨脹粉末的歸一化濃度值(即，每平方毫米空腔截面積的歸一化濃度這樣給出每米長0. 02克遇水膨脹粉末的平均濃度除以約3平方毫米的空腔截面積以產(chǎn)生每平方毫米管空腔截面積約0. 01克(當(dāng)向上舍入時)遇水膨脹粉末的歸一化濃度值)。因此，對于具有預(yù)定截面積的管或光纜的空腔，按克每米計的遇水膨脹粉末平均濃度可通過使用歸一化濃度值如每平方毫米空腔截面積每米長0. 01克遇水膨脹粉末進(jìn)行相應(yīng)縮放(即計算)。在其它實施例中，對于具有類似2. 0毫米內(nèi)徑的管，遇水膨脹粉末可具有更低的遇水膨脹粉末平均濃度值如每米光纖組件100約0. 01克或更少，這產(chǎn)生更低的每平方毫米管空腔截面積約0. 004克(當(dāng)向上舍入時)遇水膨脹粉末的歸一化濃度值。簡言之，隨著管等的空腔截面積增加，有效阻擋水沿管遷移所需要的遇水膨脹粉末的量通?？沙杀壤卦隽冢缭诖怂?。光纖組件中遇水膨脹粉末的重量使用下述過程進(jìn)行計算。從光纖管組件切割有代表性數(shù)量的樣本如5個一米樣本進(jìn)行測試。優(yōu)選沿光纖組件的不同縱向部分取這些樣本，而不是從光纖組件順序切割這些樣本。使用適當(dāng)精確和準(zhǔn)確的秤稱管中具有光纖和遇水膨脹粉末的每一一米樣本的重量以確定樣本的總重量。其后，光纖(連同管、空腔等內(nèi)的任何其它可拆卸光纜構(gòu)件)被從管中拉出。用精細(xì)紙擦拭光纖(及任何其它光纜構(gòu)件)以除去其上的任何遇水膨脹粉末，之后對光纖(及其它光纜構(gòu)件)進(jìn)行稱重以確定其沒有遇水膨脹粉末時的重量。接下來，使用適當(dāng)?shù)墓ぞ哐毓芸v向長度打開管，使得其中的遇水膨脹粉末可從管擦去，應(yīng)小心以確保所有遇水膨脹粉末被完全除去，然后稱擦拭后的管的重量以確定其沒有遇水膨脹粉末時的重量。其后，光纖(及其它光纜構(gòu)件)的重量連同管的重量的和與樣本的總重量相減以確定相應(yīng)樣本中遇水膨脹粉末的重量。對有代表性數(shù)量的樣本中的每一樣本重復(fù)該過程。通過對所有計算的樣本遇水膨脹粉末重量相加然后除以樣本數(shù)量可計算遇水膨脹粉末的平均濃度，從而獲得每米光纖組件的遇水膨脹粉末平均濃度。除了用相當(dāng)?shù)土康挠鏊蛎浄勰┳杷?，本發(fā)明的光纖管組件和/或光纜如光纖組件100還保持其中的光纖102的光學(xué)性能。例如，光纖管組件的光纖在GR-20下的標(biāo)準(zhǔn)溫度循環(huán)期間(將溫度向下循環(huán)到_40°C )在1550納米基準(zhǔn)波長具有約0. 25db/km或更小的光衰減。此外，有利地，光纖管組件已使用與GR-20類似的過程在1550納米基準(zhǔn)波長向下溫度循環(huán)到_60°C,但在不必修改設(shè)計的情況下仍具有約0. 25db/km或更小的衰減量?？捎绊懝鈱W(xué)性能的一個因素是遇水膨脹粉末104的最大粒子大小、平均粒子和/或粒子大小分布，如果光纖接觸遇水膨脹粒子(即壓在遇水膨脹粒子上)，這可影響微彎曲。此外，使用具有相當(dāng)小粒子的遇水膨脹粉末提高了在管打開時遇水膨脹粉末對技術(shù)工人的透明性。遇水膨脹粉末的平均粒子大小優(yōu)選為約100微米或更小，但其它適當(dāng)?shù)淖畲罅Ｗ?大小也是可能的，如60微米或更小。使用具有稍大的最大粒子大小的SAP仍可提供可接受的性能，但使用較大的最大粒子大小增加遭受光衰減增大的可能性。另外，粒子的形狀也可影響遭受光衰減增大的可能性。一種說明性遇水膨脹粉末可從北卡羅來納州Greensboro的Stockhausen, Inc.按商品名Cabloc GR-211獲得的交聯(lián)聚丙烯酸鈉。該說明性遇水膨脹粉末的粒子分布由表I給出。表I :說明性遇水膨脹粉末的粒子分布
權(quán)利要求
1.光纖組件，包括 至少一光纖； 管，所述至少一光纖位于管內(nèi)，其中所述管包括具有空腔截面積的空腔；及位于管內(nèi)以阻擋水沿管長度方向遷移的遇水膨脹粉末，其中遇水膨脹粉末部分沉積在管的內(nèi)表面上，并至少部分附著到管內(nèi)表面上，其中遇水膨脹粉末的平均濃度為每米管約0.02克或更小，其中所述管能夠在一米長的管中將一米壓頭的自來水阻擋24小時。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的光纖組件，其中所述管具有約2.0毫米或更小的內(nèi)徑，及其中遇水膨脹粉末每米管具有每平方毫米空腔截面積約0. 01克或更小的歸一化濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光纖組件，其中所述遇水膨脹粉末以相當(dāng)均勻的方式附著到管內(nèi)表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光纖組件，其中所述遇水膨脹粉末與管的內(nèi)表面接觸并不會因重力而脫離管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖組件，其中所述遇水膨脹粉末與管的內(nèi)表面接觸，需要擦拭、噴吹或其他攪動才能從管的內(nèi)表面去除其大部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光纖組件，其中所述遇水膨脹粉末用作分隔層，其在制作期間抑制至少一根光纖粘附到熔融的管上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖組件，其中除所述遇水膨脹粉末以外，所屬管位于至少一根光纖周圍，沒有使用包括凝膠、潤滑脂、紗、帶、滑石粉的材料或構(gòu)件作為分隔層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖組件，其中所述遇水膨脹粉末用作滑層來降低光纖和管之間的摩擦。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光纖組件，其中除所述管以外，所述光纖組件不包括遇水膨脹粉末的載體，從而能夠減小管的內(nèi)徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光纖組件，包括12根標(biāo)準(zhǔn)大小的250微米光纖，其中管具有1.7毫米或更小的內(nèi)徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光纖組件，其中管具有I.5毫米或更小的內(nèi)徑。
12.制造光纖組件的方法，包括步驟 提供至少一光纖； 在所述至少一光纖周圍擠壓管，其中所述管包括具有空腔截面積的空腔， 導(dǎo)致管遇水膨脹粉末粒子在管正在退出擠壓機(jī)時撞擊形成管的熔融聚合物椎體，從而遇水膨脹粉末部分沉積在仍然熔融的管的內(nèi)表面上，及其中所述遇水膨脹粉末在所述管的空腔內(nèi)具有每米約0. 02克或更小的平均濃度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中遇水膨脹粉末每米管具有每平方毫米空腔截面積約0.01克或更小的歸一化濃度。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中通過機(jī)械效應(yīng)、即與之接觸，使遇水膨脹粉末轉(zhuǎn)移和附著到管的內(nèi)表面上。
15.根據(jù)權(quán)利要求1213或所述的方法，其中遇水膨脹粉末在管的熔融聚合物凝固之前至少部分附著到熔融聚合物上。
16.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中所述遇水膨脹粉末以相當(dāng)均勻的方式附著到管內(nèi)表面。
全文摘要
本發(fā)明公開了在管和/或空腔內(nèi)具有至少一光纖和遇水膨脹粉末的光纖組件及其制造方法。本發(fā)明的光纖組件使用相當(dāng)?shù)土康挠鏊蛎浄勰┑阅苡行ё钃踝詠硭?或3%(重量百分比)的鹽溶液沿管和/或空腔遷移。此外，光纖在接連接器之前不必進(jìn)行使用凝膠或潤滑脂的傳統(tǒng)光纜那樣的清潔?？偟膩碚f，至少部分遇水膨脹粉末轉(zhuǎn)移到管、空腔、光纖等的內(nèi)表面；而不是能夠在管或空腔內(nèi)遷移的疏松粉末。此外，光纖組件內(nèi)遇水膨脹粉末的存在對技術(shù)工人近乎透明，因為只使用了相當(dāng)?shù)土康挠鏊蛎浄勰?br> 文檔編號G02B6/44GK102707401SQ201210210889
公開日2012年10月3日 申請日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者A·G·布蘭吉耶, B·S·維茨, C·L·特德, C·M·奎因, D·A·塞登, G·D·圖戈曼, G·恩達(dá)伊澤耶, J·A·羅維, W·W·麥卡爾平 申請人:康寧光纜系統(tǒng)有限公司