專利名稱：光纜及制造光纜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于室內(nèi)和域室外應(yīng)用的光纜及制造用于室內(nèi)和減 室外應(yīng)用的光纜的方法。
背景技術(shù)：
在具有光纜的建筑物布線中，所謂的分支光纜用于將光纖引入住 房、公寓及多居室單元。分支光纜適于布設(shè)在室外及室內(nèi)區(qū)域中。在 室外區(qū)域中，分支光纜可用作適合短跨長(zhǎng)的架空光纜。分支光纜也可 布設(shè)在土壤中以提供從服務(wù)提供商的分界點(diǎn)到終端用戶的光連接。
分支光纜應(yīng)實(shí)現(xiàn)一定要求。分支光纜應(yīng)足夠小以容易穿過建筑 物，但也應(yīng)足夠大以容易處理。在安裝期間，分支光纜在建筑物外面 或里面的拐角附近必須彎曲。因此，分支光纜應(yīng)易于彎曲并具冇很小 甚至沒有彎曲記憶或彈性。此外，以小半徑彎曲光纜而不大的增加光
學(xué)衰減應(yīng)是可能的。光纜設(shè)計(jì)應(yīng)限制光纖經(jīng)受的彎曲半徑。此外，需
要光纜能經(jīng)受現(xiàn)場(chǎng)連接的檢驗(yàn)，及光纜要足夠堅(jiān)韌以撐得住u形釘
收縮或緊拉帶巻繞。為符合室內(nèi)應(yīng)用的國家及地方建筑物安全代碼，
包圍光纖的材料應(yīng)是防火材料。例如，分支光纜應(yīng)具有OFC (光纖 傳導(dǎo))或OFN (光纖未傳導(dǎo))耐火等級(jí)。
如果光纜用U形釘固定到電桿或住宅墻壁上或者如果光纜跨在 孔眼之間，壓縮載荷被實(shí)施在光纜上。當(dāng)一層光纜的材料如光纜護(hù)-食 的材料在擠壓過程之后收縮時(shí)，主要出現(xiàn)拉伸載荷。分支光纜應(yīng)被設(shè) 計(jì)成使得光纖不受壓縮及拉伸載荷的顯著影響。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)實(shí)施例，光纜包括緩沖光纖、包圍緩沖光纖的緩沖管、形成 于緩沖光纖和緩沖管之間的間隙、及包圍緩沖管的護(hù)套。根據(jù)另一實(shí)施例，光纜包括緩沖光纖、包圍緩沖光纖的緩沖管、
形成于緩沖光纖和緩沖管之間的間隙，及該光纜在形成5mm半徑的 環(huán)時(shí)具有約o.ldB或更小的光學(xué)損失。
根據(jù)另一實(shí)施例，光纜包括緊密緩沖光纖、包圍緊密緩沖光纖的 緩沖管、形成于緊密緩沖光纖和緩沖管之間的間隙、及包圍緩沖管的 護(hù)套。
根據(jù)另一實(shí)施例，光纜包括緊密緩沖光纖、包圍緊密緩沖光纖的 緩沖管、包圍緩沖管的護(hù)套、位于緩沖管和護(hù)套之間的加強(qiáng)構(gòu)件、及 如通過壓接連接到護(hù)套的連接器。
制造光纜的方法包括提供緩沖光纖，在該光纖周圍擠壓成形緩 沖管使得在緩沖光纖和緩沖管之間形成間隙，及在緩沖管周圍擠壓成 形護(hù)套。
本發(fā)明的多個(gè)特征和優(yōu)點(diǎn)可從下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中明顯 看出。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的、用作用于室內(nèi)和/或室外應(yīng)用的分支光纜
的光纜的截面圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的、用作用于室內(nèi)和/或室外應(yīng)用的分支光纜
的另一光纜的截面圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的、其上壓接有連接器的光纜。
圖4為不同類型的單模光纖的衰減隨彎曲半徑而變的曲線圖。
圖5為用于制造根據(jù)本發(fā)明的光纜的生產(chǎn)線。
圖6為適合本發(fā)明的彎曲性能光纖的截面表示。
圖7為彎曲性能光纖的截面圖像，示出了包含非周期性排列的孔
的環(huán)狀含孔區(qū)。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將在下文中參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行更加完全的描述。當(dāng)然，本發(fā)明可被體現(xiàn)為許多不同的形式，且不應(yīng)視為限于在此
提出的實(shí)施例；之所以提供這些實(shí)施例，是為了使在此公開的內(nèi)容能 向本領(lǐng)域技術(shù)人員全面?zhèn)鬟_(dá)本發(fā)明的范圍。附圖不必按比例畫出，而 是配置成可清楚地圖解本發(fā)明。在不同的附圖中，相同的附圖標(biāo)記將 用于相同或相應(yīng)的零件。
圖1示出了光纜實(shí)施例100的截面圖。光纜包括可以是緊密緩沖 光纖的緩沖光纖110。緩沖光纖包括纖芯111和緩沖層112。緩沖光 纖布置在緩沖管120內(nèi)，該緩沖管包圍緩沖光纖110。間隙130形成 于緩沖光纖110和緩沖管120之間。光纖110之間的間隙應(yīng)小于100nm 以防止緩沖光纖110縱彎曲。為阻止水沿緩沖光纖流動(dòng)，可在緩沖光 纖上布置遇水膨脹粉末或凝膠。緩沖管120被加強(qiáng)構(gòu)件140包圍。加 強(qiáng)構(gòu)件優(yōu)選為芳族聚酰胺紗或玻璃纖維。光纜護(hù)套150布置在加強(qiáng)構(gòu) 件140周圍。光纜護(hù)套包括嵌入在護(hù)套材料中的開傘索160。開傘索 用于在開始接合過程以使光纖與另一波導(dǎo)連接之前除去護(hù)套。
光纜護(hù)套150包括熱塑性聚合材料，該材料被擠壓成形在加強(qiáng)構(gòu) 件140周圍。在擠壓成形過程期間，熱塑性聚合材料被加熱，熱的聚 合物熔融物被布置在加強(qiáng)構(gòu)件周圍。之后，熱的聚合物熔融物被冷卻 以使聚合材料變硬。聚合材料的冷卻導(dǎo)致光纜護(hù)套收縮。然而，為不 使緩沖光纖的光學(xué)傳輸特性降級(jí)，例如以防止緩沖光纖的衰減增大， 阻止因聚合材料冷卻引起的光纜護(hù)套收縮力傳給緩沖光纖是有益的。
為該目的，形成緩沖管120使得光纜護(hù)套150的收縮力至少部分 由緩沖管補(bǔ)償從而不傳給緩沖光纖110。緩沖管120優(yōu)選由硬的熱塑 性材料制成。例如，具有高彈性模量的材料很適于制造緩沖管。緩沖 管材料的彈性模量?jī)?yōu)選在約2100N/mn^到約2700N/mi^的范圍中選 擇。適于至少部分補(bǔ)償光纜護(hù)套的收縮力的緩沖管材料具有約 2400N/mm2的彈性模量。特別地，具有約2400N/mm2的彈性模量及 每1K溫度變化具有約50X10^/。膨脹系數(shù)變化的熱塑性材料被認(rèn)為 很適合。
緩沖管120應(yīng)具有低的熱膨脹系數(shù)。緩沖管120材料的膨脹系數(shù)選擇成每1K溫度變化長(zhǎng)度變化在約30X 10-6%到約80X 10"V。范圍之 間，其中緩沖管材料的膨脹系數(shù)優(yōu)選選擇為每1K溫度變化長(zhǎng)度變化 為約50X1(T60/0。
護(hù)套可由FRNC (阻燃抗蝕)材料制成以滿足LSOH (低煙零鹵 素)光纜的要求。作為FRNC材料的例子，可使用包括乙基-乙烯基-乙酸酯(ethyl-vinyl-acetate)的聚乙烯基體聚合物。阻燃劑如30%到 60%的氫氧化鋁或氫氧化鎂可嵌入在護(hù)套的基體聚合材料中。至于緩 沖管，熱塑性聚合物如聚碳酸酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯混合物可用作 適當(dāng)?shù)牟牧稀?br> 提供適于吸收壓縮和拉伸載荷的緩沖管的另一重要參數(shù)是緩沖 管130和護(hù)套150的相應(yīng)厚度。護(hù)套l 0的厚度優(yōu)選在約0.5mm到 約lmm的范圍之間選擇。緩沖管的厚度根據(jù)護(hù)套的厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)使 得光纜護(hù)套材料在擠壓成形過程之后冷卻下來時(shí)出現(xiàn)的收縮力由緩 沖管補(bǔ)償。為該目的，緩沖管的厚度應(yīng)在約0.25mm到約0.75mm的 范圍之間。優(yōu)選提供的光纜包括由FRNC材料形成的、厚度為約 0.7mm的光纜護(hù)套，其緩沖管具有約0.5mm的厚度。圖1中所示的 光纜具有約5mm的直徑，其中緩沖管具有l(wèi)mm的內(nèi)徑及2mm的外 徑。
緩沖管的熱塑性聚合材料通過擠壓成形工藝形成為包闈緩沖光 纖110的管。提供間隙130防止緩沖光纖110在擠壓成形緩沖管時(shí)粘 到緩沖管120的聚合物熔融物。光纖IIO之間的間隙130應(yīng)盡可能小。 在40jim和100nm范圍之間的間隙使因光纜護(hù)套上的橫向壓力引起 的壓縮力能容易地傳到緩沖光纖。緩沖光纖110和緩沖管130之間的 間隙距離優(yōu)選為約4(Him以防止光纜護(hù)套材料冷卻下來時(shí)光纖發(fā)生縱 彎曲。此外，提供間隙還使能在將緩沖光纖連接或接合到另一波導(dǎo)時(shí) 可容易地剝離緩沖管，因?yàn)榫彌_管的材料不與緩沖光纖直接接觸。
如果圖1所示的光纜用作架空光纜，可增加如在8字形光纜中使 用的吊線，該吊線使能增大光纜的跨長(zhǎng)。
圖2示出了直徑為約4-5mm的光纜200的截面圖。光纜包括可
6以為緊密緩沖光纖的緩沖光纖210。緩沖光纖210包括纖芯211和緩 沖層212。緩沖層可由UV可固化聚合材料制成。緩沖光纖布置在緩 沖管220內(nèi)，該緩沖管包圍緩沖光纖。在緊密緩沖光纖的情況下，光 纖210具有如500jim、 700nm或900pm的直徑，其中優(yōu)選使用具有 900pm直徑的緊密緩沖光纖。也可使用低于卯Onm緊密緩沖的、提 供為50(VmUV可固化涂層的緩沖光纖，并對(duì)光纖提供保護(hù)。光纖可 被構(gòu)造成具有光纖余長(zhǎng)，該光纖余長(zhǎng)對(duì)光纜提供拉伸窗口以在施加拉 伸載荷時(shí)減小連接器上的光纖應(yīng)變。
例如由硅酮化合物形成的滑層可被增加到緊密緩沖光纖的材料 中。硅酮化合物將遷移到緊密緩沖光纖的表面以防止光纖210粘到緩 沖管220上。
緩沖管220被擠壓成形在緊密緩沖光纖210周圍使得在緩沖光纖 210和緩沖管220之間形成小間隙230。緩沖光纖210和緩沖管220 之間的間隙230應(yīng)在約0.05mm到約0.5mm的范圍之中，其中優(yōu)選約 O.lmm到約0.2mm的范圍。小量的自由空間使在通過彎曲光纜進(jìn)行 連接時(shí)能容易地使緩沖光纖聯(lián)結(jié)到緩沖管。此外，間隙230防止緩沖 光纖210在將緩沖管擠壓成形在緩沖光纖210周圍時(shí)粘到緩沖管220 上。間隙使緩沖光纖具有一些移動(dòng)自由度從而沿其長(zhǎng)度重新分布?jí)嚎s 和拉伸載荷，及使具有改善的壓碎性能。增大間隙使緩沖光纖能直地 布設(shè)在施加壓碎載荷的點(diǎn)處。
為防止水沿緩沖光纖膨脹，在緩沖光纖210和緩沖管220之間布 置精磨的阻水粉末。該粉末還防止緩沖光纖在將緩沖管220擠壓成形 在緩沖光纖210周圍時(shí)粘到緩沖管上，且還阻止水在緩沖光纖和緩沖 管之間流動(dòng)。遇水膨脹材料也可包括在纏繞在緩沖光纖210周圍的帶 中，或包括在置于間隙230中的紗中。提供凝膠也是可能的，該凝膠 直接布置在緩沖光纖上以密封緩沖管內(nèi)的空間。
泡沫填充材料可置于光纖210和緩沖管220之間。將光纖埋置在 泡沬材料中可改善光纜的抗壓碎能力。
緩沖管優(yōu)選由阻燃聚乙烯材料制成。為調(diào)節(jié)光纜的剛性、撓性或
7抗壓碎能力，其它熱塑性材料如聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯或 聚對(duì)苯二甲酸丁二酯也可用作適于緩沖管的材料。
光纜護(hù)套250布置在緩沖管220周圍從而形成光纜200的外層。 緩沖管220和光纜護(hù)套250的材料應(yīng)選擇為符合美國和/或歐洲地方 防火代碼的規(guī)定。通常，阻燃聚乙烯材料(FRPE)可滿足歐洲防火 代碼的規(guī)定，及聚氯乙烯(PVC)材料可滿足美國防火代碼的規(guī)定。 也可使用其它材料，如尼龍、聚氨酯或聚偏二氟乙烯。經(jīng)驗(yàn)表明包括 聚丙烯的緩沖管及包括聚氯乙烯的護(hù)套足以滿足較高等級(jí)光纜的要 求。此外，包括聚丙烯的緩沖管在壓碎測(cè)試期間對(duì)緩沖光纖提供良好 的保護(hù)。聚氨酯及熱塑性聚氨酯護(hù)套在壓碎載荷期間對(duì)光纜提供極佳 的韌性。滿足US代碼的光纜的一個(gè)實(shí)施例具有聚丙烯緩沖管及室外 等級(jí)的PVC護(hù)套，如AG2271，其可從馬薩諸塞州Leominster的 AlphaGaryCorporation購得。護(hù)套材料可被改變以足夠增大光纜的阻 燃性從而實(shí)現(xiàn)較高或壓力通風(fēng)防火等級(jí)。
其它材料也可用于緩沖管及護(hù)套，但它們需耍在材料強(qiáng)度和使用 的材料量之間保持特定關(guān)系。例如，緩沖管可由硬PVC制成，護(hù)套 用軟PVC制成。在具有與上面給出的相同尺寸的緩沖管和護(hù)套的光 纜中，護(hù)套的截面積約為緩沖管的截面積的四倍。因此，緩沖管的模 量應(yīng)為護(hù)套的模量的四倍以上?？墒褂脧椥阅Ａ吭?500N/mn^到 4000N/mi^范圍之中的硬PVC緩沖管及彈性模量在800N/mm2到 990N/mn^范圍之中的軟PVC護(hù)套。
如圖2中所示， 一層加強(qiáng)構(gòu)件240可布置在緩沖管220和光纜護(hù) 套250之間。通過在加強(qiáng)構(gòu)件240和光纜護(hù)套250之間具有足夠的結(jié) 合可改善光纜的處理特性。所希望的結(jié)合水平取決于在安裝期間多狂 暴地處理光纜及將置放在光纜上的連接器的設(shè)計(jì)。
如果加強(qiáng)構(gòu)件240很好地結(jié)合到護(hù)套250，連接器可被設(shè)計(jì)成簡(jiǎn) 單地結(jié)合到光纜護(hù)套上，如壓接型的連接器。圖3示出了光纜200， 其中連接器300連接到光纜的端部。連接器300包括夾具310，該夾 具使連接器能直接壓接到光纜護(hù)套250上。加強(qiáng)構(gòu)件和護(hù)套之間的結(jié)合可使用易于結(jié)合到加強(qiáng)構(gòu)件上的材 料實(shí)現(xiàn)。加強(qiáng)構(gòu)件可結(jié)合到阻燃熱塑性聚氨酯護(hù)套材料上，或可通過 向加強(qiáng)構(gòu)件的表面添加附著促進(jìn)劑進(jìn)行結(jié)合。
提供在護(hù)套和加強(qiáng)構(gòu)件之間具有低水平結(jié)合的光纜200也是可 能的。在這種情況下，可使用將加強(qiáng)構(gòu)件與光纜護(hù)套分開并將加強(qiáng)構(gòu) 件直接壓接在連接器主體上的連接器設(shè)計(jì)。所希望的結(jié)合水平將通過 測(cè)試連接好的組件確定。
芳族聚酰胺紗或玻璃纖維紗可用作適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)構(gòu)件。加強(qiáng)構(gòu)件也 可選擇為使能使用簡(jiǎn)單的工具即可從外護(hù)套環(huán)切光纜并通過緩沖管 以容易端接光纜。聚乙烯酮或超高分子量聚乙烯紗的使用提供光纜強(qiáng) 度并使能容易切割。玻璃纖維紗也可用于提供這種效果。
圖4示出了三種不同單模光纖的彎曲衰減隨彎曲半徑變化的曲 線圖。彎曲衰減在指定彎曲半徑在1550nm從一環(huán)進(jìn)行計(jì)算。本發(fā)明 的光纜設(shè)計(jì)將光纖的彎曲半徑限制為5mm，即使光纜被折過來從而 折疊在其自身上面。改進(jìn)的彎曲光纖如Coming，Inc.開發(fā)的第一彎曲 性能光纖的衰減是常規(guī)單模光纖如所示的SMF-28光纖的衰減的約三 分之一。在圖6和7中所示及所述的第二彎曲性能光纖在5mm彎曲 半徑時(shí)的衰減僅為標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的衰減的約0.2%。如果網(wǎng)絡(luò)的功率 預(yù)算僅允許因光纜互連而有一或兩分貝的光學(xué)衰減，則第二彎曲性能 光纖可滿足該要求。
圖5示出了用于制造光纜200的生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線包括制造單元 VI、 V2和V3。提供在巻C1上的緩沖光纖210被饋給制造單元V1。 緩沖光纖可以是包括UV可固化聚合材料覆層212的緊密緩沖光纖， 并具有約500pm到約900pm之間的直徑。箱Tl與擠壓機(jī)El連接。 箱T1可用阻燃聚乙烯材料(FRPE)填充。例如，優(yōu)選材料為聚氯乙 烯、尼龍、聚氨酯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯及聚丁烯之--'或其組合。
在加熱熱塑性材料之后，熱的聚合物熔融物由十字頭CH1擠壓 成形在緩沖光纖210周圍以形成緩沖管220，十字頭與擠壓機(jī)El連 接。調(diào)節(jié)十字頭CH1使得在緩沖光纖210和緩沖管220之間形成間隙。該間隙為小間隙，其中緩沖光纖210的外表面與緩沖管之間的距 離在約0.05mm和0.5mm的范圍之間，優(yōu)選在0.10mm和0.20mm的 范圍之間。
制造單元VI也可用于將帶纏繞在緩沖光纖210周圍或用于將一 些紗放在間隙中。帶和紗包括遇水膨脹材料以使能阻止水在緩沖管 220內(nèi)流動(dòng)。紗還可提供拉伸強(qiáng)度。為同樣的目的，通過制造單元 VI在緩沖管220內(nèi)布置遇水膨脹粉末也是可能的。
具有埋置的緩沖光纖210的緩沖管220被饋給制造單元V2。此 外，制造單元V2還接收加強(qiáng)構(gòu)件240。加強(qiáng)構(gòu)件可以是芳族聚酰胺、 聚乙烯酮、超高分子量聚乙烯或玻璃纖維紗之一。加強(qiáng)構(gòu)件240被布 置在緩沖管220周圍。
生產(chǎn)線包括與擠壓機(jī)E2連接的制造單元V3。擠壓機(jī)E2被饋給 填充在箱T2中的聚合材料。該聚合材料被加熱并由十字頭CH2擠壓 成形在緩沖管220和加強(qiáng)構(gòu)件240周圍以形成光纜護(hù)套250。箱T2 可包含具有阻燃劑的熱塑性聚氨酯(FRTPU)。其它材料如尼龍、聚 氨酯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚丁烯和聚氯乙烯或其組合也可擠壓 在緩沖管220和加強(qiáng)構(gòu)件240周圍以足夠增加光纜的阻燃性從而實(shí)現(xiàn) 較高或壓力通風(fēng)防火等級(jí)。
加強(qiáng)構(gòu)件由制造單元V3結(jié)合到光纜護(hù)套。這可以使用易于結(jié)合 到加強(qiáng)構(gòu)件的護(hù)套材料實(shí)現(xiàn)，如熱塑性聚氨酯，或通過向加強(qiáng)構(gòu)件的 表面添加附著促進(jìn)劑實(shí)現(xiàn)。水槽W在生產(chǎn)線中安排在制造單元V3 之后。當(dāng)光纜護(hù)套的擠壓成形過程結(jié)束時(shí)，光纜穿過水槽W以在巻 繞到巻C2上之前冷卻下來。
當(dāng)光纜護(hù)套的聚合物熔融物冷卻時(shí)，材料開始收縮。如果光纜護(hù) 套的收縮被傳到緩沖光纖，則傳輸特性可因衰減增加而變壞。已表明 由聚碳酸酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯混合物制成的緩沖管很適于補(bǔ)償 冷卻護(hù)套材料的收縮力。因此，箱T1還可由熱塑性聚合材料填充， 如聚碳酸酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯混合物。當(dāng)使用聚碳酸酯-丙烯臘-丁二烯-苯乙烯混合物時(shí)，十字頭CH2優(yōu)選被調(diào)節(jié)成使得緩沖光纖和
10緩沖管之間的間隙在約40pm到約100pm的范圍之中以防止緩沖光 纖粘到緩沖管上及使光纖直地而不是波狀布設(shè)在緩沖管內(nèi)。
由聚碳酸酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯混合物制成的緩沖管優(yōu)選與 包括阻燃抗蝕聚合材料的光纜護(hù)套結(jié)合使用，該阻燃抗蝕聚合材料如 由包括具有阻燃特性的乙基-乙烯基-乙酸酯及添加劑的聚乙烯制成的 基體聚合物。箱T2可用該基體聚合物填充，其中添加劑可以是質(zhì)量 占基體材料質(zhì)量30%到60%的氫氧化鋁或氫氧化鎂。
.上述的光纜設(shè)計(jì)可用作用于室內(nèi)/室外應(yīng)用的分支光纜。該光纜 由于其尺寸及柔性而滿足易于處理的要求。當(dāng)光纜在安裝期間用U 形釘釘?shù)綁Ρ谏蠒r(shí)或當(dāng)因帶巻繞而被限制時(shí)，硬緩沖管保護(hù)光纖。光 纜的尺寸自然限制光纖的彎曲，從而確保光纖彎曲半徑為5mm或更 大。光纜由于沒有剛性構(gòu)件而將具有小的彎曲記憶。光纜的材料將足 夠阻燃以獲得OFN防火等級(jí)。
此外，現(xiàn)場(chǎng)連接因光纜設(shè)計(jì)而得以簡(jiǎn)化。不需要安裝人員將加強(qiáng) 構(gòu)件從光纜的外護(hù)套分開、將加強(qiáng)構(gòu)件壓接到連接器主體上、然后連 接覆蓋連接器主體和光纜護(hù)套之間的暴露空間的防護(hù)罩。為容易連接 光纜，加強(qiáng)構(gòu)件被結(jié)合到可連接到壓接型連接器的光纜護(hù)套上。緊密 緩沖光纖也有助于連接。加強(qiáng)構(gòu)件之間的結(jié)合可通過向加強(qiáng)構(gòu)件添加 附著促進(jìn)劑而得以增強(qiáng)。此外，附著促進(jìn)劑可能導(dǎo)致護(hù)套材料粘到緩 沖管上，這可使光纜表面更高低不平。
本發(fā)明光纜具有比當(dāng)前的互連光纜更高低不平、比當(dāng)前分支光纜 更柔韌及大小易于處理的優(yōu)點(diǎn)。另外，本發(fā)明光纜可在拐角附近急劇 彎曲而不會(huì)引起不可接受的光纖衰減損失。
在本說明書使用彎曲性能光纖的例子描述所發(fā)明的光纜及方法 的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解，也可采用其它適當(dāng)?shù)墓饫w類型，包括但不限于 單模、多模、彎曲性能光纖、彎曲優(yōu)化的光纖、對(duì)彎曲不敏感的光纖、 微結(jié)構(gòu)的光纖、及納米結(jié)構(gòu)的光纖等。微結(jié)構(gòu)及納米結(jié)構(gòu)的彎曲性能 光纖的例子可從紐約的康寧公司購得，并在圖6和7中圖示?，F(xiàn)在參 考圖6，示出了適于在本發(fā)明中使用的彎曲性能光纖的一個(gè)例子1。該光纖是有利的，因?yàn)槠涫鼓軓?qiáng)烈彎曲同時(shí)保持極低的光學(xué)衰減。如 圖所示，彎曲性能光纖1是具有纖芯區(qū)和包圍該纖芯區(qū)的覆層區(qū)的光 纖，覆層區(qū)包括由非周期性布置的孔組成的環(huán)狀含孔區(qū)，使得光纖能 夠在一個(gè)或多個(gè)工作波長(zhǎng)范圍中的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行單模傳輸。纖 芯區(qū)和覆層區(qū)提供改善的耐彎曲性，及單模工作優(yōu)選在大于或等于
1500nm的波長(zhǎng)，在一些實(shí)施例中也可大于約1310nm，在其它實(shí)施例 中也可大于1260nm。光纖在1310nm波長(zhǎng)優(yōu)選提供大于8.0微米的模 場(chǎng)，在約8.0和10.0之間最好。所示的彎曲性能光纖為單模傳輸光纖， 但這些概念可應(yīng)用于多模光纖。
在一些實(shí)施例中，在此公開的光纖包括布置在縱向中心線周圍的 纖芯區(qū)，及包圍該纖芯區(qū)的覆層區(qū)，該覆層區(qū)包括由非周期性布置的 孔組成的環(huán)狀含孔區(qū)，其中環(huán)狀含孔區(qū)具有小于12微米的最大徑向 寬度，環(huán)狀含孔區(qū)具有少于30%的區(qū)域空白區(qū)，及非周期性布置的孔 具有小于1550nm的平均直徑。
通過"非周期性布置"或"非周期性分布"，應(yīng)當(dāng)理解意味希-;"l 取光纖的截面(如垂直于縱軸的截面)時(shí)，非周期性布置的孔跨光纖 的一部分隨機(jī)或非周期性分布。在沿光纖長(zhǎng)度的不同點(diǎn)取的類似截面 將展現(xiàn)不同的截面孔圖案，即多個(gè)截面將具有不同的孔圖案，其屮孔 的分布及孔的大小不匹配。也就是說，這些孔是非周期性的，即它們 不周期性布置在光纖結(jié)構(gòu)內(nèi)。這些孔沿光纖長(zhǎng)度(即大致與縱軸平行 的方向)伸展(伸長(zhǎng))，但對(duì)于典型的傳輸光纖長(zhǎng)度并不延伸整個(gè)光 纖的整個(gè)長(zhǎng)度。
對(duì)于多種應(yīng)用，希望孔被形成為使得95%以上最好所有孔在光纖 覆層中均展現(xiàn)小于1550nm的平均孔大小，小于775nm更好，最好小 于390nm。同樣地，光纖中的孔的最大直徑優(yōu)選小于7000nm,小于 2000nm更好，小于1550nm更佳，最好小于775nm。在一些實(shí)施例 中，在此公開的光纖在給定光纖垂直截面中具有5000個(gè)以下的孔， 在一些實(shí)施例中還少于1000個(gè)孔，在其它實(shí)施例中孔的總數(shù)量少于 500個(gè)。當(dāng)然，最優(yōu)選的光纖將展現(xiàn)這些特征的組合。因此，例如，光纖的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例在光纖中將展現(xiàn)少于200個(gè)孔，這些孔 具有小于1550nm的最大直徑及小于775nm的平均直徑，盡管有用及 耐彎曲的光纖可使用更大及更多數(shù)量的孔實(shí)現(xiàn)?？讛?shù)量、平均直徑、 最大直徑及孔的總空白區(qū)百分比均可在約800倍放大率的掃描電子 顯微鏡及圖像分析軟件的幫助下進(jìn)行計(jì)算，圖像分析軟件如可從美國 馬里蘭州Silver Spring的MediaCybernetics， Inc.購得的ImagePro。
在此公開的光纖可以也可不包括氧化鍺或氟以調(diào)節(jié)光纖纖芯和/ 或覆層的折射率,但也可在中間的環(huán)狀區(qū)避免這些摻雜劑，而是孔(與 可布置在孔內(nèi)的任何氣體或多種氣體結(jié)合)可用于調(diào)節(jié)沿光纖纖芯引 導(dǎo)光的方式。含孔區(qū)可由未摻雜(純)硅石組成，從而完全避免在含 孔區(qū)中使用任何摻雜劑以實(shí)現(xiàn)降低的折射率，或者含孔區(qū)可包括摻雜 的硅石，如具有多個(gè)孔的摻氟的硅石。..
在一組實(shí)施例中，纖芯區(qū)包括摻雜的硅石以相對(duì)于純硅石提供正 折射率，例如摻氧化鍺的硅石。纖芯區(qū)優(yōu)選無孔。如圖1中所示，在 一些實(shí)施例中，纖芯區(qū)170包括相對(duì)于純硅石具有Al。/。最大正折射 率的單芯段，及該單芯段從中心線延伸到半徑R,。在一組實(shí)施例中， 0.30%<厶1<0.40°/0及3.0pm<Rl<5.0nm。在一些實(shí)施例中，單芯段具 有a形狀的折射率外形，其中d為6或更大，在一些實(shí)施例中ci為8 或更大。在一些實(shí)施例中，內(nèi)環(huán)狀無孔區(qū)182從纖芯區(qū)延伸到半徑 R2，其中內(nèi)環(huán)狀無孔區(qū)具有等于R2-R1的徑向?qū)挾萕12，及W12大 于ljmi。半徑R2優(yōu)選大于5nm，大于6pm更好。中間的環(huán)狀含孔 區(qū)184從R2徑向向外延伸到半徑R3并具有等于R3-R2的徑向?qū)挾?W23。外環(huán)狀區(qū)186從R3徑向向外延伸到半徑R4。半徑R4是光纖 的硅石部分的最遠(yuǎn)半徑。 一個(gè)或多個(gè)涂層可施加到光纖的硅石部分的 外表面上，在R4處開始，光纖的玻璃部分的最遠(yuǎn)直徑或最外面的周 界。纖芯區(qū)170和覆層區(qū)180優(yōu)選由硅石組成。纖芯區(qū)170優(yōu)選為用 一種或多種摻雜劑摻雜的硅石。優(yōu)選地，纖芯區(qū)170無孔。含孔區(qū) 184具有不大于20pm的內(nèi)徑R2。在一些實(shí)施例中，R2不小于10pm 且不大于20fxm。在其它實(shí)施例中，R2不小于10nm且不大于18nm。
13在其它實(shí)施例中，R2不小于lO^im且不大于14[rni。再次地，在不限 于任何特定寬度的同時(shí)，含孔區(qū)184具有不小于0.5fim的徑向?qū)挾?W23。在一些實(shí)施例中，W23不小于0.5nm且不大于20nm。在其它 實(shí)施例中，W23不小于2mjii且不大于12nm。在其它實(shí)施例中，W23 不小于2拜且不大于IO拜。
這樣的光纖可被制成展現(xiàn)小于1400nm的光纖截止波長(zhǎng)，小于 1310nm更好；20mm宏彎曲在1550nm引起的損失小于ldB/匝，小 于0,5dB/匝更好，小于O.ldB/匝尤其好，小于0.05dB/匝更佳，小于 0.03dB/匪尤其佳，小于0.02dB/匪最佳;12mm宏彎曲在1550nm引 起的損失小于5dB/匝，小于ldB/匝更好，小于0.5dB/匝尤其好，小 于0.2dB/匝更佳，小于O.OldB/匝尤其佳，小于0.05dB/匝最佳；及8mm 宏彎曲在1550nm引起的損失小于5dB/匝，小于ldB/匝更好，小于 0.5dB/匝尤其好，小于0.2( /匝更佳，小于0.1dB/匝最佳。
適當(dāng)?shù)墓饫w的一個(gè)例子如圖7中所示，并包括由覆層區(qū)包圍的纖 芯區(qū)，覆層區(qū)包括隨機(jī)布置的空隙，這些空隙包含在環(huán)狀區(qū)內(nèi)，其與 纖芯分隔開并處于沿纖芯區(qū)有效引導(dǎo)光的位置。其它光纖及微結(jié)構(gòu)光 纖也可在本發(fā)明中使用。在本發(fā)明中使用的微結(jié)構(gòu)光纖的另外的描述 在2006年10月18日申請(qǐng)的未決美國專利申請(qǐng)11/583,098、 2006年 6月30日申請(qǐng)的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)60/817,863、 2006年6月30日申 請(qǐng)的60/817,721、 2006年8月31日申請(qǐng)的60/841,458、及2006年8 月31日申請(qǐng)的60/841,490中公開，所有這些申請(qǐng)均歸屬于Coming Incorporated o
可使用在本發(fā)明中的彎曲性能光纖的另一例子為同樣可從康寧 公司獲得的耐彎曲多模光纖，該光纖包括漸變折射率纖芯區(qū)及包圍并 直接鄰近纖芯區(qū)的覆層區(qū)，覆層區(qū)包括折射率降低的環(huán)狀部分，該環(huán) 狀部分相對(duì)于覆層的另一部分(優(yōu)選為硅石，該硅石未用折射率改變 的摻雜劑如氧化鍺或氟摻雜)具有降低的相對(duì)折射率。優(yōu)選地，纖芯 的折射率外形具有拋物線形狀。折射率降低的環(huán)狀部分可包括包含多 個(gè)孔的玻璃、摻氟的玻璃、或包含多個(gè)孔的摻氟玻璃。折射率降低的區(qū)域可鄰近于纖芯區(qū)或與纖芯區(qū)間隔開。
在包括具有孔的覆層的一些實(shí)施例中，孔可被非周期性地布置在 折射率降低的環(huán)狀部分中。通過"非周期性布置"或"非周期性分布"，
意味著當(dāng)看光纖的截面(如垂直于縱軸的截面)時(shí)，非周期性布置的 孔跨含孔區(qū)隨機(jī)或非周期性分布。在沿光纖長(zhǎng)度的不同點(diǎn)取的截面將 展現(xiàn)不同的截面孔圖案，即多個(gè)截面將具有不同的孔圖案，其中孔的 分布及孔的大小不匹配。也就是說，這些空隙或孔是非周期性的，即 它們不周期性位于光纖結(jié)構(gòu)內(nèi)。這些孔沿光纖長(zhǎng)度(即平行于縱軸) 伸展(伸長(zhǎng))，但對(duì)于典型的傳輸光纖長(zhǎng)度并不延伸整個(gè)光纖的整個(gè) 長(zhǎng)度。
在此公開的多模光纖展現(xiàn)非常低的因彎曲引起的衰減，尤其是非 常低的宏彎曲。在一些實(shí)施例中，高帶寬通過纖芯中的低的最大相對(duì) 折射率提供，還提供低彎曲損耗。在一些實(shí)施例中，纖芯半徑為大半
徑(如大于20jmi)，纖芯折射率為低折射率(如小于1.0%)，及彎曲 損耗也低。優(yōu)選地，在此公開的多模光纖在850nm展現(xiàn)小于3dB/km 的譜衰減。
多模光纖的數(shù)值孔徑(NA)優(yōu)選大于將信號(hào)引入光纖的光源的 NA;例如，光纖的NA優(yōu)選大于VCSEL源的NA。多模光纖的帶寬
與AlMAX的平方成反比變化。例如，AlMAX為0.5%的多模光纖可產(chǎn)
生16倍于具有AlwAx為2.0%的纖芯的同等多模光纖的帶寬。
在一些實(shí)施例中，纖芯從中心線徑向向外延伸到半徑Rl，其中 12.5^R1S40微米。在一些實(shí)施例中，25^R1^32.5微米，及在一些實(shí) 施例中，Rl大于或等于約25微米且小于或等于約31.25微米。纖芯 優(yōu)選具有小于或等于1.0%的最大相對(duì)折射率。在其它實(shí)施例中，纖 芯具有小于或等于0.5%的最大相對(duì)折射率。這樣的多模光纖優(yōu)選在 800和1400nm之間的所有波長(zhǎng)展現(xiàn)1匝10mm直徑心軸衰減增加不 大于1.0dB，優(yōu)選不大于0.5dB，不大于0.25dB更好，不大于O.ldB 尤佳，不大于0.05dB最好。
如果在折射率降低的環(huán)狀區(qū)采用非周期性布置的孔或空隙，則希望孔被形成為使得95%以上最好所有孔在光纖覆層中均展現(xiàn)小于 1550nm的平均孔大小，小于775nm更好，最好小于390nm。同樣地， 光纖中的孔的最大直徑優(yōu)選小于7000nm，小于2000nm更好，小于 1550nm更佳，最好小于775nm。在一些實(shí)施例中，在此公開的光纖 在給定光纖垂直截面中具有5000個(gè)以下的孔，在一些實(shí)施例中還少 于1000個(gè)孔，在其它實(shí)施例中孔的總數(shù)量少于500個(gè)。當(dāng)然，最優(yōu) 選的光纖將展現(xiàn)這些特征的組合。因此，例如，光纖的一個(gè)特別優(yōu)選 的實(shí)施例在光纖中將展現(xiàn)少于200個(gè)孔，這些孔具有小于1550nm的 最大直徑及小于775nm的平均直徑，盡管有用及耐彎曲的光纖可使 用更大及更多數(shù)量的孔實(shí)現(xiàn)。孔數(shù)量、平均直徑、最大直徑及孔的總 空白區(qū)百分比均可在約800倍放大率的掃描電子顯微鏡及圖像分析 軟件的幫助下進(jìn)行計(jì)算，圖像分析軟件如可從美國馬里蘭州Silver Spring的MediaCybemetics， Inc.購得的ImagePro。
在此公開的多模光纖可以也可不包括氧化鍺或氟以調(diào)節(jié)光纖纖 芯和/或覆層的折射率，但也可在中間的環(huán)狀區(qū)避免這些摻雜劑，而 是孔(與可布置在孔內(nèi)的任何氣體或多種氣體結(jié)合)可用于調(diào)節(jié)沿光 纖纖芯引導(dǎo)光的方式。含孔區(qū)可由未摻雜(純)硅石組成，從而完全 避免在含孔區(qū)中使用任何摻雜劑以實(shí)現(xiàn)降低的折射率，或者含孔區(qū)可 包括摻雜的硅石，如具有多個(gè)孔的摻氟的硅石。
該光纖的數(shù)值孔徑(NA)優(yōu)選大于將信號(hào)引入光纖的光源的N八; 例如，光纖的NA優(yōu)選大于VCSEL源的NA。多模光纖的帶寬與Al MAX 的平方成反比變化。例如，AlMAx為0.5y。的多模光纖可產(chǎn)生16倍于 具有AlMAX為2.0%的纖芯的同等多模光纖的帶寬。
在一些實(shí)施例中，纖芯外半徑Rl優(yōu)選不小于12.5nm且不大于 40nm，即纖芯直徑在約25和80nm之間。在其它實(shí)施例中，Rl>20 微米;在另外的實(shí)施例中，Rl>22微米;在之外的其它實(shí)施例中，Rl>24 微米。制造這樣的具有孔的光纖的方法在2006年10月18日申請(qǐng)的美 國專利申請(qǐng)11/583098及2007年1月8日申請(qǐng)的美國臨時(shí)專利 60/879,164中描述。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明的 許多修改及其它實(shí)施方式是顯而易見的。因此，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不 限于在此公開的具體實(shí)施例及可在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)進(jìn)行修改。 盡管在此采用特定術(shù)語，但它們僅按一般及描述性含義使用，而不用 于限定本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1、一種光纜，包括緊密緩沖光纖；包圍所述緊密緩沖光纖的緩沖管，在所述緊密緩沖光纖和所述緩沖管之間形成有間隙，其中所述緊密緩沖光纖和所述緩沖管之間的所述間隙在約0.05mm和約0.5mm之間；及包圍所述緩沖管的護(hù)套。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的光纜，其中所述光纜在形成約5mm半徑的 環(huán)時(shí)具有約O.ldB或更小的衰減。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的光纜，其中所述緊密緩沖光纖為彎曲 性能光纖。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的光纜，其中所述光纜外直徑在 約4mm到約5mm之間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的光纜，其中所述緩沖管包括彈 性模量在約2100N/mn^和2700N/mn^之間的熱塑性聚合材料。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的的光纜，其中所述緩沖管包括 彈性模量在約3500N/mn^和4000N/mn^之間的聚氯乙烯，且還包括 具有彈性模量在約800N/mn^和990N/mm2之間的聚氯乙烯的護(hù)套。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的光纜，其中所述緩沖管包括具 有每1K溫度變化時(shí)長(zhǎng)度變化在30X 10—6%到80X 10—6%之間的熱膨脹 系數(shù)的熱塑性聚合材料。
8、 根據(jù)權(quán)利耍求l-7任一所述的光纜，還包括 布置在所述緩沖管和所述護(hù)套之間的加強(qiáng)構(gòu)件，其中所述加強(qiáng)構(gòu)件結(jié)合到護(hù)套上。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8的光纜，其中附著促進(jìn)劑布置在加強(qiáng)構(gòu)件的 表面上。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l-9任一所述的光纜，其屮所述緊密緩沖光纖 和所述緩沖管之間的間隙在約40pm和約100pm之間。
全文摘要
本發(fā)明光纜包括布置在緩沖管內(nèi)的緩沖光纖。緩沖管擠壓成形在緩沖光纖周圍使得在緩沖光纖和緩沖管之間形成優(yōu)選在約40μm和約100μm范圍之間的小間隙。一層加強(qiáng)構(gòu)件布置在緩沖管周圍。光纜護(hù)套擠壓成形在加強(qiáng)構(gòu)件周圍，其中加強(qiáng)構(gòu)件結(jié)合到光纜護(hù)套上。
文檔編號(hào)G02B6/44GK101558343SQ200880001036
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2008年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月8日
發(fā)明者D·E·昆迪斯, G·溫施, G·邁爾巴, W·C·赫爾利 申請(qǐng)人:康寧光纜系統(tǒng)有限公司