裝有槽形纜芯構件相耦合光纖的水下光纖維纜的製作方法
2023-06-06 17:02:51
專利名稱：裝有槽形纜芯構件相耦合光纖的水下光纖維纜的製作方法
技術領域：
本發明涉及裝有與槽形纜芯構件相耦合光纖的水下光纖維纜。
由於光纖十分適於大陸間和其它海底通訊，故它們經常被用在水下或海底光纜中作為傳輸媒介。當然，使用在如此環境中的光纖必須以適合的、經濟可行的光纜結構對其進行封裝。
用在水底光纜中的光纖面臨的一個主要問題是必須對光纖進行密封保護以防水。通過被稱為靜態疲勞的現象，發現溼度和壓力對光纖的共同作用使其強度減小。另外，水下光纖維纜必須包含供以有效直流(D.C)通道以驅動系統中光中繼器的裝置，必須有足夠的強度以經受上述壓力和多年在水下環境中工作。
公開在美國專利4156104中的用於光通信的水底光纜已克服了上述問題。其中，纜芯包含一個縱向延伸的加強構件，該構件可以是高強度導電或絕緣材料並被稱作為主線(kingwire)。將許多螺旋絞合光纖嵌入一層布置在主線周圍的塑料中的諸如hytrel牌塑料。在這層塑料周圍可配置一尼龍或其它熔點較高材料的保護層。將幾層鋼絲絞合在該保護層周圍並由密封該纜芯的管形銅罩或套將其與保護層固定在一起。該銅套也有效地提供了用於驅動中繼器的導電通道，並也有效地將光纜密封裝置的各部件固定在一起。這些鋼絲，特別是最裡層的綱絲有效地提供了耐光纜在使用期間受到的靜水壓性。將由聚乙烯塑料組成的護套置於該密封套周圍。如果希望增加其耐久性，可以包括一個獨立的密度更高的聚乙烯外層護套。在製造這種光纜中，防水材料間置於鋼絲之中以及裡層鋼絲和纜芯之間。
現有技術也包括美國專利4484963。其中，纜芯包含一根由彈性材料圍繞的主線，在彈性材料中嵌入許多光纖。加在該彈性材料上的尼龍保護層有一層塗在其上的粘性材料。該粘性材料在尼龍保護層和絞合在其周圍的第一層鋼絲間形成緊密的結合。這種結合防止了潛移並確保在光纜敷設、光纜復元和實際使用操作過程中纜芯跟蹤鋼絲。第二層鋼絲絞合在第一層周圍並在其上形成一個由銅製成的導電管形構件。將塑料護套置於銅管形構件周圍。
上述光纜結構可歸為緊密耦合類，因為光纖通過塑料與主線緊密耦合，從而受到基本上與其它光纜部件相同的應力。然而在這種光纜中，要接觸單一光纖有點困難。另外，在製造光纜過程中，通過將光纖嵌入其中的塑料，光纖受到橫向加到纜芯的壓力。
在水下光纜中已使用了一些可選構造。其中之一被稱作為開槽纜芯光纜，在該光纜中，置於中心的纜芯構件由塑料製成並包括許多光纖容納槽，每個槽通到該纜芯構件的外表面。一根或多根光纖被置於每個槽中。將粘性填充材料注入到每個槽中並使光纖和纜芯構件間能相對移動。參見美國專利4548664。在另一個開槽纜芯光纜結構中，用在光纜工作溫度下是粘性的材料來部分地填充這些槽，但是該材料是冷卻可逆硬化材料。在用該粘性材料完成對每個槽的填充後，將光纖置於每個槽中。參見美國專利4422889。
開槽纜芯光纜便於接觸光纖，並使槽中光纖免受橫向施加的壓力。然而，和上面引用的美國專利4156104的光纜相反，剛剛描述過的開槽纜芯光纜是以光纖和纜芯構件間的鬆弛耦合為其特徵的。
一個包括在具有緊密耦合到其纜芯的光纖的水下光纜中的提高是當除去在製造和安裝過程中軸向加到光纜上的負載時光纖沿光纜長度均勻復元。對於使用在海底的長光纜，在安裝張力負載除去後長度的復元很可能導致那些沒有與光纜其它部分完全耦合的光纖的非均勻長度復元。
這個問題可通過使光纖與纜芯構件緊密耦合而得到解決。這樣，光纖和纜芯構件一起移動，並受到基本相同的應力。如果不是這樣，那麼當從光纜除去負載時，光纖可能受到過分的擺動而導致微彎曲。這種問題在水下光纜中會加重，因光纜在水下受到的應力遠大於在地面所受到的應力。
看起來，現有技術不包括十分適合於水下環境並在光纖與纜芯構件間緊密耦合以及能易於光纖進出的光纜。所需光纜應該製造經濟、堅固並可在導致低傳輸損耗結構中容納許多光纖。所需要的是堅固的水下光纜，它包括Mondello專利的緊密耦合特點和開槽纜芯光纜易於進出的特點。
本發明的目的即是提供克服了上述種種問題的光纜。為此，根據本發明的光纜，它包含在本發明的一個實施例中，一個包括槽的縱向延伸的纜芯構件，所述槽朝該纜芯構件的外表面開口，安放在所述槽中的至少一根光纖，用於將所述光纖與所述纜芯構件充分耦合以當所述光纖受到外力作用時基本上阻止在所述光纖與所述纜芯構件間的相對運動的裝置，以及置於該纜芯構件周圍的封裝裝置。
在本發明的一個實施例中，所述用於將所述光纖與所述纜芯構件緊密耦合的裝置包括安放於所述槽中用於固定所述光纖克服相對於所述纜芯構件移動的裝置。
在本發明的一個實施例中，所述用於固定所述光纖克服移動的裝置包括一種處理過的塑料。
在本發明的一個實施例中，在每個槽中的可處理塑料在其已被處理後有一朝外呈凹面的表面。
在本發明的一個實施例中，所述槽的側壁向內對所述纜芯構件的縱軸發散。
在本發明的一個實施例中，所述纜芯構件包括許多徑向指向的槽，在至少一個槽中至少安放一根光纖。
在本發明的一個實施例中，所述纜芯構件包括許多槽，每個槽在所述纜芯構件橫截面內有軸線，該軸是與所述纜芯構件外表面同心的圓的切線。
在本發明的一個實施例中，所述纜芯構件包括許多槽，在每個槽中至少安放兩根光纖，當沿所述纜芯構件的周邊測量時每個槽的寬度大於一根光纖的直徑。
在本發明的一個實施例中，所述纜芯構件包括許多槽，在每個槽中在徑向安放了幾根光纖，按徑向測量所述纜芯構件每個槽的深度大於一根光纖外徑與n的乘積。
在本發明的一個實施例中，一種光纜纜芯，它包含包括朝所述纜芯構件的外表面張開的槽的縱向延伸的纜芯構件，安放在所述槽內的光纖，以及用於將所述光纖與所述纜芯構件充分耦合以當所述光纜受到外力作用時基本上阻止所述光纖與所述纜芯構件間的相對運動的裝置。
圖1是本發明光纜的端視圖;
圖2是現有技術光纜的端視圖;
圖3是包括在本發明光纜中的纜芯的端視圖;
圖4-7是包括徑向設置的槽的纜芯端視圖;
圖8-9是包括不是徑向配置的槽的纜芯端視圖;
圖10-11是在其每個槽中沿徑向只放置一根光纖的纜芯的端視圖;
圖12-13是由在每個槽中排列許多光纖的一個槽形成的纜芯的端視圖;以及圖14是包括許多在其每一個中只放置單根光纖的槽的纜芯端視圖。
參照圖1，該圖示出了概括地由標號20表示的光纜。正如在圖1中可見的，光纜20包括由標號22表示的纜芯和由標號24表示的鎧裝系統。
光纜20完全適合於在水下使用，並由於其優點打算用來替代現有技術的光纜。圖2描繪了現有技術的一個典型的水下光纜25。如圖所示，光纜25包括一個含有位於中心被稱為主線的縱向延伸的加強構件26的纜芯。該加強構件26可由例如包銅鋼的導電材料製成。置於加強構件27周圍的是具有高撓性模量(lexuralmodulus)的塑料27。這種材料可通過購買Hytrel牌塑料獲得。將每一根都含有玻璃纖芯和包層以及一層或多層塗料的許多光纖28-28成螺旋形地及有一定間隔地沿園周置於該層27周圍。將Hytrel牌塑料的附加層29置於光纖28-28周圍，使光纖被嵌在Hytrel牌塑料中。將含有尼龍塑料層30的鎧裝系統置於第二層Hytrel牌塑料周圍。
設置在圖2現有技術光纜尼龍層30周圍的是加強構件系統，它由許多以疊加層形式纏繞在纜芯周圍的絞合鋼絲31-31組成。為接通光纜的D.C.通道，將由銅或鋁製成的無孔導電罩33建立在鋼絲31-31的外層上。除了建立有效的D.C.導電通道用以驅動沿著光纜每隔一定間距配置的光中繼器(未示出)，導電罩33對光纖起著高效防潮層的作用。罩33也對鋼絲31-31提供了鋼性緊固作用。塑料護套35建立在罩33上。這種現有技術光纜公開於前面提到的本文所引證的參考文獻美國專利4156104中。罩33外表面塗有一層粘結到護套35的粘合劑。將防水材料37置於鋼絲的空隙中以及鋼絲內層和纜芯間。
圖1實施例光纜20的纜芯22詳細示於圖3中。纜芯22包含置於中心縱向延伸可以導電的加強構件32和在與纜芯縱軸垂直的平面內為圓形橫截面的纜芯構件34。在一個實施例中，加強構件22可由例如不鏽鋼的金屬材料製成，纜芯構件34可由例如聚對苯二甲酸二丁酯或聚丙烯的塑料製成。或者，置於中心的加強構件32可由例如aramidyarn之類的纖維材料製成一或者由包銅鋼絲製成。對於另一種金屬纜芯構件，見序列號071860935。
如圖3所示，縱向延伸的纜芯構件34包括許多每一個都在纜芯構件的徑向形成的槽36-36。另外，每一個槽可如此形成以致其側壁從朝外地面向纜芯構件表面有微小的朝內錐度。也就是說，確定每一個槽的側壁稍微地向纜芯構件中心散開。這樣做是為了增強槽中光纖對纜芯構件的機械耦合。在其它實施例中，該側壁可以是平行的或向縱軸會聚或有不規則形狀。
至少將一根光纖28置於至少一個槽36-36中。對於圖3所示的實施例，每一個槽36-36沿園周測量都有大於安放在槽中的光纖外徑的寬度。當然，應當明白待安放在槽中的光纖可包括一層或多層塗層材料，光纖外徑是指纖芯和包層再加上加到其上的任意塗層的外徑。在圖3的實施例中，在每個槽中沿徑向放置兩根光纖。每個槽36的深度大於2乘以待安放在該槽中光纖外徑的乘積。另外，在最佳實施例中，槽36-36沿纜芯構件長度方向是直的，沒有打算絞合。在其它實施例中，槽可沿纜芯構件以螺旋或振蕩方式形成。
最好是，安置在每個槽36中的光纖與纜芯構件緊密耦合。這靠將填質材料38放入每個槽36中來完成。在最佳實施例中，填質材料38包含經紫外(UV)光能固化的塑料，例如在這裡引入作為對比文獻的美國專利4900126中所公開的。
填質材料38有效地與光纖一起提供就地形成的光纖帶。一般，一些填質材料38結果被置於相鄰光纖之間。又如圖3所示，每個槽中填質材料的外表面可為凹的形狀。具有這種形狀，每個槽中的填質材料通過圍繞的鎧裝系統擺脫了任何濫用。
如所記得的，每個槽36都有隻超過光纖尺寸的寬度和深度。這樣可在每個槽中裝入填質材料。例如，對於圖3的實施例，每根光纖的外徑約為0.010英寸，槽的深度約為0.030英寸。
使用經紫外光能固化的材料來將光纖固定在槽中有許多優點。這種材料是熱固性材料在例如加護套塑料等的光纜進一步的加工過程中不變形。該UV填質材料又有效地形成填入相應槽中的光纖帶。另外，使用UV固化的填質材料使每個槽中的光纖易於進出。
在圖3中所描繪的纜芯構件34是本發明很多預期方案之一。在另一個實施例中(見圖4)，該光纜包括一個含有位於中心的加強構件46和四個槽48-48的纜芯構件44，每個槽與其相鄰槽成90°。每個槽也可延伸在纜芯構件44的外表面和位於中心的加強構件的外表面之間的大部分距離。在每個槽中放置三根光纖28-28。
在圖5所描繪的實施例中，纜芯構件50包括三個槽52-52，每個槽適合放置三根光纖。在圖6中，纜芯構件54包含許多徑向放置的槽56-56，每個槽適合於安放三根光纖。圖7中，延伸至置於中心的加強構件59的纜芯構件58的三個槽57-57每一個適合於安放四根光纖。
參照圖8，該圖示出了含有四個槽62-62的纜芯構件60，每個槽適合放三根光纖。通過槽中光纖中心的每個槽的縱軸平行於纜芯構件的圓形橫截面的弦。並且每個沿園周的相鄰槽與前一個槽垂直。
圖9示出了在圖8中描繪的纜芯構件60的改型。纜芯構件66包括許多槽，每個槽沿著橫截面的弦線配置。每個槽內各端面沿著纜芯構件的半徑安置，朝向纜芯構件的縱向中心軸安置的每個槽的側壁與和位於中心的加強構件同心但直徑稍大的圓的切線平行。另外，在圖9實施例中每個槽安裝了四根光纖。
纜芯構件也可以這樣構成，以致於每個槽的深度容納其上有一層或多層塗層材料的單根光纖。如圖10所示，纜芯構件70可包含許多槽72-72每個槽適合於安放兩根光纖。按纜芯構件徑向測量的每個槽72的深度大於塗覆光纖的直徑。纜芯構件70可由塑料製成並置於位於中心縱向延伸的加強構件74的周圍。
圖11又描繪了包含三個槽78-78的纜芯構件76，每個槽按徑向測量具有大於塗覆光纖直徑的深度。纜芯構件76的每個槽78適合於並排地安放四根光纖。
在本發明的其它實施例中，纜芯構件80(見圖12)包括一個其中安放了三排每排四根光纖的槽82。槽82是這樣形成的以致於其寬度大於光纖外徑與四的乘積，按纜芯構件徑向測量的深度則大於光纖外徑的三倍。纜芯構件80也包含位於中心的加強構件84。在如圖13所示的另一個實施例中，纜芯構件86包含單個其中安放了四排每排三根光纖的槽。
圖14示出了又一個實施例。纜芯構件90包含一個位於中心的加強構件92。在加強構件周圍建成許多每個都有徑向指向軸的槽94-94。每個槽94形成來容納一根光纖和部分例如UV固化的塑料的固定材料。
現回到圖1，由圖可見鎧裝系統24包含許多縱向延伸的加強構件101-101最好是鋼絲或股線，將它們安置在內層中纜芯22周圍。置於內層的加強構件101-101周圍的是包含許多鋼加強構件105-105的層103，這些加強構件105-105最好是鋼絲或股。置於相鄰鋼絲105-105間的是加強構件107，它也最好是鋼絲或股線。
光纜20也包括用於將鎧裝系統耦合到纜芯構件的裝置，將適合的防水材料108分散在加強構件101-101，105-105和107-107間以及加強構件101-101與纜芯構件36之間。
銅罩110封裝這些加強構件。銅罩110形成在加強構件的周圍，具有一條縱向接縫。將銅罩110的相鄰縱向部分焊接在一起。位於銅罩110周圍的是粘性材料層和在最佳實施例中由中等密度聚乙烯製成並粘接到銅罩上的塑料護套112。
如現有技術中的光纜一樣，銅罩有幾個作用。它提供了適合的導電性和密封。它也有助於將加強構件的封殼和纜芯構件固定在一起。
有利的是，本發明的光纜不僅在光纖和纜芯構件間提供充分耦合以基本上阻止當光纜受力時光纖和纜芯構件的相對運動的而且也改善了光纖進出的方便性。在這裡，纜芯構件露出後，要接觸槽中的光纖變得相當容易。在現有技術中，記得是將光纖嵌入一種普通填質材料中的纜芯構件。另外，纜芯構件槽中的光纖與光纜在加工過程中所受到的壓力隔離。
應該認識到儘管是將單根光纖單獨地或成組地放在纜芯構件的槽中，本發明也包括那些如在前面提到的美國專利4900126中所述將光纖帶放置在一些或所有槽中的光纜和纜芯構件。
同時，應該認識到不是纜芯構件中每一個槽中都需放置光纖。製造廠可特定纜芯構件標準化，該纜芯構件包括例如六個徑向配置的槽，並按特定次序可僅在其中三個槽中放置光纖。在這些情況中，填質材料也可置於未使用槽中以及已放入光纖的槽中，來增強纜芯構件和平衡其內應力。當然，製造廠可優化纜芯構件結構，例如在圖5中所描繪的三個槽的纜芯構件。在一個可供選擇的實施例中，可將廉價的光纖填充物放入那些沒有安放傳輸光纖的槽中或那些安放在光纖數少於可實際容納的光纖數的槽中。這可導致比使用附加填質材料來完成對這些槽的填充要節約成本。
可用彩色編碼來識別光纖。這可通過對光纖本身進行彩色編碼來完成。在可供選擇的實施例中，可對每個槽的填質材料有選擇性地著色，或者在每個槽的填質材料頂端使用著色的蓋子。被安放在每個槽中以使其中光纖與纜芯構件相耦合的外理過的填質材料可以是相對低模材料較少量的具有使用在槽外蓋上顏色的高模材料。在另一個實施例中，每個槽內表面上的一層著色劑材料適合粘附於填質材料，並當將光纖從每個槽中移出時與該填質材料一起移出。當然，可通過機械手段或雷射對每個槽中的填質材料作出標記。
權利要求
1.一種光纖維纜，它包含一個包括槽的縱向延伸的纜芯構件，所述槽朝該纜芯構件的外表面開口，安放在所述槽中的至少一根光纖，用於將所述光纖與所述纜芯構件充分耦合以當所述光纖受到外力作用時基本上阻止在所述光纖與所述纜芯構件間的相對運動的裝置，以及置於該纜芯構件周圍的封裝裝置。
2.如權利要求1所述的光纜，其特徵在於所述用於將所述光纖與所述纜芯構件緊密耦合的裝置包括安放於所述槽中用於固定所述光纖克服相對於所述纜芯構件移動的裝置。
3.如權利要求1所述的光纜，其特徵在於所述用於固定所述光纖克服移動的裝置包括一種處理過的塑料。
4.如權利要求3所述的光纜，其特徵在於在每個槽中的可處理塑料在其已被處理後有一朝外呈凹面的表面。
5.如權利要求1所述的光纜，其特徵在於所述槽的側壁向內對所述纜芯構件的縱軸發散。
6.如權利要求1所述的光纜，其特徵在於所述纜芯構件包括許多徑向指向的槽，在至少一個槽中至少安放一根光纖。
7.如權利要求1所述的光纜，其特徵在於所述纜芯構件包括許多槽，每個槽在所述纜芯構件橫截面內有軸線，該軸是與所述纜芯構件外表面同心的圓的切線。
8.如權利要求1所述的光纜，其特徵在於所述纜芯構件包括許多槽，在每個槽中至少安放兩根光纖，當沿所述纜芯構件的周邊測量時每個槽的寬度大於一根光纖的直徑。
9.如權利要求1所述的光纜，其特徵在於所述纜芯構件包括許多槽，在每個槽中在徑向安放了幾根光纖，按徑向測量所述纜芯構件每個槽的深度大於一根光纖外徑與n的乘積。
10.一種光纜纜芯，它包含包括朝所述纜芯構件的外表面張開的槽的縱向延伸的纜芯構件，安放在所述槽內的光纖，以及用於將所述光纖與所述纜芯構件充分耦合以當所述光纜受到外力作用時基本上阻止所述光纖與所述纜芯構件間的相對運動的裝置。
全文摘要
一種光纜20，包括可由塑料製成的縱向延伸的纜芯構件34。該纜芯構件至少形成一個槽36，在該槽中至少有一根光纖28。光纖與纜芯構件充分耦合，最好用經紫外光能處理過的材料。以基本阻止當光纜受力時，纜芯構件和光纖的相對運動。在纜芯構件的周圍安放包括線樣加強構件和塑料護套112的封裝系統。在線樣加強構件間及加強構件的內層和纜芯構件間的空隙中配置防水材料108以導致線樣加強構件和纜芯構件間的耦合。
文檔編號H01B7/14GK1077540SQ93103629
公開日1993年10月20日 申請日期1993年3月30日 優先權日1992年3月31日
發明者朱德祺, K·M·克勞帕, C·J·萊弗, P·D·帕特爾 申請人:美國電話電報公司