具有可控螺旋線+光纖餘長值的光纜及其製造方法
2023-06-26 08:12:46 1
專利名稱：具有可控螺旋線+光纖餘長值的光纜及其製造方法
技術領域：
本發明涉及光纜領域，特別是涉及具有光學性能特徵被管理的光纖的光纜，光學性能特徵被管理是為了高數據速率系統的信號傳輸性能。
背景技術：
光纜用於在非多路及多路光傳輸系統中、在室內及室外環境中傳輸電話、電視、及計算機數據信息。在波分復用系統中，光學性能特徵在保持高數據速率傳輸方面扮演了非常重要的角色。
光學衰減、所傳輸功率的損耗、多色色散、鄰近波長的差異傳輸時間等均是該傳輸系統的光學性能特徵的例子。光學衰減通常是由於來自光波導的光的吸收、散射和漏光，並通常在光纖或光纜中測量為dB/km的損耗值。光纖波導中的多色色散是材料和波導色散的和並通常測量為ps/(nm·Km)。關于波長的折射率的差使材料色散增加。對於用於光纖的基於矽石的玻璃，在通常使用的約0.9μM到1.6μM的通信範圍內，材料色散隨波長的增加而增加。根據波長，材料色散可具有負和正符號。
波導色散源自在光纖的纖芯和包層中行進的光。波導色散還是波長和光纖的折射率分布的函數。例如，可選擇光纖的預先確定的折射率分布以影響那裡的波長色散的波長依存關係，從而影響預定波長的多色色散。在給定波長的給定光纖中的任何給定點，影響波長和材料色散偏差(affect)結合以產生一總的正或負多色色散特徵。關於由多色色散引起的脈衝零散的光學性能關注已產生了對色散補償系統的需要。採用正和負色散補償纖維的色散補償系統仍然遭受與光學衰減關聯的光學性能約束。
美國專利5,611,016描述了承認多色色散偏差的光纜設計。該專利屬於色散平衡的光纜，用於減少波分復用系統中的四光子混頻，該光纜被設計來將累加色散減少至接近於零。色散平衡的光纜要求在同一電纜中具有正和負色散光纖。另外，正色散方面包括色散特徵，該色散特徵定義為正色散光纖的色散的絕對大小的平均值，其在源波長處超過0.8ps/(nm·Km)。此外，負色散光纖特徵要求負色散光纖的色散的絕對大小的平均值在源波長處超過0.8ps/(nm·Km)。前述光纖被做成帶狀、單模光纖設計，用於1550nm波長區間的光學信號的傳輸。光纖呈非絞在一起地或非螺旋形地封在單管電纜中，並被描述為在1550nm具有0.22-0.25dB/km的衰減、在1310nm具有小於0.50dB/km的衰減。在定義的參數中，正色散特徵被描述為+2.3ps/(nm·Km)，負色散特徵被描述為-1.6ps/(nm·Km)。
其它專利描述了涉及時分而不是波分系統的光學性能特徵。例如，美國專利4,478,488描述了光學信號的選擇性的時間壓縮和事件延遲，但沒有討論與衰減或多色色散相關的問題。使用離散信道的系統被描述，離散信道具有連接到標準多波導傳輸段的色散段(dispersive section)，及另一色散段。信號有意於在空間上失相傳播，其可使信道耦合現象最少。一實施例要求各自的塑料被覆層形成於絞在一起的光纖上，被覆層具有變化的直徑，用於改變電纜中的光纖的螺旋線(helix)。每根光纖均距離螺旋軸不同的距離。相比於束內的最近的一根光纖，這使得一些光纖比其他光纖更扭曲並拉伸了位於束外的光纖的長度，及其傳播時間。使用由嵌入在單包層內的多纖芯製成的多芯電纜，每一光纖被固定在不同於任何另一光纖的螺旋線處。
發明內容
本發明致力於一種光纜，其包括多個載體，每一載體中分別具有至少一根光纖，載體確定通常關於光纜的中心區布置的至少兩層，這些層確定靠近中心區的載體的相對內層，載體的外層相對遠離中心區，內和外載體層中的每一層均具有各自的螺旋線+光纖餘長值，層的各自的值之間的差確定一差異範圍(differential range)，差異範圍為約1％或更小。
本發明還致力於包括第一和第二光纜的光纜系統，第一和第二光纜中的每一個均具有各自的布置在載體中的光纖，載體分別確定每一光纜中的通常關於各自的光纜的中心區布置的至少兩層，載體層確定靠近中心區的載體的相對內層，載體的外層相對遠離中心區，內和外載體層中的每一個具有各自的螺旋線+光纖餘長(helix-plus-EFL)值，光纜中的層的各自的螺旋線+光纖餘長值之間的差確定一差異範圍，差異範圍為約1％或更小，且第一光纜的至少一光纖光學連接到第二光纜的至少一光纖。
本發明還致力於包括第一和第二光纜的光纜系統，第一和第二光纜中的每一個均具有各自的布置在載體中的光纖，載體通常在光纜中分別被安排成至少一層，並通常關於各自的光纜的中心區布置，第一光纜具有不同於第二光纜的層數，光纜的載體層具有各自的螺旋線+光纖餘長值，至少一光纜的層的各自的螺旋線+光纖餘長值之間的差確定一差異範圍，差異範圍為約1％或更小，且第一光纜的至少一光纖光學連接到第二光纜的至少一光纖。
本發明還致力於製造光纜的方法，包括為光纜的載體的各個層選擇預定的螺旋線及光纖餘長(EFL)值，其中預定的螺旋線及光纖餘長值被加在一起以計算載體的各個層的各自的螺旋線+光纖餘長值，保持載體的各個層的螺旋線及光纖餘長值，使得各個層的各自的螺旋線+光纖餘長值之間的差為約1％或更小。
圖1為根據本發明的示例性光纜的截面圖。
圖2為描述應變窗口(strain window)上的光纖餘長(EFL)的效應的光纖應變對光纜應變的示例性的圖表。
圖3為覆蓋在根據本發明的負載對最小溫度的示例圖上的圖1的光纜的內管層的等高線。
圖4為覆蓋在根據本發明的負載對最小溫度的示例圖上的圖1的光纜的外管層的等高線。
圖5為根據本發明另一實施例的示例性光纜的截面圖。
具體實施例方式
參考圖1，其示出並描述了用於光學傳輸系統如色散管理的光纜系統(DMCS)中的示例性的光纜10。根據本發明的光纜可以是松管型結構並可包括一種基於矽石的光纖類型，或者它們可確定一包含至少兩種不同的光纖類型的混合設計。例如，光纜可既包括正色散補償光纖，又包括負色散補償光纖(DMCS光纖)，或者包括一種類型的色散管理光纖和非DMCS光纖的結合，例如由康寧公司製造並可從其處獲得的LEAF、SMF-28或METROCORTM光纖。然而，其他適當的光纜結構也可使用本發明的概念，例如，取代用作光纖載體的管，其他適當的載體也可被使用來將光纖布在光纜內。例如，載體還可包括U形載體、開槽纖芯的槽、其他適當的載體、或它們的結合，以用於將光纖布在光纜內(圖5)。
用在根據本發明的光纜中的DMCS光纖具有預定的衰減和多色色散特徵，從而使得在1500-1600nm的波長區間內，多色色散的絕對值的範圍在約10到約40ps/(nm·Km)之間。例如，正色散光纖具有約10到30ps/(nm·Km)的色散，負色散光纖具有約-20到約-40ps/(nm·Km)的色散。
DMCS光纖仍然遭受與光學衰減關聯的光學性能約束。本發明的發明人已認識到，光學衰減和局部多色色散的大小均直接正比於螺旋線值和/或光纖餘長(EFL)。本發明的發明人還發現了對減少光學性能如光學衰減的變化的因素進行管理的方式，其在某種程度上增強了多色色散管理系統。在光學參數的大小主要在於使系統的影響範圍最大的同時，參數的變化的減少同樣允許更大的影響範圍。目前用於確定數字系統質量的一個因素是Q因素，其是所接收的「1」和「0」功率電平除以「1」和「0」電平的標準偏差的和之間的差的比。增加的Q(好的)與更多的功率通過(低衰減)及衰減和多色色散中的功率的一致性(低變化)相關聯。如果色散未被完全補償，在「1」和「0」中的變化增加。
根據本發明的概念，以適當的光纜結構具有多層光纖的光纜具有可控制的螺旋線值和應變窗口，用於控制光學衰減和色散、增強色散管理及導致可接受的Q因素。另外，本發明的概念可使用具有單層光纖的適當光纜實施。
本發明的特徵是光纜中的絕對光纖長度最小化，在保持所需要的光纜空間、熱、及拉伸性能標準的同時具有對單層或多層光纖絞成的光纜中的層中和/或層之間的相對光纖長度的控制。本發明實現了控制螺旋線值、拉伸及壓縮應變窗口、光纜中的強度元件、EFL、和/或光纜的複合材料熱膨脹特徵的平衡。
為製造根據本發明的多層光纜，光纜設計參數如螺旋線和/或EFL值均被控制和/或最小化。根據本發明，其公開了幾個示例性的方程。如在此所用的，螺旋線值意為在任何適當的結構中載體相對於光纜的縱向長度的過長，並通常表示為百分數。例如，單個載體的節距和中徑確定載體的螺旋線值。另外，如在此所用的，EFL值意為光纖如光纖束或帶的長度超出包含該光纖的載體的長度，並通常表示為百分數。方程1示出了單向螺旋的螺旋線值、節距和中徑之間的關係Hi=1+2Pi2Li2-1---(1)]]>其中 Hi＝載體i的螺旋線值；Pi＝載體i的中徑；及Li＝載體i的節距。
另外，本發明的概念可使用具有不同於單向螺旋的其他適當結構的載體的光纜實施，例如，S-Z絞合；然而，使用這些其他適當的結構，對於螺旋線值的其他適當方程和/或逼近通常被要求作為熟練技術人員所已知的。此外，技術人員應理解的是，例如，S-Z絞合具有隨光纜長度變化的反向捻，但由於載體過長而具有可定義的螺旋線值。
在給定套管中央的光纖或光纖束的曲率的名義上的半徑由套管的節距、絞合在套管內的纖芯或纖芯構件的直徑、及套管的直徑確定。方程2示出了直放的光纜的給定套管的中央的光纖或光纖束的曲率的名義上的半徑、節距、纖芯或纖芯構件的直徑、及套管的直徑之間的關係Rj=Lj2+2(Dj+dj)222(Dj+dj)---(2)]]>其中Rj＝套管的中央處的光纖或光纖束的曲率的名義上的半徑，Lj＝套管j的節距，Dj＝套管繞其絞合的纖芯或纖芯構件的直徑，及dj＝套管的外直徑。
用於所絞合的松管型光纜的拉伸應變窗口可被定義為在光纖經歷光纖應變之前光纜可能經歷的百分比軸向延長。方程3表示了用於估計用於本發明中的給定套管中的光纖的應變窗口的方法。
Mej=1+2Lj2[(Dj+dj+j)2-(Dj+2tj+bj)2]-1---(3)]]>其中 Mej＝拉伸應變窗口，Δj＝由套管j中的光纖過長導致的中徑的增加，tj＝套管j的管壁的厚度，及bj＝套管j中的光纖或光纖束的有效直徑。
光纜拉伸應變窗口Me是最小套管拉伸應變窗口，並同樣通常被表示為百分數，其餘參數如方程2中所定義的一樣。
用於所絞合的松管型光纜的壓縮應變窗口通常被定義為在發生光纖壓縮之前光纜可能經歷的百分比軸向壓縮。方程4示出了估計套管j的壓縮應變窗口的方法。
Mcj=1+2Lj2(Dj+dj+j)2-(Dj+2dj-2tj-bj)2]-1---(4)]]>其中Mcj等於壓縮應變窗口，其餘參數與方程3中所定義的一樣。壓縮應變窗口Mc為具有最小絕對值的Mcj並通常被表示為百分數。
光纜的複合材料導熱係數可由方程5估算ac=i=1toNnEiAiaii=1toNnEiAI---(5)]]>其中 αc＝複合材料熱膨脹係數，αi＝材料i膨脹的導熱係數，Ei＝材料i的楊氏模數，Ai＝材料i的截面積，及N＝光纜中在應力下的材料數量。
可允許的溫度極限可從方程6和7得出。
Tmax=(Me+Sa)a+Tnom---(6)]]>其中 Tmax＝設計用途的最大溫度；Me＝光纜拉伸應變窗口；Sα＝允許的光纖應變；α＝複合材料導熱係數；及TNom＝用於光纜特徵計算的名義上的設計溫度。
Tmin=(Mc+Ca)+TNom---(7)]]>其中 Tmin＝設計用途的最小溫度；Mc＝光纜壓縮應變窗口；Cα＝允許的光纖壓縮；α＝複合材料導熱係數；及TNom＝用於光纜特徵計算的名義上的設計溫度。
應變窗口是光纜幾何的特性，其限制在光纜由於外力的應用而伸長時光纖所經歷的應變，或限制在光纜響應於熱影響而縮短或膨脹時光纖所經歷的應變。超出應變窗口則可不利地導致光纖衰減和偏振模色散(PMD)。
根據本發明，光纜中的套管的各個層的各自的螺旋線值、和/或EFL值均被控制。套管的層通常關於光纜的中心是同心的，給定層的管從光纜中心到載體中心均間隔相同的距離。例如，套管的至少兩層的螺旋線值可做成實質上是一樣的，例如，內和外層的各自的螺旋線值可以是約2％，及約2-3％。其他實施例可包括每一層具有可控制的、非相等的螺旋線值，例如，內和外層的各自的螺旋線值可以是0.5％及約3-4％。然而，使用本發明概念的其他適當的螺旋線值可以用於平衡的或非平衡的結構。
圖1示出了光纜10，根據本發明製造的光纜的一示例性實施例。光纜10最好包括至少兩層套管14、18，套管的至少一部分包含鬆散成束的和/或用線成束的光纖15、19，其確定各自的束直徑。管14包括套管的內層，管18包括套管的外層。套管由具有已知和/或可測量的膨脹/收縮溫度係數的材料製成。如上所提及的，管中的光纖可以是正和/或負色散補償，並可包括無色散移位的光纖，如由康寧公司製造並可從其獲得的LEAF、SMF-28光纖和/或METROCORTM光纖。填充棒(filler rod)(未示出)可佔用一個或多個管位置。管14、18最好關於光纜的中心絞合在一起，光纜的中心最好由中心強度元件12佔據。遇水膨脹帶16可鄰近套管布置。如由聚乙烯製成的周圍的光纜護套20被擠壓出在構件的上面。
在優選實施例中，套管外直徑(OD)隨管層到管層的不同而變化，但外徑在給定層內最好是一樣的。優選地，具有相對較小的外管徑的管層作為內管層。同樣，管中的光纖及光纖類型的數量在層之間或同一層內的管之間可以是不同的。另外，不同層的EFL可按照在此所討論的進行控制。優選地，所有的光纜構件均在適當的製造規範內進行製造，並具有已知的和/或可測量的材料、機械或幾何特徵。例如，構件的各自的模量是已知的，每一套管實質上是圓的並具有內和外徑，內和外徑確定通常為常數的管壁厚度，且套管在製造公差範圍內沿節距或螺距絞合。優選地，螺旋線值從管層到管層均被控制。在一實施例中，根據本發明製造的光纜的套管層的至少兩層有利地具有實質上相同的螺旋線值。
根據本發明，每一層的壓縮幅度是不同的，且是套管尺寸及節距的函數。根據本發明的光纜的熱限制最好由至少兩層之間的最高的所需最小溫度定額確定。換言之，所需要的應變窗口最好基於所需要的最小溫度限制。
在優選實施例中，光纜10具有示例性的-40℃最小溫度極限及70℃的最大溫度極限，其在內層上具有8-9根套管，在外層上具有12-13根套管。滿足這些溫度要求的光纜可用同樣的3.0/2.3mm(OD/ID)管制造，例如，內層和外層具有約1.61％的最大螺旋線值。通過在外層使用3.0/2.3mm管、而在內層使用2.4/1.7mm管，可獲得約1.45％的減小的螺旋線值。通過在外層使用3.15/2.9mm管、而在內層使用2.9/2.2mm管，甚至可獲得更低的約0.96％的螺旋線值。前面的內容假定用在上文中出現的方程中的材料、機械及幾何特徵是已知的或可測量的。光纜設計上的其他約束，如最大允許的直徑及重量，通常對將用在特定系統中的光纜提出了限制因素。
說明性地，優選的管外徑範圍為約1.5mm到約8.0mm，節距範圍為約60mm到約600mm。總之，內層的管相比於在至少一其他層中的套管，具有不同的外徑和內徑。在一例子中，內層具有2.5/1.8mm的管，外層具有3.0/2.3mm的管，所有的管具有12根光纖。這使能有節距，其適當光纜具有可控制的螺旋線值，例如在兩層中的實質上相同的螺旋線值(百分數)，並滿足熱及拉伸定額要求。對於具有至少兩層及實質上平衡的螺旋線值的給定光纖計數，這還使得光纜的整個直徑能夠最小化。
根據本發明的光纜可使用如熔接接合的方式而光學互連以確定一光纜系統。在一系統實施例中，不需要在各個光纜的套管的內層和外層之間進行交叉接合，所連接的光纜具有最小的光纖長度變化，從而使差異光纖長度最小。具有類似的螺旋線值的套管的層被互連。換言之，光纜系統具有第一和第二光纜，第一和第二光纜的每一個具有各自的布置在套管中的光纖。套管分布確定光纜中的至少兩層，並通常分別關於光纜的中心區絞合。套管層確定一靠近中心區的套管的相對內層，及相對遠離中心區的套管的外層。內和外套管層的每一個分別確定一螺旋線值，其在每一光纜內實質上是一樣的。第一光纜的套管的層光學連接到第二光纜的套管的對應層，如通過熔接接合。例如，在系統中，從光纜到光纜，內層可連接到內層。
其他平衡的光纜系統也是可能的。例如，每一光纜內的各自的螺旋線值實質上不相等，且第一光纜的套管的層光學連接到第二光纜的套管的非對應層。例如，第一光纜的套管的外層連接到第二光纜的套管的內層，反之亦然。各自的螺旋線值按照系統要求所需要的進行建立。所互連的層的螺旋線值可實質上是相同的或不相等的。
使用本發明概念的平衡光纜系統的其他實施例也是可能的。例如，具有單層套管的第一光纜可光學連接到具有多層套管的第二光纜。說明性地，第一光纜具有一層12根套管，每一套管具有12根光纖，其總光纖數為144根。第二光纜具有兩層套管，內層有6根套管，外層有12根套管，每一管具有12根光纖，其總光纖數為216根光纖。第二光纜的內層的六根管中的光纖可被連接到第一光纜的第一六根管，第二光纜的外層的六根管可被連接到第一光纜的其餘六根管。類似地，具有相同的或其他適當結構的層和/或光纖數的光纜可使用本發明的概念以其他方式進行光學互連。例如，第一光纜的十二根管可被光學互連到第二光纜的外層的十二根管。
本發明的光纜和/或系統可被用作空間分集備用系統(spacediversity backup system)，例如，其中一光纜用作同一系統中的兩根其他具有不同的螺旋線值的光纜的備用。為使備用光纖長度與主系統光纖之間的差最小，根據本發明的光纜的每一層中的螺旋線值可被使得對應於被支持的光纜中的螺旋線值。
在本發明的其他實施例中，EFL可被控制，例如，EFL在層之間可以是一樣的，也可以是不同的，可具有或不具有平衡的螺旋線。然而，通常在實現平衡的螺旋線時，層之間的EFL通常是相等的，層之間的光纜特徵可以是實質上不同的，如下所述。在光纜製造好後，很難物理地測量EFL。然而，EFL通常可通過測量光纜和/或光纖特徵來確定。
EFL可通過物理測量套管長度並將其與光纖長度比較來確定和/或約計，和/或測量應變窗口可約計EFL。圖2示出了光纖應變/光纜應變對光纜應變的圖表。應變窗口可被定義為壓縮應變窗口加拉伸應變窗口的和。低壓縮應變窗口指明在光纜處於壓縮情形時會有光學性能降級的風險，例如，該風險由低溫條件造成。低拉伸應變窗口指明在光纜處於拉伸情形時會有光纜光學性能降級的風險。在光纖實質上未經歷應變時，兩個出口存在一對應於圖2沿0％光纖應變的中間位置的狀態。沿0％光纖應變線，寬的總應變窗口對於寬拉伸和/或低溫光纜應用是適合需要的。
用於說明，線22為代表性的數據，其指明由於拉伸或壓縮力作用於光纜之上，光纜中存在光纜應變。光纜應變線22穿過光纖應變中間位置及光纜應變中間位置。在光纖應變中間位置的上面，光纜經受拉伸，在下面，經受壓縮。
截面圖示意性地示出了光纜10的一部分，以說明套管的內層內的光纖的移動。具體地，位於中間強度元件12的相對側上的兩根管14被示出，且為清晰起見，省略了其他管和構件。當由於拉伸光纜中的光纜應變增加時，光纖移向管的內壁直到其與內壁接觸並導致一拐點24a，其中光纖應變通常隨光纜應變而線性增加。另一方面，當由於壓縮而使光纜應變增加時，光纖移向管的外壁直到其與外壁接觸並導致一拐點24b，其中光纖應變隨光纜應變而線性增加，但通常有非線性。對於光纜設計，在拐點之間的光纖應變實質上為零且光纜性能可能是最令人滿意的。
實質上零EFL的狀態是管及光纖長度實質上相等或平衡時的狀態。長度平衡線24表示其中具有光纖的絞合的套管，其中管的長度和其中的光纖的長度是平衡的，及他們具有實質上一樣的長度，以定義一實質上零的EFL。
比較起來，負及正EFL條件可存在。負EFL線26指明光纖短於套管的情況，從而定義一負EFL條件。換言之，由於負EFL，在套管內的光纖經受拉伸應變之前光纜可能不合需要地抵擋較小的拉伸應變。相反，正EFL線28指明光纖長於套管的情況，從而定義一正EFL條件。
產生中間的、正的或負的EFL條件可影響光纜性能。儘管對於正EFL狀況存在最大的拉伸應變窗口，在如低溫條件期間光纜處於壓縮時，因為如由正EFL線28所示的較小的壓縮應變窗口，光纜性能將遭受影響。類似地，如負EFL線26所示，負EFL可補償低溫影響。然而，將導致相對較小的且可能是不合需要的拉伸應變窗口。
其他適當的且最好是更精確的測量EFL的方法可被使用。例如，EFL可通過使用商業可用的高解析度反射計來確定，以確定光學路徑長度。這樣的高解析度反射計為可從日本東京的Ando Electric Co.獲得的AQ7410型號反射計。
根據本發明的概念，需要改善光纜和/或系統性能，其通過使用螺旋線和/或EFL值在層、束和/或帶堆之間平衡光纖路徑長度而得以實現，同時保持令人滿意的熱和/或光學性能等級。
熟練的技術人員可理解的是，相對於光纜的縱向長度的真實光纖路徑長度由螺旋線值乘以EFL值給出。然而，對於適當的範圍，螺旋線值與EFL值的算術和是光纖路徑長度的相對準確的逼近。例如，1.5％螺旋線值與0.1％EFL值結合具有約1.6015％的真實光學路徑長度，而螺旋線+光纖餘長值約計約1.6％的光學路徑長度。用於說明，圖3和圖4示出了位於描述光纜上的最大載重對最小溫度的圖表上面的EFL等高線(實線對角線)和螺旋線+光纖餘長等高線(虛線對角線)。根據本發明的例子，拉伸光纖應變被限制到預定的值，即約0.3％。
詳細地，圖3和4均通過使用商業可用的軟體包並使用上面公開的設計方程產生。圖3表示與管如套管14、15的內層關聯的特徵。圖4表示與管如套管18、19的外層關聯的特徵。然而，該概念也可用於其他適當的光纜結構。
作為例子，傳統的光纜設計將被描述。如圖3所示，點A表示內管組件具有約-50℃的最小溫度，及約0.1％的EFL(通過讀EFL等高線)。類似地，如圖4所示，點A表示外管組件具有約-50℃的最小溫度及約0.1％的EFL(通過再次讀EFL等高線)。每一管層的螺旋線+光纖餘長值表示光學路徑長度的更準確的描述，而不僅僅是螺旋線值。這對於依賴長度的光學性能特徵如色散和衰減及對Q因素的影響均是很重要的。如圖3所示，內插在螺旋線+光纖餘長值之間，內管的螺旋線+光纖餘長值大約為2.1％，而如圖4所示，外管的螺旋線+光纖餘長值大約為3.4％。換言之，在層之間的螺旋線+光纖餘長值未被平衡。具體地，層之間的螺旋線+光纖餘長值的差為約1.3％。該差在控制依賴長度的衰減和色散特徵的DMCS設計中是很重要的。例如，在DMCS設計中考慮螺旋線+光纖餘長值，可通過消除增音器和/或再生器的需要而避免系統裝備費用。
本發明的實施例包括內和外套管層，每一層具有各自的螺旋線+光纖餘長值，其中螺旋線+光纖餘長值通常是平衡的，例如實質上是一樣的和/或在層之間的差異範圍內。類似的，預定層的載體及其中的各自的光纖可具有螺旋線+光纖餘長值，其中螺旋線+光纖餘長值通常是平衡的和/或在層內的局部差異範圍內。例如，在層之間和/或一層內的螺旋線+光纖餘長值具有約1.0％左右的差，0.5％左右更好，0.2％左右最好。例如，載體層，具有各自的平衡的螺旋線+光纖餘長值的管可被實現，其在層和/或布置在載體內的之間具有實質上相同的EFL值。實質上相同的EFL意為光纖之間的EFL值之間的差為約0.3％或更小，該差為約0.2％或更小則更好，最好該差為0.1％或更小。此外，給定層的平均EFL值可通過將該層的每一載體內的光纖的EFL值相加並除以載體數量而計算出來。然而，本發明的其他實施例可包括實質上不同的螺旋線+光纖餘長值。
更具體地，本發明的實施例在層之間可包括平衡的螺旋線+光纖餘長值，同時在層中具有實質上一樣的EFL；然而，例如，對於最小溫度，層可具有不同的值。用於說明，如圖3所示，點B表示內管組件具有約2.5％的螺旋線+光纖餘長值及約0.1％的EFL。如圖4所示，點B表示外管組件具有約2.5％的螺旋線+光纖餘長值及約0.1％的EFL。然而，內管組件和外管組件可適應的最小溫度不一樣。更具體地，如圖3所示，內管組件可適應約-65℃的最小溫度，而如圖4所示，外管組件僅可適應約-25℃的最小溫度。在該例子中，層可適應的最小溫度差為約40℃。通常，最好但不是必須使光纜內的層額定在預定的最小溫度或其之下。
另外，本發明的實施例還可包括載體層之間的平衡的螺旋線+光纖餘長值，例如，在層之間具有實質上相同的EFL值的管層允許層通常適應大約一樣的最小溫度。同樣的最小溫度意為層可適應約50℃或更小的最小溫度差，約20℃或更小的最小溫度則更好，最好為約10℃。用於說明，如圖3所示，點C表示內管組件具有約2.0％的螺旋線+光纖餘長值及約0.08％的EFL。如圖4所示，點C表示外管組件具有約2.0％的螺旋線+光纖餘長值及約-0.07％的EFL。有利地，內管組件及外管組件可適應的最小溫度是大約一樣的，即約-50℃。
還是在本發明的其他實施例中，載體如套管可具有不同數量的光纖。例如，相對於套管的內層的束或堆，套管的外層可具有較少數量的光纖束或堆，同時還使層之間的螺旋線+光纖餘長值平衡。然而，在其他實施例中，載體如套管的內層可具有較少數量的光纖束或堆，同時還使層之間的螺旋線+光纖餘長值平衡。也是在其他實施例中，光纜包括一層光纖載體，例如套管，並具有擠壓在其周圍的光纜護套，其類似於圖1中移去第二層管的情況。單層光纜最好在載體和/或單層的光纖之間具有最小的、平衡的螺旋線和/或平衡的螺旋線+光纖餘長值。另外，單層光纜可包括其他適當的光纜構件。
另外，採用螺旋線+光纖餘長值概念的光纜可通過熔接接合而被光學互連，以定義一光纜系統。光纜可如在此所述的被光學互連和/或使用其他適當的結構。
根據本發明的製造光纜的方法包括為其中具有光纖的至少一層載體選擇預定的螺旋線值和預定的光纖餘長。另外，對於這些預定值的螺旋線+光纖餘長值應被保持，使得具有光纖布置於其中的第一層載體的各自的螺旋線+光纖餘長值之間的差具有約1％或更小的局部差異範圍。此外，在層之間的各自的螺旋線+光纖餘長值之間的差可被保持為具有約1％或更小的差異範圍。然而，根據本發明的概念，其他範圍也可被保持。
此外，除了用於光纖的松管外，其他適當的光纜構造可使用其他適當的載體；然而，熟練的技術人員應該理解的是，對於這些其他光纜結構，可能要求不同的設計方程。例如，本發明的概念可應用於具有U形載體和/或開槽的纖芯的載體的光纜，而不是松管型載體。例如，圖5示出了具有兩層載體14』、18』的光纜10』，載體中具有光纖堆15』、19』。具體地，開槽的纖芯13包括定義載體的內層的開槽的纖芯載體14』，及定義載體外層的U形載體18』。
此外，本發明的概念可應用於其中絞合有光纖束的單管光纜結構。光纖束通常不包括載體；然而，光纖束的螺旋線值可被平衡，使得光纖具有實質上相同的光學路徑長度。單管結構通常不應具有螺旋線+光纖餘長值，因為光纖束缺乏載體。例如，在單管內，光纖束的內層被以預定的螺旋絞合，束的外層被以預定螺旋絞合，使得內和外層之間的各自的螺旋線值被平衡。
本發明已參考前述的實施例進行了描述，但僅是對在此公開的發明概念的說明而不是限制。本領域技術人員將意識到，前述實施例的變化和修改可在不脫離本發明的範圍的情況下進行。在所描述的示例性實施例中，光纜可包括開傘索28、帶、阻水構件、防護、抗變形元件、套管填充物、纖芯黏合劑、和/或其他在美國專利5,930,431、5,970,196或6,014,487中公開的光纜構件，其分別組合於此用於參考。
權利要求
1.一種光纜，包括包括多個載體，每一載體中分別具有至少一根光纖，所述載體確定通常關於光纜的中心區布置的至少兩層；所述層確定靠近所述中心區的載體的相對內層，載體的外層相對遠離中心區，所述內和外載體層中的每一層均包含各自的螺旋線+光纖餘長值，層的所述各自的螺旋線+光纖餘長值之間的差確定一差異範圍，所述差異範圍為約1％或更小。
2.根據權利要求1所述的光纜，所述螺旋線+光纖餘長差異範圍為約0.5％或更小。
3.根據權利要求1所述的光纜，所述螺旋線+光纖餘長差異範圍為約0.2％或更小。
4.根據權利要求1所述的光纜，所述布置在各個載體中的光纖包括各自的光纖餘長值，載體的所述內和外層的所述光纖具有各自的平均光纖餘長值，所述層的所述各自的平均EFL值之間的差定義一EFL差異範圍，所述EFL差異範圍為約0.3％或更小。
5.根據權利要求4所述的光纜，所述EFL差異範圍為約0.2％或更小。
6.根據權利要求4所述的光纜，所述EFL差異範圍為約0.1％或更小。
7.根據權利要求1所述的光纜，所述載體為套管，其具有從管層到管層變化的內徑或外徑。
8.根據權利要求1所述的光纜，所述載體為套管，所述層具有相對較小的套管壁內或外徑，其為內管層。
9.根據權利要求1所述的光纜，布置在所述層中的所述光纖具有各自的平均光纖餘長值，所述層的所述平均光纖餘長值不相同。
10.根據權利要求1所述的光纜，載體的所述內層的所述光纖具有正平均光纖餘長值，且載體的所述外層的所述光纖具有負平均光纖餘長值。
11.根據權利要求1所述的光纜，所述層能夠適應各自的最小溫度，所述層之間的所述各自的最小溫度之間的差為約50℃或更小。
12.根據權利要求1所述的光纜，所述層能夠適應各自的最小溫度，所述層之間的所述各自的最小溫度之間的差為約20℃或更小。
13.根據權利要求1所述的光纜，其作為光纜系統的一部分。
14.根據權利要求1所述的光纜，至少一所述載體為U形載體。
15.根據權利要求1所述的光纜，至少一所述載體為槽。
16.一種光纜系統，包括第一和第二光纜，所述第一和第二光纜中的每一個均具有各自的布置在載體中的光纖，所述載體分別確定所述光纜中的通常關於各自的光纜的中心區布置的至少兩層；所述載體層確定靠近所述中心區的載體的相對內層，載體的外層相對遠離所述中心區，所述內和外載體層中的每一個包含各自的螺旋線+光纖餘長值，所述光纜中的層的各自的螺旋線+光纖餘長值之間的差確定一差異範圍，所述差異範圍為約1％或更小；且所述第一光纜的至少一光纖光學連接到所述第二光纜的至少一光纖。
17.根據權利要求16所述的光纜系統，至少一所述光纜的所述螺旋線+光纖餘長差異範圍為0.5％或更小。
18.根據權利要求16所述的光纜系統，至少一所述光纜的所述螺旋線+光纖餘長差異範圍為0.2％或更小。
19.根據權利要求16所述的光纜系統，至少一所述光纜的載體的所述內和外層的所述各自的光纖具有各自的平均光纖餘長值，所述各自的平均光纖餘長值之間的差確定一光纖餘長差異範圍，所述光纖餘長差異範圍為約0.3％或更小。
20.根據權利要求19所述的光纜系統，所述EFL差異範圍為約0.2％或更小。
21.根據權利要求19所述的光纜系統，所述光纖餘長差異範圍為約0.1％或更小。
22.根據權利要求16所述的光纜系統，所述第一光纜的所述至少一光纖光學連接到所述第二光纜的相同的各自層中的至少一光纖。
23.根據權利要求16所述的光纜系統，所述第一光纜的所述至少一光纖光學連接到所述第二光纜的不同的各自層中的至少一光纖。
24.一種光纜系統，包括第一和第二光纜，所述第一和第二光纜中的每一個均具有各自的布置在載體中的光纖，所述載體通常在所述光纜中分別被安排成至少一層，並通常關於各自的光纜的中心區布置；所述第一光纜具有不同於所述第二光纜的層數；所述光纜的所述載體層包含各自的螺旋線+光纖餘長值，至少一所述光纜的層的所述各自的螺旋線+光纖餘長值之間的差確定一差異範圍，所述差異範圍為約1％或更小；且所述第一光纜的至少一光纖光學連接到所述第二光纜的至少一光纖。
25.根據權利要求24所述的光纜系統，至少一所述光纜的所述螺旋線+光纖餘長差異範圍為約0.5％或更小。
26.根據權利要求24所述的光纜系統，至少一所述光纜的所述螺旋線+光纖餘長差異範圍為約0.2％或更小。
27.根據權利要求24所述的光纜系統，至少一所述光纜的布置在各自的載體中的所述光纖包括各自的光纖餘長值，所述至少一光纜的所述層具有各自的平均光纖餘長值，所述各自的平均光纖餘長值之間的差確定一光纖餘長差異範圍，所述EFL差異範圍為約0.3％或更小。
28.根據權利要求27所述的光纜系統，所述光纖餘長差異範圍為約0.2％或更小。
29.根據權利要求27所述的光纜系統，所述光纖餘長差異範圍為約0.1％或更小。
30.根據權利要求24所述的光纜系統，所述第一光纜的所述至少一光纖光學連接到所述第二光纜的相同各自層中的至少一光纖。
31.根據權利要求24所述的光纜系統，所述第一光纜的所述至少一光纖光學連接到所述第二光纜的不同各自層中的至少一光纖。
32.一種製造光纜的方法，包括為所述光纜的載體的各個層選擇預定的螺旋線及光纖餘長值，其中所述預定的螺旋線及光纖餘長值被加在一起以計算載體的所述各個層的各自的螺旋線+光纖餘長值；保持載體的各個層的所述螺旋線及光纖餘長值，使得所述各個層的各自的螺旋線+光纖餘長值之間的差為約1％或更小。
33.根據權利要求32所述的方法，所述保持的步驟還包括所述各自層的各自的螺旋線+光纖餘長值之間的差為約0.5％或更小。
34.根據權利要求32所述的方法，所述保持的步驟還包括所述各自層的各自的螺旋線+光纖餘長值之間的差為約0.2％或更小。
35.根據權利要求32所述的方法，所述選擇各自的光纖餘長值的步驟還包括在約0.3％或更小的範圍內為各個層選擇光纖餘長值。
36.根據權利要求32所述的方法，所述選擇各自的光纖餘長值的步驟還包括在約0.2％或更小的範圍內為各個層選擇光纖餘長值。
37.根據權利要求32所述的方法，所述選擇各自的光纖餘長值的步驟還包括在約0.1％或更小的範圍內為各個層選擇光纖餘長值。
38.根據權利要求32所述的方法，所述選擇各自的光纖餘長值的步驟還包括為至少一所述各自的層選擇負光纖餘長值。
39.根據權利要求32所述的方法，所述選擇的步驟還包括選擇螺旋線+光纖餘長值以適應各自的最小溫度，各個層的所述最小溫度之間的差為約50℃或更小。
40.根據權利要求32所述的方法，所述選擇的步驟還包括選擇螺旋線+光纖餘長值以適應各自的最小溫度，各個層的所述最小溫度之間的差為約20℃或更小。
全文摘要
光纜及其製造方法，包括多個載體，載體中具有至少一根光纖。在一實施例中，載體在光纜內被安排成兩層，並通常關於光纜的中心區布置。每一層具有各自的螺旋線+光纖餘長值。這些層的各自的螺旋線+光纖餘長值之間的差確定一差分範圍，該範圍最好為約1％或更小。另外，光纜可用在光纜系統中，如色散管理電纜系統(DMCS)。
文檔編號G02B6/34GK1643425SQ03807093
公開日2005年7月20日 申請日期2003年3月7日 優先權日2002年3月27日
發明者戴維·A·塞登, 威廉姆·S·傑克曼 申請人:康寧光纜系統有限公司