光纖光纜及其製造方法
2023-05-05 22:56:31 1
專利名稱：光纖光纜及其製造方法
技術領域：
本發明涉及光纖光纜及其製造方法，尤其是，本發明涉及減小這種光纜中的偏振模色散。
光纖橫斷面的畸形改變了光纖內部的雙折射，導致該光纖正常的單偏振模變成兩個正交的偏振模。這兩個模之間的色散稱之為偏振模色散，若此種色散足夠大，則在數字系統中能發生位錯誤。
我們所用的一種製造光纖光纜的方法是，在主線材周圍擠壓出一層熱塑彈性體，為放置光纖提供一個表面。在擠壓出覆蓋光纖的第二層熱塑彈性體之前，第一層熱塑彈性體表面是熔化的，該光纖埋入此表面。我們使用HYTREL 40D作為熱塑材料(HYTREL是Dupont公司的註冊商標)。我們發現，這種結構造成光纖中很大的偏振模色散，由於彈性體擠壓在光纖上產生的應力，形成光纖橫斷面非圓形畸變，這是造成偏振模色散的主要原因。
本發明尋求提供一種改進的結構和一個製造光纖光纜的方法，在此光纖光纜中偏振模色散是很小的。
提供了一個按照本發明的製造光纖光纜的方法，它包括的步驟為在主線材周圍擠壓出一層熱塑彈性體，使這層彈性體凝固，沿著這層凝固的彈性體放置多根光纖，以及擠壓出覆蓋這些光纖的另一層熱塑彈性體。
該方法是在一條加工線上進行的，其中，在主線材周圍擠壓出熱塑彈性體之後，帶塗層的主線材冷卻到彈性體熔點溫度以下，然後沿著這個帶塗層的主線材放置光纖。或者，在主線材周圍擠壓出熱塑彈性體之後，冷卻帶塗層的主線材使塗層固化，在沿著主線材放置光纖之前，對帶塗層的主線材加熱，使塗層在彈性體熔點以下溫度軟化。後一種方法可以在兩個單獨的製作過程中進行，其中，製成帶塗層的主線材並加以存放，然後採用放置多根光纖的過程，其步驟為在沿著主線材放置光纖之前，預熱彈性體塗層，達到其熔點以下的溫度時塗層軟化。
第一層彈性體的溫度可以這樣安排，在放置光纖時，其溫度達到熔點以下26℃，最好是在彈性體熔點的6℃內，此彈性體的熔點約為156℃。
最好是，所採用的熱塑彈性體的楊氏模量值在20℃時小於100MPa。
本發明也包括光纖光纜，它是由帶內、外熱塑彈性體擠壓層的主線材和多根光纖構成，多根光纖放在內層的外表面上，埋入在外層中。
熱塑彈性體可以是HYTREL 35D。第二層熱塑彈性體的合適擠壓溫度在156℃與200℃之間。
光纖可以是繞著自身的軸扭曲的，和/或在擠壓出第二層之前圍著第一層呈螺旋形纏繞。這種扭曲或纏繞可以是連續的，或者在一預定角度內來回變化。一種具有優點的結構是，在光纖長度為1m至10m之間纏繞一圈。
為了更容易理解本發明及其他各個優點，現參照附圖描述本發明的實施例及製作方法，僅以此作為例子而已。這些附圖是
圖1是我們以前製作的一種光纖光纜橫斷面圖；圖2是按照本發明製作的光纖光纜的橫斷面圖；圖3是一示意圖，說明按照本發明的一種製作光纖光纜方法；以及圖4是一示意圖，說明按照本發明的另一種製作光纖光纜方法。
在全部附圖中，採用相同的參考數字表示類似的單元。
圖1畫出我們以前製作的一種光纖光纜結構的橫斷面，這種結構包括主線材10，圍繞此主線材擠壓出第一層熱塑彈性體12，其楊氏模量在20℃時約為100Mpa(MegaPascals)。多根光纖14放置成基本上與主線材平行，並埋入第一層12的外表面16。這是將第一層12的外表面16熔化，把光纖壓入熔化的材料中而做成的。然後第二層熱塑彈性體18在第一層12的外表面和光纖的暴露表面上擠壓成形。按照這種方法插入的光纖因擠壓入第一層中而可能畸變，此外，光纖還受到兩層之間邊界處產生的應力，這種應力是在整體冷卻到室溫過程中產生的。這是因為內層與外層收縮不同的緣故。
現參照圖2，這是一種按照本發明改進的結構，其中，當第一層12溫度在其熔點以下時，光纖14放置在第一層12的外表面16上，所以不會發生光纖埋入第一層12的情況。第二層18然後覆蓋在光纖和第一層上擠壓成形，外層的冷卻收縮不會給埋入的光纖造成很大的應力，因為這些光纖沒有進入第一層中，採用較低楊氏模量值的熱塑材料可以減小應力，其楊氏模量值在20℃時小於100MPa，例如，HYTREL 35D的楊氏模量值在20℃時為46MPa。
現參照圖3，這是說明圖2所示光纖光纜的一種製造方法。第一擠壓機20在主線材10上擠壓出熱塑塗層，熱塑材料是通過入口22進入擠壓機20的。帶有擠壓熱塑層的主線材然後通過一個冷卻室26，由於溫度下降到其熔點以下，冷卻室內熱塑層凝固。帶有擠壓熱塑層的主線材然後進入光纖進料機28，多根光纖14沿著擠壓熱塑層12的外表面16敷設。從光纖進料機28一出來，光纜通過第二個擠壓機30，第二層熱塑材料32被擠壓出來覆蓋在光纖和第一層上。第二層擠壓熱塑材料的溫度控制在不使第一層熔化或非常軟化的溫度上。例如，在使用HYTREL 40D或35D的情況下，156℃至200℃的溫度範圍是可行的，較好的是在160℃至190℃範圍，理想的情況約在150℃。在這種安排下，光纖沒有埋入第一層12中，所以不會由於外層的冷卻而使光纖在邊界處受到應力。
在加上第二層之前，光纖沿著其長度方向最好是被扭過的。可以是繞著自身的軸扭曲，和/或圍著主線材呈螺旋形纏繞，可以是在一預定角度內來回扭曲或纏繞。這種扭曲或纏繞可以在1m至10m之間有一圈。這種纏繞的效果是消除掉任何固有的畸變，因而使偏振模色散減至最小。
圖4是表示一種改進的方法，在其中第二階段，在第一層即主線材的塗層24冷卻之後，在進入光纖匯集和擠壓模具28之前，將塗層在預熱器38中加熱到恰好塗層熔點以下，此模具接收來自光纖捲軸34經預熱器36傳送的光纖。預熱器36並不把光纖的溫度升高到塗層24的熔點以上。模具28使光纖沿著塗層24敷設，通過入口40進來的第二層熱塑彈性體被擠壓成覆蓋光纖。這個光纖與熱塑彈性體的組合然後穿過冷卻槽42。應該明白，涉及圖4描述的步驟可以在擠壓出覆蓋主線材的第一層之後連續地完成，或者作為一個分開的加工過程，給主線材塗上第一層熱塑彈性體並加以存放，接著採用涉及圖4描述的加工過程。
在上述任一個方法中，第一層彈性體在敷設光纖時應該安排在直到熔點以下26℃的溫度，最好是在6℃以內。HYTREL 40D和35D的熔點都是156℃，所以這層彈性體應該有的溫度在120℃與156℃之間，較好的是在150℃至156℃以內，理想的溫度是150℃。在擠壓第二層時，被擠壓的彈性體溫度應該是在恰好熔點之上至熔點以上約50℃的範圍內。在採用HYTREL 35D和40D的情況下，溫度在160℃至200℃之間是較合適的。這一溫度不應該太高，免得使第一層熔化。若冷卻槽緊接著放在模具28之後，當然可以採用較高的溫度，冷卻效果能在短時間內就起作用，不會使第一層熔化。我們發現，採用HYTREL 35D和40D，被擠壓彈性體的溫度為190℃，接著立即冷卻，可使光纜有極好的表面。
測試結果表明，上述減小彈性體楊氏模量以及光纖位於兩層彈性體之間邊界處，得到非常小的偏振模色散，其範圍在0.04至0.09ps/km，此值在環境溫度變化下不會有大的變化。
權利要求
1.一種製造光纖光纜的方法，它包括如下步驟圍繞主線材擠壓出一層熱塑彈性體，使這層熱塑彈性體凝固，沿著這層凝固的熱塑彈性體敷設多根光纖，以及擠壓出覆蓋光纖的另一層熱塑彈性體。
2.按照權利要求1的方法，在一條加工線上完成製作，在圍繞主線材擠壓出一層熱塑彈性體之後，將帶塗層的主線材冷卻到熱塑彈性體熔點溫度以下，然後沿著帶塗層的主線材敷設光纖。
3.按照權利要求1的方法，在圍繞主線材擠壓出一層熱塑彈性體之後，使帶塗層的主線材冷卻以固化塗層，在沿著帶塗層的主線材敷設光纖之前，在低於熱塑彈性體熔點的溫度下加熱帶塗層的主線材以軟化塗層。
4.按照權利要求3的方法，在兩個分開的生產過程中完成製作，其中製成帶塗層的主線材並存放，以及隨後用在敷設多根光纖的過程中，後一過程包括的步驟是，在沿著帶塗層的主線材敷設光纖之前，在熱塑彈性體熔點以下的溫度上預熱該彈性體以軟化塗層。
5.按照上述權利要求中任一項的方法，其中第一層彈性體的溫度在敷設光纖時安排直到在其熔點以下26℃。
6.按照權利要求5的方法，其中此層彈性體的溫度安排在彈性體熔點的6℃以內。
7.按照上述權利要求中任一項的方法，其中彈性體的熔點約為156℃。
8.按照權利要求1至7中任一項的方法，其中所用熱塑彈性體的楊氏模量值在20℃時小於100Mpa。
9.按照權利要求8的方法，其中熱塑彈性體是HYTREL 35D。
10.按照上述權利要求中任一項的方法，其中另一層熱塑彈性體的擠出溫度在156℃與200℃之間。
11.按照上述權利要求中任一項的方法，其中在擠壓出另一層之前，光纖是繞著自身的軸扭曲的。
12.按照上述權利要求中任一項的方法，其中在擠壓出另一層之前，光纖是螺旋狀纏繞第一層。
13.按照權利要求11或12的方法，其中扭曲或纏繞是連續的。
14.按照權利要求11或12的方法，其中扭曲或纏繞是在預定角度內來回變化。
15.按照權利要求11至14中任一項的方法，其中扭曲或纏繞是在光纖長度1m至10m之間有一圈。
16.一種製造光纖光纜的方法，基本上是如參照附圖所描述的。
17.一種光纖光纜，它包括帶有內層和外層擠壓熱塑彈性體的主線材和多根光纖，這些光纖放在內層的外表面上並埋入外層中。
18.按照權利要求17的光纖光纜，其中熱塑彈性體的楊氏模量值在100℃時小於100Mpa.
19.按照權利要求18的光纖光纜，其中熱塑彈性體是HYTREL 35D。
20.按照權利要求17至19中任一項的光纖光纜，其中光纖是繞著自身的軸扭曲的。
21.按照權利要求17至20中任一項的光纖光纜，其中光纖是螺旋狀纏繞主線材。
22.按照權利要求20或21的光纖光纜，其中扭曲或纏繞是連續的。
23.按照權利要求20或21的光纖光纜，其中扭曲或纏繞是在預定角度內來回變化。
24.按照權利要求20至23中任一項的光纖光纜，其中扭曲或纏繞是在1m至10m之間有一圈。
25.一種光纖光纜，基本上是參照附圖所描述的。
全文摘要
一根光纖光纜,它有帶內層和外層擠壓熱塑彈性體(12,18)的主線材(10)。多根光纖(14)放置在內層(12)的外表面(16)上並埋入外層(18)中。此光纖光纜是這樣製成的,圍繞主線材擠壓出一層熱塑彈性體,使這層彈性體凝固,沿著這層凝固的彈性體敷設多根光纖,以及擠壓出覆蓋光纖的另一層熱塑彈性體。
文檔編號B29D11/00GK1192176SQ9619601
公開日1998年9月2日 申請日期1996年7月25日 優先權日1995年7月31日
發明者菲利普·安德魯·諾曼, 凱爾斯·亨德森, 蒂莫西·詹姆斯·狄克遜, 羅伯特·斯圖爾特·巴恩斯, 彼得·沃辛頓, 戴維·柯蒂斯 申請人:阿爾卡達-阿爾斯託姆通用電氣公司