專利名稱：多束數光纖光纜的制作方法
發明
背景技術：
領域本發明涉及一種通訊光纜的結構，特別是涉及一種容納大量光纖的光纜結構。
現有技術在通訊和信息網中所用的多根光纖可分別提供，其中用軟塑性材料的緩沖層包裹每根光纖的包層，用硬外層圍繞在緩沖層周圍以使光纖免受外界影響。并且光纖也可用“松套管(loose tube)”光纜的形式提供，其中光纖被疏松地放入一根或多根由光纜護套包圍的柔性空管中，這樣，在野外的安裝或維修期間，操作光纜時可避免過度應力作用于光纖。
松套管光纜還可包括一個中央電介質元件，該中央電介質元件可為光纜提供剛性，并且其充當固體芯可使各光纖按需要成形。當在室外使用時，通常在松套管光纜中充滿凝膠，其中凝膠作為緩沖裝置并可防潮。
每根都具有多根光纖的若干根松套管光纜還可用單個的外護套結合在一起來形成一條光纜。例如，216根光纖束數的光纜可將18根每根管中具有12根光纖的松套管光纜裝入護套中來制造。參見J.Hecht，認識光纖(Understanding Fiber Optics)，Prentice Hall(3rd，1999)第152-155頁(Hecht)。而且還可買到每根管中有4、6或8根光纖束數的松套管光纜。
OFS提供的所謂的XpressTube光纜由在一個彩色標記外護套內的若干束每束包含12根光纖的松套管光纜單元和一根開索(rip cord)組成。一根芯管圍繞所有具有12根光纖的光纜單元，該芯管還包覆高密度聚乙烯(HDPE)護套，并在該護套中放入在直徑上相對的成對開索和強力構件(金屬的或電介質的)。XpressTube光纜包括12根這樣的光纜單元，每個光纜單元具有12根光纖，因此其包括了144根光纖，所有的光纖都能被容易地辨別并接觸。參見美國專利No.4,909,593(1990年3月20日)；No.5,155,789(1992年10月13日)；和No.4,822,132(1989年4月18日)。
集合多根光纖形成具有可拆護套的光纖組件，然后將多個這樣的光纖組件封裝入一共同外護套的基本概念是廣為人知的微鞘光纜結構。參見P.Trombert等人的“微鞘光纜；新穎設計”國際導線和光纜會議論文集(“The Microsheath Cable；A NoVel Design”InternationalWire and Cable Symposium Proceedings)(1991)，第24-30頁；P，Jamet等人的“微鞘光纜的制造和現場試驗”國際導線和光纜會議論文集(“Manufacturing and Field Experimentation of MicrosheathCable”，Int’l Wire and Cable Symp.Proc.)(1994)第196-202頁；和Pastuszka等人的“具有簡化安裝特性的新型多光纖束數小尺寸光纜”國際導線和光纜會議論文集(“A New Type of High Fiber Count，LowDimension Optical Cable With Simplified InstallationCharacteristics”Int’l Wire and Cable Symp.Proc.)(1999)，第106-11頁。
具有可達216根光纖的XpressTube或其他微鞘光纜可使用每束12根光纖的典型光纖組件制造。因此，每條216根光纖數的光纜需要18束這樣的組件。由于生產每束具有多于12根光纖的組件又困難又費成本，因此光纖數大于216的光纜必須在單個結構中容納多于18束的這樣的組件。這種限制使制造過程變得非常復雜。此外，對于任意一根光纖的辨別和維護也變得困難。
發明概述根據本發明，光纜包括多個光纖束。每束包括多個光纜單元，一個相對薄的表皮圍繞該光纜單元，并將其限制在可覆蓋光纖束長度的第一結構中。每個光纜單元包括多根光纖和圍繞這些光纖的一個外護套。光纖束由光纜的外護套保護性地封入并保持在第二結構中。
在一個說明性實施方案中，將六束光纖束排列在光纜內部，并將該光纖束的圍繞表皮作標記以用于辨別。每束光纖束包括六個光纜單元，其護套也作上標記，每個光纜單元又包括12根單獨標記的光纖。這樣，全部432根光纖以按需要可容易地維護任意一根光纖的方式封入到光纜中。
為了更好地理解本發明，可結合附圖和附加的權利要求來參照下面描述。
附圖簡述圖中
圖1是光纜單元或組件的橫截面圖；圖2是24根光纖的光纖束的橫截面圖；圖3是36根光纖的光纖束的橫截面圖；圖4是48根光纖的光纖束的橫截面圖；圖5是72根光纖的光纖束的橫截面圖；圖6是72根光纖的光纖束的另一實施方案的橫截面圖；圖7是432根光纖的纜芯的第一實施方案的橫截面；圖8是432根光纖的纜芯的第二實施方案的橫截面圖；圖9是432根光纖的纜芯的第三實施方案的橫截面圖；圖10是包括圖8纜芯的432根光纖的光纜的橫截面圖；圖11是具有整體松套管結構的432根光纖的光纜的橫截面圖。
發明詳述圖1是模塊化光纜單元10以單元橫著軸線的橫截面圖。單元10包括多根單光纖12，每根光纖具有為了辨別目的而作標記的外保護層，例如，通過顏色和/或打印標記來辨別。光纖12由例如線性低密度聚乙烯(LLDPE)這樣的聚烯烴制成的共同護套包圍。護套14相對薄一些，例如不超過大約0.008英寸(0.2mm)。在該說明性實施方案中，光纜單元10具有12根光纖，護套14的標稱外部直徑優選不超過大約0.059英寸(1.5mm)。填料或凝膠16填滿護套14內部所有打開的間隙，開索18沿護套的內圓周延伸，并超出光纜單元的兩端。這樣，拉動開索18的自由端就能打開護套14，并且各單光纖12的裸露端可用顏色或標記來辨別。
圖2是24根光纖的光纖束20的橫截面圖，其中光纖束20包括兩個圖1的兩個光纜單元。光纖束20具有由LLDPE、聚丙烯、或相似材料制成的薄表皮22，其將兩個相互在光纖束的全部長度上接近的單個光纜單元扎在一起，并且對單個單元提供附加保護。該表皮厚度優選不超過大約0.008英寸(0.2mm)。
在光纖束20中，在光纜單元10的表皮22和護套14之間，可提供例如芳族聚酰胺、玻璃紗、超級粉狀吸收劑、和/或水膨脹帶以填滿所有間隙從而減少或除去潮氣。除了在每個光纜單元中的開索18以外，光纖束的開索28在光纖束20的全部長度上延伸在表皮22的內圓周附近，這樣，表皮可在光纖束相對的兩個端部打開以維護各個光纜單元。
圖3是根據本發明的36根光纖的光纖束30的橫截面圖，其中光纖束30包括圖1中的三個光纜單元10。由LLDPE、聚丙烯、或相似材料制成的薄光纖束表皮32在光纖束的全部長度上將各個光纜單元相互扎在一起，并且提供對單個裝置的附加保護。光纖束的開索38在表皮32的內表面附近延伸遍及光纖束30的全部長度，并提供例如芳族聚酰胺、玻璃紗、超級粉狀吸收劑、和/或水膨脹帶等的水吸收材料以填滿在光纜單元10的護套14和光纖束表皮32之間的所有間隙。
圖4是根據本發明的48根光纖的光纖束40的橫截面圖。由LLDPE、聚丙烯、或相似材料制成的薄表皮42在光纖束的全部長度上將4個圖1中的光纜單元10緊密地扎在一起。光纖束的開索48在表皮42的內表面附近延伸遍及光纖束的全部長度，一種或多種吸潮材料可填滿在光纜單元10的護套14和光纖束表皮42之間的所有間隙。
如果需要，在光纖束30、40中的光纜單元10可布置在沿任何一根光纖束軸線延伸的中央組織體或填充元件的周圍(圖3和圖4中未示出)。另外，通過連續地絞或反向擺動絞(ROL)，各個光纜單元10可關于填充元件擰成股，其中反向擺動絞(ROL)中，圍繞填充元件的絞合(CW或CCW)方向在一定數量的捻度后反向，或者單元10可布置成沒有任何絞合。
圖5是根據本發明的72根光纖的光纖束50的橫截面圖。薄表皮42圍繞6個圖1中的光纜單元10，其在光纖束50的全部長度上將單元10相互扎在一起。與光纖束表皮32、42相同，表皮52優選由LLDPE、聚丙烯、或相似材料制成，其厚度不超過大約0.008英寸(0.2mm)。光纖束的開索58在光纖束表皮52的內表面附近延伸遍及光纖束50的全部長度，牽拉開索的自由端并在光纖束50兩端撕開表皮可維護各個光纜單元10。另外，例如芳族聚酰胺、玻璃紗、和/或水膨脹帶的水吸收材料可以填充到光纜單元的護套14和光纖束表皮52的內表面之間。
圖6是根據本發明的72根光纖的光纖束60的另一實施方案的橫截面圖。與圖5的實施方案中相同或相似的部件使用相同的附圖標記。不同之處在于，光纖束60增加了中央組織體或填充元件62。填充元件62可以是用塑料條、玻璃條或涂覆包括例如HDPE的塑料材料的玻璃條制成。如上所述，除了給光纖束60賦予抗拉強度外，填充元件62的目的還在于在整個光纖束60的長度上，將各個光纜單元10保持在例如圖6所示的相對于彼此的所需方向。圖5、圖6中的72根光纖的光纖束50、60的外部直徑優選不超過大約0.193英寸(4.9mm)。
圖7是根據本發明的432根光纖的纜芯的第一實施方案的橫截面圖。纜芯70包括六束圖5所示的72根光纖的光纖束50。通過顏色和/和打印標記來標記每束光纖束的薄表皮52，以定位和維護包括在光纖束中所需的光纜單元。所有的光纖束50都包括在具有例如大約為0.72英寸(18.76mm)的外直徑和大約0.6英寸(15.24mm)的內直徑的芯管72中。芯管72優選由例如聚乙烯的塑料制成，壁厚大約為0.035英寸(0.89mm)。圖7的纜芯70中沒有任何填充元件，并由水膨脹紗74填充，并在芯管72的內圓周上具有一層水膨脹帶76。通過在光纖束的表皮52中引入超級粉狀吸收劑，同樣可防止水沿每根光纖束50進入。
圖8是根據本發明的432根光纖的纜芯80的第二實施方案的橫截面圖。纜芯80由與圖7中的芯管相同或相似的芯管82組成。然而，與圖7的實施方案不同，纜芯80在填充元件84輔助下，保持著圖6中六束72根光纖的光纖束60的均勻或對稱的結構。填充元件84沿著與芯軸線基本一致的纜芯長度方向延伸。光纖束60的表皮52同樣優選通過顏色和/或打印標記來使其能容易地從芯內的36個光纜單元中辨別出給定光纖。各光纖束60和芯管82之間的空隙可用紗(未示出)填充，并可在芯管82的內圓周上配置止水帶層86以減少或除去潮氣。芯管82可通過使用與圖7的實施方案中管72相同的材料和尺寸制成。
圖9是根據本發明的432根光纖的纜芯的第三實施方案的橫截面圖。圖9中所示的構型是所謂的中央芯光纜結構，其包括芯管92和三束光纖束94，每束光纖束94包含十二個圖1所示的光纜單元。每個光纖束94具有不同顏色的厚度為大約0.008英寸的聚丙烯制成的表皮96。芯管92的外直徑大約為0.72英寸(18.3mm)，每束光纖束94的外直徑大約為0.26英寸(6.6mm)。這樣每束光纖束94包含144根光纖，通過使用適當地標記和多個開索，可辨別出并維護其中任何一根給定的光纖。與上述實施方案中一樣，各光纖束的表皮96和芯管內表面之間的空隙可用紗(未示出)填充，并可在管92的內表面上放置止水帶層98以減少或除去進入的潮氣。
圖10是根據本發明的完成的432根光纖的光纜100的沿纜軸線橫切的橫截面圖。光纜100適用于室外和/或地下的各種應用。聚乙烯或類似材料的保護性外護套102包裹芯管82的外圓周。另外，一對開索104、106以在直徑上基本相對地、接近護套壁內表面定位地埋入到外護套102的壁中。此外，一對電介質強力構件108、110以在直徑上基本相對地，沿護套壁長度方向埋入，以賦予光纜100所需的抗拉強度和剛度。光纜100的外直徑例如大約為1.05英寸(26.8mm)。
可以設想的是，一束或多束各光纖束20、30、40、50或60可以是以公知的方式吹制或裝配在現存的管或子管中，所述管或子管起物理保護光纖束的作用，這樣可省去所需的芯管和/或光纖束周圍的外護套。也就是說，光纖束可單獨應用，在這種情況下其不形成多束數光纜的一部分。
圖11是具有整體“松套管”結構的432根光纖的光纜150的橫截面圖，與圖10的“中央芯”結構的光纜100相比，這兩種結構的不同在于一些部件的位置不同，這些部件在裝配時可提供用于承載預期載荷的抗拉強度和剛度。在松套管光纜150中，中央構件152起兩個作用，即，承載載荷(即作為強力構件)和作為其組織體的作用，例如圍繞著它布置六束72根光纖的光纖束60。應當注意到在光纜150中沒有強力構件埋入到光纜護套154中，例如像圖10中光纜100的護套102中的部件110。中央構件152可由例如玻璃增強的聚酯(GRP)形成，其基本是由直徑為大約0.14英寸(3.5mm)的玻璃條包覆一PE層至外直徑達到大約0.22英寸(5.5mm)形成。玻璃條是柔性的并典型由纖維組成。
在中央構件152上運用玻璃同樣可以防止光纜成為電導體，這是不良的。因此在兩個光纜100、150中應優選不采用金屬部件。
在光纜裝配后，總會有水進入光纜的可能性，如果支撐光纜的閉合箱或檢修孔可能會被淹沒。閉合箱特別地被用于電線桿之間空中光纜的安裝上，一根光纜的多根光纖典型地從一側進入所述閉合箱中，在兩根或多根光纜中從閉合箱的相對的另一側引出。如果密封不緊密，水可以進到箱中并蔓延入相連的光纖中。
為了避免水沿例如圖11的中央構件152的光纜元件進行遷移。可以使用止水材料例如(i)超級粉狀吸收劑、(ii)帶有超級粉狀吸收劑的紗或線、或(iii)帶有止水粉末的帶子或簡單的止水帶。這些材料在遇水時體積膨脹并增加數倍，或凝為膠體，以形成可以有效阻止水蔓延的膠質。
特別是，在圖11的松套管光纜150中，將大約為0.02英寸(0.5mm)厚的水膨脹帶156緊密地圍繞六束光纖束60。接著將大約為0.02英寸(0.5mm)的芳族聚酰胺線158包覆在帶154上。不過，由于在帶156上堵水劑向光纜150的中心分散和散布所需的時間，單獨帶156不能有效地阻止水沿中央構件152傳播。即，必須迅速產生“膨脹”來堵水。因此優選在中央構件152的周邊直接布置膨脹線和紗(未示出)。
雖然前面對本發明的優選實施方案進行了描述，但是本領域技術人員可以理解，在不脫離本發明的精神和范圍內可進行各種變型和變化，并且包括所有這些變型和變化的本發明包含在所附權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種光纜，包括多束光纖束；每束光纖束包括多個光纜單元，一薄表皮圍繞該多個光纜單元，以將其在光纖束的長度上將光纜單元保持成第一所需構型；每個光纜單元包括多根光纖，一第一外護套保護性地圍繞所述單元的光纖；和一第二外護套被設置，用于保護性地封裝光纖束和用于將光纖束在光纜長度上保持成第二所需構型。
2.根據權利要求1所述的光纜，包括一個或多個沿光纜長度方向放置的強力構件，以用于賦予光纜所需的抗拉強度。
3.根據權利要求1或2所述的光纜，其中一束或多束光纖束中的每束都具有中央填充元件，用于將光纖束的各光纜單元在光纖束長度上保持成第一所需構型。
4.根據前述任一權利要求所述的光纜，其中光纖束中的每一束都具有在光纖束表皮內圓周附近延伸的相關第一開索，用于打開表皮和對光纖束中的光纜單元進行維護。
5.根據權利要求4中的光纜，其中光纜單元中的每一個單元都具有在第一外護套的內圓周附近延伸的相關第二開索，用于打開第一外護套使該光纜單元的光纖露出。
6.根據權利要求5的光纜，包括一個和多個與第二外護套相關的第三開索，用于打開第二外護套使光纜內的光纖束露出。
7.根據前述任一權利要求所述的光纜，其中標記光纖束的表皮以用于辨別。
8.根據前述任一權利要求所述的光纜，其中標記光纜單元的第一外護套以用于辨別。
9.根據前述任一權利要求所述的光纜，包括一用于容納光纖束的芯管，沿光纜長度方向在第二外護套中埋入一個或多個強力構件，用于賦予光纜所需的抗拉強度。
10.根據前述任一權利要求所述的光纜，包括至少432根所述光纖。
全文摘要
一種光纜，包括多束光纖束；每束光纖束包括多個光纜單元，一薄表皮圍繞該多個光纜單元，以將其在光纖束的長度上將光纜單元保持成第一所需構型；每個光纜單元包括多根光纖，一第一外護套保護性地圍繞所述單元的光纖；和一第二外護套被設置，用于保護性地封裝光纖束和用于將光纖束在光纜長度上保持成第二所需構型。在說明性實施方案中，每個光纜單元具有12根光纖，每束光纖束具有12個光纜單元，六束光纖束由第二外護套保護性地封裝起來，以使光纜可容納432根光纖，其中每根光纖都可用顏色和/或打印標記來標記。
文檔編號G02B6/44GK1690750SQ20041008818
公開日2005年11月2日 申請日期2004年10月14日 優先權日2004年4月28日
發明者路易斯·M·博卡內格拉, 小哈羅德·P·德班 申請人:古河電子北美公司