专利名称：装有槽形缆芯构件相耦合光纤的水下光纤维缆的制作方法
技术领域：
本发明涉及装有与槽形缆芯构件相耦合光纤的水下光纤维缆。
由于光纤十分适于大陆间和其它海底通讯，故它们经常被用在水下或海底光缆中作为传输媒介。当然，使用在如此环境中的光纤必须以适合的、经济可行的光缆结构对其进行封装。
用在水底光缆中的光纤面临的一个主要问题是必须对光纤进行密封保护以防水。通过被称为静态疲劳的现象，发现湿度和压力对光纤的共同作用使其强度减小。另外，水下光纤维缆必须包含供以有效直流(D.C)通道以驱动系统中光中继器的装置，必须有足够的强度以经受上述压力和多年在水下环境中工作。
公开在美国专利4156104中的用于光通信的水底光缆已克服了上述问题。其中，缆芯包含一个纵向延伸的加强构件，该构件可以是高强度导电或绝缘材料并被称作为主线(kingwire)。将许多螺旋绞合光纤嵌入一层布置在主线周围的塑料中的诸如hytrel牌塑料。在这层塑料周围可配置一尼龙或其它熔点较高材料的保护层。将几层钢丝绞合在该保护层周围并由密封该缆芯的管形铜罩或套将其与保护层固定在一起。该铜套也有效地提供了用于驱动中继器的导电通道，并也有效地将光缆密封装置的各部件固定在一起。这些钢丝，特别是最里层的纲丝有效地提供了耐光缆在使用期间受到的静水压性。将由聚乙烯塑料组成的护套置于该密封套周围。如果希望增加其耐久性，可以包括一个独立的密度更高的聚乙烯外层护套。在制造这种光缆中，防水材料间置于钢丝之中以及里层钢丝和缆芯之间。
现有技术也包括美国专利4484963。其中，缆芯包含一根由弹性材料围绕的主线，在弹性材料中嵌入许多光纤。加在该弹性材料上的尼龙保护层有一层涂在其上的粘性材料。该粘性材料在尼龙保护层和绞合在其周围的第一层钢丝间形成紧密的结合。这种结合防止了潜移并确保在光缆敷设、光缆复元和实际使用操作过程中缆芯跟踪钢丝。第二层钢丝绞合在第一层周围并在其上形成一个由铜制成的导电管形构件。将塑料护套置于铜管形构件周围。
上述光缆结构可归为紧密耦合类，因为光纤通过塑料与主线紧密耦合，从而受到基本上与其它光缆部件相同的应力。然而在这种光缆中，要接触单一光纤有点困难。另外，在制造光缆过程中，通过将光纤嵌入其中的塑料，光纤受到横向加到缆芯的压力。
在水下光缆中已使用了一些可选构造。其中之一被称作为开槽缆芯光缆，在该光缆中，置于中心的缆芯构件由塑料制成并包括许多光纤容纳槽，每个槽通到该缆芯构件的外表面。一根或多根光纤被置于每个槽中。将粘性填充材料注入到每个槽中并使光纤和缆芯构件间能相对移动。参见美国专利4548664。在另一个开槽缆芯光缆结构中，用在光缆工作温度下是粘性的材料来部分地填充这些槽，但是该材料是冷却可逆硬化材料。在用该粘性材料完成对每个槽的填充后，将光纤置于每个槽中。参见美国专利4422889。
开槽缆芯光缆便于接触光纤，并使槽中光纤免受横向施加的压力。然而，和上面引用的美国专利4156104的光缆相反，刚刚描述过的开槽缆芯光缆是以光纤和缆芯构件间的松弛耦合为其特征的。
一个包括在具有紧密耦合到其缆芯的光纤的水下光缆中的提高是当除去在制造和安装过程中轴向加到光缆上的负载时光纤沿光缆长度均匀复元。对于使用在海底的长光缆，在安装张力负载除去后长度的复元很可能导致那些没有与光缆其它部分完全耦合的光纤的非均匀长度复元。
这个问题可通过使光纤与缆芯构件紧密耦合而得到解决。这样，光纤和缆芯构件一起移动，并受到基本相同的应力。如果不是这样，那么当从光缆除去负载时，光纤可能受到过分的摆动而导致微弯曲。这种问题在水下光缆中会加重，因光缆在水下受到的应力远大于在地面所受到的应力。
看起来，现有技术不包括十分适合于水下环境并在光纤与缆芯构件间紧密耦合以及能易于光纤进出的光缆。所需光缆应该制造经济、坚固并可在导致低传输损耗结构中容纳许多光纤。所需要的是坚固的水下光缆，它包括Mondello专利的紧密耦合特点和开槽缆芯光缆易于进出的特点。
本发明的目的即是提供克服了上述种种问题的光缆。为此，根据本发明的光缆，它包含在本发明的一个实施例中，一个包括槽的纵向延伸的缆芯构件，所述槽朝该缆芯构件的外表面开口，安放在所述槽中的至少一根光纤，用于将所述光纤与所述缆芯构件充分耦合以当所述光纤受到外力作用时基本上阻止在所述光纤与所述缆芯构件间的相对运动的装置，以及置于该缆芯构件周围的封装装置。
在本发明的一个实施例中，所述用于将所述光纤与所述缆芯构件紧密耦合的装置包括安放于所述槽中用于固定所述光纤克服相对于所述缆芯构件移动的装置。
在本发明的一个实施例中，所述用于固定所述光纤克服移动的装置包括一种处理过的塑料。
在本发明的一个实施例中，在每个槽中的可处理塑料在其已被处理后有一朝外呈凹面的表面。
在本发明的一个实施例中，所述槽的侧壁向内对所述缆芯构件的纵轴发散。
在本发明的一个实施例中，所述缆芯构件包括许多径向指向的槽，在至少一个槽中至少安放一根光纤。
在本发明的一个实施例中，所述缆芯构件包括许多槽，每个槽在所述缆芯构件横截面内有轴线，该轴是与所述缆芯构件外表面同心的圆的切线。
在本发明的一个实施例中，所述缆芯构件包括许多槽，在每个槽中至少安放两根光纤，当沿所述缆芯构件的周边测量时每个槽的宽度大于一根光纤的直径。
在本发明的一个实施例中，所述缆芯构件包括许多槽，在每个槽中在径向安放了几根光纤，按径向测量所述缆芯构件每个槽的深度大于一根光纤外径与n的乘积。
在本发明的一个实施例中，一种光缆缆芯，它包含包括朝所述缆芯构件的外表面张开的槽的纵向延伸的缆芯构件，安放在所述槽内的光纤，以及用于将所述光纤与所述缆芯构件充分耦合以当所述光缆受到外力作用时基本上阻止所述光纤与所述缆芯构件间的相对运动的装置。
图1是本发明光缆的端视图;
图2是现有技术光缆的端视图;
图3是包括在本发明光缆中的缆芯的端视图;
图4-7是包括径向设置的槽的缆芯端视图;
图8-9是包括不是径向配置的槽的缆芯端视图;
图10-11是在其每个槽中沿径向只放置一根光纤的缆芯的端视图;
图12-13是由在每个槽中排列许多光纤的一个槽形成的缆芯的端视图;以及图14是包括许多在其每一个中只放置单根光纤的槽的缆芯端视图。
参照图1，该图示出了概括地由标号20表示的光缆。正如在图1中可见的，光缆20包括由标号22表示的缆芯和由标号24表示的铠装系统。
光缆20完全适合于在水下使用，并由于其优点打算用来替代现有技术的光缆。图2描绘了现有技术的一个典型的水下光缆25。如图所示，光缆25包括一个含有位于中心被称为主线的纵向延伸的加强构件26的缆芯。该加强构件26可由例如包铜钢的导电材料制成。置于加强构件27周围的是具有高挠性模量(lexuralmodulus)的塑料27。这种材料可通过购买Hytrel牌塑料获得。将每一根都含有玻璃纤芯和包层以及一层或多层涂料的许多光纤28-28成螺旋形地及有一定间隔地沿园周置于该层27周围。将Hytrel牌塑料的附加层29置于光纤28-28周围，使光纤被嵌在Hytrel牌塑料中。将含有尼龙塑料层30的铠装系统置于第二层Hytrel牌塑料周围。
设置在图2现有技术光缆尼龙层30周围的是加强构件系统，它由许多以叠加层形式缠绕在缆芯周围的绞合钢丝31-31组成。为接通光缆的D.C.通道，将由铜或铝制成的无孔导电罩33建立在钢丝31-31的外层上。除了建立有效的D.C.导电通道用以驱动沿着光缆每隔一定间距配置的光中继器(未示出)，导电罩33对光纤起着高效防潮层的作用。罩33也对钢丝31-31提供了钢性紧固作用。塑料护套35建立在罩33上。这种现有技术光缆公开于前面提到的本文所引证的参考文献美国专利4156104中。罩33外表面涂有一层粘结到护套35的粘合剂。将防水材料37置于钢丝的空隙中以及钢丝内层和缆芯间。
图1实施例光缆20的缆芯22详细示于图3中。缆芯22包含置于中心纵向延伸可以导电的加强构件32和在与缆芯纵轴垂直的平面内为圆形横截面的缆芯构件34。在一个实施例中，加强构件22可由例如不锈钢的金属材料制成，缆芯构件34可由例如聚对苯二甲酸二丁酯或聚丙烯的塑料制成。或者，置于中心的加强构件32可由例如aramidyarn之类的纤维材料制成一或者由包铜钢丝制成。对于另一种金属缆芯构件，见序列号071860935。
如图3所示，纵向延伸的缆芯构件34包括许多每一个都在缆芯构件的径向形成的槽36-36。另外，每一个槽可如此形成以致其侧壁从朝外地面向缆芯构件表面有微小的朝内锥度。也就是说，确定每一个槽的侧壁稍微地向缆芯构件中心散开。这样做是为了增强槽中光纤对缆芯构件的机械耦合。在其它实施例中，该侧壁可以是平行的或向纵轴会聚或有不规则形状。
至少将一根光纤28置于至少一个槽36-36中。对于图3所示的实施例，每一个槽36-36沿园周测量都有大于安放在槽中的光纤外径的宽度。当然，应当明白待安放在槽中的光纤可包括一层或多层涂层材料，光纤外径是指纤芯和包层再加上加到其上的任意涂层的外径。在图3的实施例中，在每个槽中沿径向放置两根光纤。每个槽36的深度大于2乘以待安放在该槽中光纤外径的乘积。另外，在最佳实施例中，槽36-36沿缆芯构件长度方向是直的，没有打算绞合。在其它实施例中，槽可沿缆芯构件以螺旋或振荡方式形成。
最好是，安置在每个槽36中的光纤与缆芯构件紧密耦合。这靠将填质材料38放入每个槽36中来完成。在最佳实施例中，填质材料38包含经紫外(UV)光能固化的塑料，例如在这里引入作为对比文献的美国专利4900126中所公开的。
填质材料38有效地与光纤一起提供就地形成的光纤带。一般，一些填质材料38结果被置于相邻光纤之间。又如图3所示，每个槽中填质材料的外表面可为凹的形状。具有这种形状，每个槽中的填质材料通过围绕的铠装系统摆脱了任何滥用。
如所记得的，每个槽36都有只超过光纤尺寸的宽度和深度。这样可在每个槽中装入填质材料。例如，对于图3的实施例，每根光纤的外径约为0.010英寸，槽的深度约为0.030英寸。
使用经紫外光能固化的材料来将光纤固定在槽中有许多优点。这种材料是热固性材料在例如加护套塑料等的光缆进一步的加工过程中不变形。该UV填质材料又有效地形成填入相应槽中的光纤带。另外，使用UV固化的填质材料使每个槽中的光纤易于进出。
在图3中所描绘的缆芯构件34是本发明很多预期方案之一。在另一个实施例中(见图4)，该光缆包括一个含有位于中心的加强构件46和四个槽48-48的缆芯构件44，每个槽与其相邻槽成90°。每个槽也可延伸在缆芯构件44的外表面和位于中心的加强构件的外表面之间的大部分距离。在每个槽中放置三根光纤28-28。
在图5所描绘的实施例中，缆芯构件50包括三个槽52-52，每个槽适合放置三根光纤。在图6中，缆芯构件54包含许多径向放置的槽56-56，每个槽适合于安放三根光纤。图7中，延伸至置于中心的加强构件59的缆芯构件58的三个槽57-57每一个适合于安放四根光纤。
参照图8，该图示出了含有四个槽62-62的缆芯构件60，每个槽适合放三根光纤。通过槽中光纤中心的每个槽的纵轴平行于缆芯构件的圆形横截面的弦。并且每个沿园周的相邻槽与前一个槽垂直。
图9示出了在图8中描绘的缆芯构件60的改型。缆芯构件66包括许多槽，每个槽沿着横截面的弦线配置。每个槽内各端面沿着缆芯构件的半径安置，朝向缆芯构件的纵向中心轴安置的每个槽的侧壁与和位于中心的加强构件同心但直径稍大的圆的切线平行。另外，在图9实施例中每个槽安装了四根光纤。
缆芯构件也可以这样构成，以致于每个槽的深度容纳其上有一层或多层涂层材料的单根光纤。如图10所示，缆芯构件70可包含许多槽72-72每个槽适合于安放两根光纤。按缆芯构件径向测量的每个槽72的深度大于涂覆光纤的直径。缆芯构件70可由塑料制成并置于位于中心纵向延伸的加强构件74的周围。
图11又描绘了包含三个槽78-78的缆芯构件76，每个槽按径向测量具有大于涂覆光纤直径的深度。缆芯构件76的每个槽78适合于并排地安放四根光纤。
在本发明的其它实施例中，缆芯构件80(见图12)包括一个其中安放了三排每排四根光纤的槽82。槽82是这样形成的以致于其宽度大于光纤外径与四的乘积，按缆芯构件径向测量的深度则大于光纤外径的三倍。缆芯构件80也包含位于中心的加强构件84。在如图13所示的另一个实施例中，缆芯构件86包含单个其中安放了四排每排三根光纤的槽。
图14示出了又一个实施例。缆芯构件90包含一个位于中心的加强构件92。在加强构件周围建成许多每个都有径向指向轴的槽94-94。每个槽94形成来容纳一根光纤和部分例如UV固化的塑料的固定材料。
现回到图1，由图可见铠装系统24包含许多纵向延伸的加强构件101-101最好是钢丝或股线，将它们安置在内层中缆芯22周围。置于内层的加强构件101-101周围的是包含许多钢加强构件105-105的层103，这些加强构件105-105最好是钢丝或股。置于相邻钢丝105-105间的是加强构件107，它也最好是钢丝或股线。
光缆20也包括用于将铠装系统耦合到缆芯构件的装置，将适合的防水材料108分散在加强构件101-101，105-105和107-107间以及加强构件101-101与缆芯构件36之间。
铜罩110封装这些加强构件。铜罩110形成在加强构件的周围，具有一条纵向接缝。将铜罩110的相邻纵向部分焊接在一起。位于铜罩110周围的是粘性材料层和在最佳实施例中由中等密度聚乙烯制成并粘接到铜罩上的塑料护套112。
如现有技术中的光缆一样，铜罩有几个作用。它提供了适合的导电性和密封。它也有助于将加强构件的封壳和缆芯构件固定在一起。
有利的是，本发明的光缆不仅在光纤和缆芯构件间提供充分耦合以基本上阻止当光缆受力时光纤和缆芯构件的相对运动的而且也改善了光纤进出的方便性。在这里，缆芯构件露出后，要接触槽中的光纤变得相当容易。在现有技术中，记得是将光纤嵌入一种普通填质材料中的缆芯构件。另外，缆芯构件槽中的光纤与光缆在加工过程中所受到的压力隔离。
应该认识到尽管是将单根光纤单独地或成组地放在缆芯构件的槽中，本发明也包括那些如在前面提到的美国专利4900126中所述将光纤带放置在一些或所有槽中的光缆和缆芯构件。
同时，应该认识到不是缆芯构件中每一个槽中都需放置光纤。制造厂可特定缆芯构件标准化，该缆芯构件包括例如六个径向配置的槽，并按特定次序可仅在其中三个槽中放置光纤。在这些情况中，填质材料也可置于未使用槽中以及已放入光纤的槽中，来增强缆芯构件和平衡其内应力。当然，制造厂可优化缆芯构件结构，例如在图5中所描绘的三个槽的缆芯构件。在一个可供选择的实施例中，可将廉价的光纤填充物放入那些没有安放传输光纤的槽中或那些安放在光纤数少于可实际容纳的光纤数的槽中。这可导致比使用附加填质材料来完成对这些槽的填充要节约成本。
可用彩色编码来识别光纤。这可通过对光纤本身进行彩色编码来完成。在可供选择的实施例中，可对每个槽的填质材料有选择性地着色，或者在每个槽的填质材料顶端使用着色的盖子。被安放在每个槽中以使其中光纤与缆芯构件相耦合的外理过的填质材料可以是相对低模材料较少量的具有使用在槽外盖上颜色的高模材料。在另一个实施例中，每个槽内表面上的一层着色剂材料适合粘附于填质材料，并当将光纤从每个槽中移出时与该填质材料一起移出。当然，可通过机械手段或激光对每个槽中的填质材料作出标记。
权利要求
1.一种光纤维缆，它包含一个包括槽的纵向延伸的缆芯构件，所述槽朝该缆芯构件的外表面开口，安放在所述槽中的至少一根光纤，用于将所述光纤与所述缆芯构件充分耦合以当所述光纤受到外力作用时基本上阻止在所述光纤与所述缆芯构件间的相对运动的装置，以及置于该缆芯构件周围的封装装置。
2.如权利要求1所述的光缆，其特征在于所述用于将所述光纤与所述缆芯构件紧密耦合的装置包括安放于所述槽中用于固定所述光纤克服相对于所述缆芯构件移动的装置。
3.如权利要求1所述的光缆，其特征在于所述用于固定所述光纤克服移动的装置包括一种处理过的塑料。
4.如权利要求3所述的光缆，其特征在于在每个槽中的可处理塑料在其已被处理后有一朝外呈凹面的表面。
5.如权利要求1所述的光缆，其特征在于所述槽的侧壁向内对所述缆芯构件的纵轴发散。
6.如权利要求1所述的光缆，其特征在于所述缆芯构件包括许多径向指向的槽，在至少一个槽中至少安放一根光纤。
7.如权利要求1所述的光缆，其特征在于所述缆芯构件包括许多槽，每个槽在所述缆芯构件横截面内有轴线，该轴是与所述缆芯构件外表面同心的圆的切线。
8.如权利要求1所述的光缆，其特征在于所述缆芯构件包括许多槽，在每个槽中至少安放两根光纤，当沿所述缆芯构件的周边测量时每个槽的宽度大于一根光纤的直径。
9.如权利要求1所述的光缆，其特征在于所述缆芯构件包括许多槽，在每个槽中在径向安放了几根光纤，按径向测量所述缆芯构件每个槽的深度大于一根光纤外径与n的乘积。
10.一种光缆缆芯，它包含包括朝所述缆芯构件的外表面张开的槽的纵向延伸的缆芯构件，安放在所述槽内的光纤，以及用于将所述光纤与所述缆芯构件充分耦合以当所述光缆受到外力作用时基本上阻止所述光纤与所述缆芯构件间的相对运动的装置。
全文摘要
一种光缆20，包括可由塑料制成的纵向延伸的缆芯构件34。该缆芯构件至少形成一个槽36，在该槽中至少有一根光纤28。光纤与缆芯构件充分耦合，最好用经紫外光能处理过的材料。以基本阻止当光缆受力时，缆芯构件和光纤的相对运动。在缆芯构件的周围安放包括线样加强构件和塑料护套112的封装系统。在线样加强构件间及加强构件的内层和缆芯构件间的空隙中配置防水材料108以导致线样加强构件和缆芯构件间的耦合。
文档编号H01B7/14GK1077540SQ93103629
公开日1993年10月20日 申请日期1993年3月30日 优先权日1992年3月31日
发明者朱德祺, K·M·克劳帕, C·J·莱弗, P·D·帕特尔 申请人:美国电话电报公司