专利名称：具有相当低量的遇水膨胀粉末的光纤组件及相应方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于传送光信号的光纤组件。更具体地，本发明涉及具有相当低量的遇水膨胀粉末的光纤组件及其制造方法。
背景技术：
通信网络用于传送多种信号如话音、视频、数据等。随着通信应用需要更大的带宽，通信网络转变为具有光纤的光缆，因为光缆相较铜导体能传送非常大量的带宽。此外， 光缆相较于具有同样带宽容量的铜缆要小得多和轻得多。然而，光纤相较铜导体相对灵敏，因而保持它们的光学性能是富有挑战性的问题。在某些应用中，光缆暴露在湿气中，随着时间的过去湿气可能进入光缆。为解决该湿气问题，用于这些应用的光缆包括一个或多个阻挡水沿光缆迁移的构件。作为例子，传统光缆通过在光缆内使用填充和/或液阻涂覆材料如凝胶或润滑脂而阻挡水迁移。填充材料指具有光纤的管内的凝胶或润滑脂，而液阻材料指在光缆内、但在包围光纤的管外面的凝胶或润滑脂。凝胶或润滑脂通过填充空间(即空隙)而起作用，使得水在光缆内没有沿其而行的通路。另外，除阻水之外，凝胶或润滑脂填充材料还具有其它优点，如衬垫和联结光纤，这有助于在影响光缆的机械或环境事件期间保持光学性能。简言之，凝胶或润滑脂填充材料为多功能材料。然而，凝胶或润滑脂填充材料也有缺点。例如，凝胶或润滑脂较肮脏并可能从光缆端部滴下。另一缺点是，当准备进行光连接时，必须从光纤清除填充材料，对于技术工人而言这增加了耗时和复杂性。此外，清除凝胶或润滑脂需要技术工人将用于去除凝胶或润滑脂的清除材料带入现场。因而，长期以来需要一种消除凝胶或润滑脂材料但仍提供与凝胶或润滑脂材料相关联的所有好处的光缆。早期的光缆设计通过在缓冲管外面使用干燥阻水构件如带或纱阻挡水沿光缆迁移而消除液阻材料。与凝胶或润滑脂不同，干燥阻水构件不肮脏且不会留下需要清除的残留物。这些干燥阻水构件通常包括超强吸水聚合物(SAP)，其吸水并膨胀从而阻塞水通路，因而阻挡水沿光缆迁移。总的来说，遇水膨胀构件使用纱或带作为SAP的载体。由于遇水膨胀纱和带首先使用在包围光纤的管外面，除阻水之外，不需要解决另外的功能如联结和光衰减。最后，光缆在包围光纤的管内使用遇水膨胀纱和带代替凝胶或润滑脂填充材料。总的来说，遇水膨胀纱或带具有足够的阻水能力，但不提供凝胶或润滑脂填充材料的所有功能如衬垫和联结。例如，遇水膨胀带和纱由于相较典型光纤相对较大而体积大和/或可能具有相对粗糙的表面。为此，如果光纤压在遇水膨胀纱或带上，遇水膨胀纱或带可能引起问题。换言之，压在传统遇水膨胀纱上的光纤可能经历微弯曲，这可导致不合需要的光衰减水平和/或引起其它问题。此外，如果光缆不是绞合设计，所希望的光纤与管的联结水平可能会是问题，既然绞合可实现联结。作为例子，美国专利4，909，592公开了在具有光纤的缓冲管内使用的传统遇水膨胀构件的一个例子。但是，在缓冲管内包括传统遇水膨胀构件仍可导致光缆性能方面的问题，其限制使用和/或其它设计变更。例如，在缓冲管内使用传统遇水膨胀纱的光缆需要较大的缓冲管以使传统遇水膨胀纱和光纤之间的交互作用最小化和/或限制使用光缆的环境。其它早期光缆设计使用管组件，该管组件使用疏松SAP粉末高度填充以阻挡水在光缆内迁移。然而，在光缆内使用疏松遇水膨胀粉末产生问题，因为SAP粉末由于未被附着到载体如纱或带上而可能在光缆内的一些位置处积聚/迁移(即，当卷绕在盘上时由于重力和/或振动，SAP粉末在低点积聚)，从而导致光缆内不一致的阻水。同样，疏松遇水膨胀粉末从管端部自由掉落。图I和2分别示出了传统干式光纤组件10的截面图和纵向截面图，干式光纤组件10具有位于管5内的多根光纤I和遇水膨胀粉末3，如图示意性所示。如 图所示，传统干式光纤组件10在管5内使用相当大量的遇水膨胀粉末3以阻挡水在其中迁移。为减少遇水膨胀粉末的量，其它光缆设计已结合其它有效阻水的光缆构件使用遇水膨胀粉末，如美国专利6，253，012所公开的设计。本发明解决长期以来对提供适当光学和机械性能同时可为技术工人接受的干式光纤组件的需要。
发明内容
本发明涉及干式光纤组件，该干式光纤组件使用相当低量的遇水膨胀粉末用于阻挡水沿其迁移。光纤组件包括位于管、空腔、光缆等内的一根或多根光纤和遇水膨胀粉末。此外，一个或多个光纤组件可使用在光缆中或其本身可形成光缆。另外，本发明的实施方式可有效地阻挡自来水或盐水如3%重量百分比的盐水的迁移。本发明的一方面涉及光纤组件，其具有位于管内的至少一光纤和遇水膨胀粉末，其中管具有约2.0毫米或更小的内径。遇水膨胀粉末位于管内以阻挡水沿管长度方向迁 移，遇水膨胀粉末的平均浓度为每米光纤组件约0. 02克或更小。此外，光纤组件能够在一米长的管中将一米压头的自来水阻挡24小时。本发明的另一方面涉及光纤组件如具有多个管的绞合松管光缆，至少一光纤位于多个管之一内，从而形成管组件。遇水膨胀粉末位于管组件内以阻挡水沿相应管组件长度方向迁移，其中遇水膨胀粉末的平均浓度为每米管组件约0. 02克或更小。管组件能够在一米长的管中将一米压头的自来水阻挡24小时。另外，光纤组件具有通常包围多个管的光缆护套。本发明的另一方面涉及光纤组件，其中管空腔内的遇水膨胀粉末的浓度与空腔的大小成比例。该光纤组件包括位于管内的至少一光纤，其中管具有按平方毫米测量的空腔截面积，及包括位于管内的遇水膨胀粉末，用于阻挡水沿管长度方向迁移。遇水膨胀粉末具有每平方毫米空腔截面积每米组件约0.01克或更小的归一化浓度，用于计算在一米长的管中将一米压头的自来水阻挡24小时所需要的按克每米计的遇水膨胀粉末平均浓度。本发明的又一方面涉及制造光纤组件的方法，包括步骤提供至少一光纤，向至少一光纤施加遇水膨胀粉末，及在至少一光纤和遇水膨胀粉末周围施加管，其中遇水膨胀粉末在管空腔内具有约0. 02克每米或更小的平均浓度。另外，根据本发明的方法可选地包括其它步骤如施加加强件、联结元件、和/或使光纤通过电离器。另外，本发明的另一方面涉及制造光缆的方法，包括步骤提供至少一光纤，向至少一光纤施加遇水膨胀粉末，提供第一加强件和第二加强件，及在至少一光纤和遇水膨胀粉末周围施加管。第一加强件和第二加强件附着到管上甚至可由管封装。在制造期间施加管的同时第一加强件和第二加强件被弹性应变，从而在至少一光纤中产生预定水平的光纤余长。应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述均提供本发明的实施方式，及提供用于理解本发明的实质和特征的概述或框架。包括附图以进一步理解本发明，及所述附图组合到本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的多个实施例，其连同详细描述一起用于阐释本发明的工作原理。
图I为传统光纤组件的截面图，该传统光纤组件使用相当大量的遇水膨胀粉末阻挡水在其内迁移。图2为图I的传统光纤组件的纵向截面图。图3为根据本发明的光纤组件的截面图，其使用相当低量的遇水膨胀粉末阻挡水迁移。图4为图3的根据本发明的光纤组件的纵向截面图。图5为制造根据本发明的光纤组件的说明性生产线的示意性表示。图6为根据本发明的使用图3的光纤组件的光缆的截面图。图7为根据本发明的另一光缆的截面图。图8为根据本发明的另一光缆的截面图。图9为根据本发明的另一光缆的截面图。图10为根据本发明的另一光缆的截面图。图11为根据本发明的另一光缆的截面图。
具体实施例方式本发明相较使用遇水膨胀粉末的传统干式光纤组件具有几个优点。一个优点是本发明光纤组件使用相当低量的遇水膨胀粉末但仍能有效阻挡水沿其迁移。此外，光纤组件或光缆内遇水膨胀粉末的存在对技术工人近乎透明，因为只需要低量遇水膨胀粉末。另外，在接连接器之前不必进行清除凝胶或润滑脂那样的光纤清洁，也不需要去除或切割构件如 遇水膨胀带或纱。本发明的另一优点是，总的来说，遇水膨胀粉末转移和/或主要附着到管、空腔、光纤等的内表面；而不是能够在管或空腔内迁移的疏松粉末。换言之，遇水膨胀粉末与管或空腔的内表面接触且本来不会因重力而掉落，而是需要擦拭、喷吹或其它搅动才能去除其大部分。另外，光纤组件的管或空腔相较使用带或纱的传统干式光缆组件具有更小的尺寸。如在此使用的，光纤组件包括不含加强件的管组件、具有加强件的管组件、光缆
坐寸o
现在将详细提及本发明目前的优选实施方式，其例子在附图中示出。只要可能，在所有附图中，同一附图标记用于指相同或类似部分。图3和4分别示出了根据本发明的光纤组件100 (即管组件)的截面图和纵向截面图。光纤组件100包括多根光纤102、遇水膨胀粉末104和管106。光纤102可以是任何适当类型的已知或今后开发的光波导。此外，光纤可以是光纤带、光纤束等的一部分。在该实施例中，光纤102由外油墨层(不可见)涂颜色以进行标识及松散地布置在管106内。换言之，光纤102为非缓冲光纤，但本发明的概念也可与具有其它构造的光纤如缓冲、带化光纤一起使用。如图所示，总的来说，由于在此所述的制造光纤组件100的方法，遇水膨胀粉末104均匀地布置在管106的内表面附近。此外，遇水膨胀粉末104具有相当小的每米平均浓度，使得其在光纤组件100中的使用对技术工人近乎透明，但由于提供足够的阻水性能而令人惊讶地有效。另外，光纤组件100在管106内不包括另外的用于阻挡水迁移的构件。
与传统光纤管组件不同，本发明光纤管组件使用相当低量的遇水膨胀粉末104，但仍能在一米长的管组件内将一米压头的自来水阻挡24小时。如在此使用的，自来水定义为盐水平为1% (重量)或更小的水。类似地，本发明的光纤管组件使用同样低量的遇水膨胀粉末也能在3米内将高达3% (重量)的盐溶液阻挡24小时，根据设计，该阻挡性能甚至可在约I米内使3%的盐溶液逗留24小时。作为例子，遇水膨胀粉末104具有每米光纤组件100约0. 02克或更小的平均浓度，其中管106具有约2. 0毫米或更小的内径。另外，本发明的概念可缩放，例如，2. 0毫米内径的管的空腔截面积为约3. 14平方毫米，从而产生每米长管组件约0. 01克遇水膨胀粉末的归一化浓度值(即，每平方毫米空腔截面积的归一化浓度这样给出每米长0. 02克遇水膨胀粉末的平均浓度除以约3平方毫米的空腔截面积以产生每平方毫米管空腔截面积约0. 01克(当向上舍入时)遇水膨胀粉末的归一化浓度值)。因此，对于具有预定截面积的管或光缆的空腔，按克每米计的遇水膨胀粉末平均浓度可通过使用归一化浓度值如每平方毫米空腔截面积每米长0. 01克遇水膨胀粉末进行相应缩放(即计算)。在其它实施例中，对于具有类似2. 0毫米内径的管，遇水膨胀粉末可具有更低的遇水膨胀粉末平均浓度值如每米光纤组件100约0. 01克或更少，这产生更低的每平方毫米管空腔截面积约0. 004克(当向上舍入时)遇水膨胀粉末的归一化浓度值。简言之，随着管等的空腔截面积增加，有效阻挡水沿管迁移所需要的遇水膨胀粉末的量通常可成比例地增力口，如在此所述。光纤组件中遇水膨胀粉末的重量使用下述过程进行计算。从光纤管组件切割有代表性数量的样本如5个一米样本进行测试。优选沿光纤组件的不同纵向部分取这些样本，而不是从光纤组件顺序切割这些样本。使用适当精确和准确的秤称管中具有光纤和遇水膨胀粉末的每一一米样本的重量以确定样本的总重量。其后，光纤(连同管、空腔等内的任何其它可拆卸光缆构件)被从管中拉出。用精细纸擦拭光纤(及任何其它光缆构件)以除去其上的任何遇水膨胀粉末，之后对光纤(及其它光缆构件)进行称重以确定其没有遇水膨胀粉末时的重量。接下来，使用适当的工具沿管纵向长度打开管，使得其中的遇水膨胀粉末可从管擦去，应小心以确保所有遇水膨胀粉末被完全除去，然后称擦拭后的管的重量以确定其没有遇水膨胀粉末时的重量。其后，光纤(及其它光缆构件)的重量连同管的重量的和与样本的总重量相减以确定相应样本中遇水膨胀粉末的重量。对有代表性数量的样本中的每一样本重复该过程。通过对所有计算的样本遇水膨胀粉末重量相加然后除以样本数量可计算遇水膨胀粉末的平均浓度，从而获得每米光纤组件的遇水膨胀粉末平均浓度。除了用相当低量的遇水膨胀粉末阻水之外，本发明的光纤管组件和/或光缆如光纤组件100还保持其中的光纤102的光学性能。例如，光纤管组件的光纤在GR-20下的标准温度循环期间(将温度向下循环到_40°C )在1550纳米基准波长具有约0. 25db/km或更小的光衰减。此外，有利地，光纤管组件已使用与GR-20类似的过程在1550纳米基准波长向下温度循环到_60°C,但在不必修改设计的情况下仍具有约0. 25db/km或更小的衰减量。可影响光学性能的一个因素是遇水膨胀粉末104的最大粒子大小、平均粒子和/或粒子大小分布，如果光纤接触遇水膨胀粒子(即压在遇水膨胀粒子上)，这可影响微弯曲。此外，使用具有相当小粒子的遇水膨胀粉末提高了在管打开时遇水膨胀粉末对技术工人的透明性。遇水膨胀粉末的平均粒子大小优选为约100微米或更小，但其它适当的最大粒子 大小也是可能的，如60微米或更小。使用具有稍大的最大粒子大小的SAP仍可提供可接受的性能，但使用较大的最大粒子大小增加遭受光衰减增大的可能性。另外，粒子的形状也可影响遭受光衰减增大的可能性。一种说明性遇水膨胀粉末可从北卡罗来纳州Greensboro的Stockhausen, Inc.按商品名Cabloc GR-211获得的交联聚丙烯酸钠。该说明性遇水膨胀粉末的粒子分布由表I给出。表I :说明性遇水膨胀粉末的粒子分布
权利要求
1.光纤组件，包括 至少一光纤； 管，所述至少一光纤位于管内，其中所述管包括具有空腔截面积的空腔；及位于管内以阻挡水沿管长度方向迁移的遇水膨胀粉末，其中遇水膨胀粉末部分沉积在管的内表面上，并至少部分附着到管内表面上，其中遇水膨胀粉末的平均浓度为每米管约0.02克或更小，其中所述管能够在一米长的管中将一米压头的自来水阻挡24小时。
2.根据权利要求I的光纤组件，其中所述管具有约2.0毫米或更小的内径，及其中遇水膨胀粉末每米管具有每平方毫米空腔截面积约0. 01克或更小的归一化浓度。
3.根据权利要求I或2所述的光纤组件，其中所述遇水膨胀粉末以相当均匀的方式附着到管内表面。
4.根据权利要求I或2所述的光纤组件，其中所述遇水膨胀粉末与管的内表面接触并不会因重力而脱离管。
5.根据权利要求4所述的光纤组件，其中所述遇水膨胀粉末与管的内表面接触，需要擦拭、喷吹或其他搅动才能从管的内表面去除其大部分。
6.根据权利要求I或2所述的光纤组件，其中所述遇水膨胀粉末用作分隔层，其在制作期间抑制至少一根光纤粘附到熔融的管上。
7.根据权利要求6所述的光纤组件，其中除所述遇水膨胀粉末以外，所属管位于至少一根光纤周围，没有使用包括凝胶、润滑脂、纱、带、滑石粉的材料或构件作为分隔层。
8.根据权利要求6所述的光纤组件，其中所述遇水膨胀粉末用作滑层来降低光纤和管之间的摩擦。
9.根据权利要求I或2所述的光纤组件，其中除所述管以外，所述光纤组件不包括遇水膨胀粉末的载体，从而能够减小管的内径。
10.根据权利要求9所述的光纤组件，包括12根标准大小的250微米光纤，其中管具有1.7毫米或更小的内径。
11.根据权利要求10所述的光纤组件，其中管具有I.5毫米或更小的内径。
12.制造光纤组件的方法，包括步骤 提供至少一光纤； 在所述至少一光纤周围挤压管，其中所述管包括具有空腔截面积的空腔， 导致管遇水膨胀粉末粒子在管正在退出挤压机时撞击形成管的熔融聚合物椎体，从而遇水膨胀粉末部分沉积在仍然熔融的管的内表面上，及其中所述遇水膨胀粉末在所述管的空腔内具有每米约0. 02克或更小的平均浓度。
13.根据权利要求12的方法，其中遇水膨胀粉末每米管具有每平方毫米空腔截面积约0.01克或更小的归一化浓度。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中通过机械效应、即与之接触，使遇水膨胀粉末转移和附着到管的内表面上。
15.根据权利要求1213或所述的方法，其中遇水膨胀粉末在管的熔融聚合物凝固之前至少部分附着到熔融聚合物上。
16.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述遇水膨胀粉末以相当均匀的方式附着到管内表面。
全文摘要
本发明公开了在管和/或空腔内具有至少一光纤和遇水膨胀粉末的光纤组件及其制造方法。本发明的光纤组件使用相当低量的遇水膨胀粉末但仍能有效阻挡自来水和/或3%(重量百分比)的盐溶液沿管和/或空腔迁移。此外，光纤在接连接器之前不必进行使用凝胶或润滑脂的传统光缆那样的清洁。总的来说，至少部分遇水膨胀粉末转移到管、空腔、光纤等的内表面；而不是能够在管或空腔内迁移的疏松粉末。此外，光纤组件内遇水膨胀粉末的存在对技术工人近乎透明，因为只使用了相当低量的遇水膨胀粉末。
文档编号G02B6/44GK102707401SQ201210210889
公开日2012年10月3日 申请日期2008年6月20日 优先权日2007年6月26日
发明者A·G·布兰吉耶, B·S·维茨, C·L·特德, C·M·奎因, D·A·塞登, G·D·图戈曼, G·恩达伊泽耶, J·A·罗维, W·W·麦卡尔平 申请人:康宁光缆系统有限公司