专利名称：具有可控螺旋线+光纤余长值的光缆及其制造方法
技术领域：
本发明涉及光缆领域，特别是涉及具有光学性能特征被管理的光纤的光缆，光学性能特征被管理是为了高数据速率系统的信号传输性能。
背景技术：
光缆用于在非多路及多路光传输系统中、在室内及室外环境中传输电话、电视、及计算机数据信息。在波分复用系统中，光学性能特征在保持高数据速率传输方面扮演了非常重要的角色。
光学衰减、所传输功率的损耗、多色色散、邻近波长的差异传输时间等均是该传输系统的光学性能特征的例子。光学衰减通常是由于来自光波导的光的吸收、散射和漏光，并通常在光纤或光缆中测量为dB/km的损耗值。光纤波导中的多色色散是材料和波导色散的和并通常测量为ps/(nm·Km)。关于波长的折射率的差使材料色散增加。对于用于光纤的基于硅石的玻璃，在通常使用的约0.9μM到1.6μM的通信范围内，材料色散随波长的增加而增加。根据波长，材料色散可具有负和正符号。
波导色散源自在光纤的纤芯和包层中行进的光。波导色散还是波长和光纤的折射率分布的函数。例如，可选择光纤的预先确定的折射率分布以影响那里的波长色散的波长依存关系，从而影响预定波长的多色色散。在给定波长的给定光纤中的任何给定点，影响波长和材料色散偏差(affect)结合以产生一总的正或负多色色散特征。关于由多色色散引起的脉冲零散的光学性能关注已产生了对色散补偿系统的需要。采用正和负色散补偿纤维的色散补偿系统仍然遭受与光学衰减关联的光学性能约束。
美国专利5,611,016描述了承认多色色散偏差的光缆设计。该专利属于色散平衡的光缆，用于减少波分复用系统中的四光子混频，该光缆被设计来将累加色散减少至接近于零。色散平衡的光缆要求在同一电缆中具有正和负色散光纤。另外，正色散方面包括色散特征，该色散特征定义为正色散光纤的色散的绝对大小的平均值，其在源波长处超过0.8ps/(nm·Km)。此外，负色散光纤特征要求负色散光纤的色散的绝对大小的平均值在源波长处超过0.8ps/(nm·Km)。前述光纤被做成带状、单模光纤设计，用于1550nm波长区间的光学信号的传输。光纤呈非绞在一起地或非螺旋形地封在单管电缆中，并被描述为在1550nm具有0.22-0.25dB/km的衰减、在1310nm具有小于0.50dB/km的衰减。在定义的参数中，正色散特征被描述为+2.3ps/(nm·Km)，负色散特征被描述为-1.6ps/(nm·Km)。
其它专利描述了涉及时分而不是波分系统的光学性能特征。例如，美国专利4,478,488描述了光学信号的选择性的时间压缩和事件延迟，但没有讨论与衰减或多色色散相关的问题。使用离散信道的系统被描述，离散信道具有连接到标准多波导传输段的色散段(dispersive section)，及另一色散段。信号有意于在空间上失相传播，其可使信道耦合现象最少。一实施例要求各自的塑料被覆层形成于绞在一起的光纤上，被覆层具有变化的直径，用于改变电缆中的光纤的螺旋线(helix)。每根光纤均距离螺旋轴不同的距离。相比于束内的最近的一根光纤，这使得一些光纤比其他光纤更扭曲并拉伸了位于束外的光纤的长度，及其传播时间。使用由嵌入在单包层内的多纤芯制成的多芯电缆，每一光纤被固定在不同于任何另一光纤的螺旋线处。
发明内容
本发明致力于一种光缆，其包括多个载体，每一载体中分别具有至少一根光纤，载体确定通常关于光缆的中心区布置的至少两层，这些层确定靠近中心区的载体的相对内层，载体的外层相对远离中心区，内和外载体层中的每一层均具有各自的螺旋线+光纤余长值，层的各自的值之间的差确定一差异范围(differential range)，差异范围为约1％或更小。
本发明还致力于包括第一和第二光缆的光缆系统，第一和第二光缆中的每一个均具有各自的布置在载体中的光纤，载体分别确定每一光缆中的通常关于各自的光缆的中心区布置的至少两层，载体层确定靠近中心区的载体的相对内层，载体的外层相对远离中心区，内和外载体层中的每一个具有各自的螺旋线+光纤余长(helix-plus-EFL)值，光缆中的层的各自的螺旋线+光纤余长值之间的差确定一差异范围，差异范围为约1％或更小，且第一光缆的至少一光纤光学连接到第二光缆的至少一光纤。
本发明还致力于包括第一和第二光缆的光缆系统，第一和第二光缆中的每一个均具有各自的布置在载体中的光纤，载体通常在光缆中分别被安排成至少一层，并通常关于各自的光缆的中心区布置，第一光缆具有不同于第二光缆的层数，光缆的载体层具有各自的螺旋线+光纤余长值，至少一光缆的层的各自的螺旋线+光纤余长值之间的差确定一差异范围，差异范围为约1％或更小，且第一光缆的至少一光纤光学连接到第二光缆的至少一光纤。
本发明还致力于制造光缆的方法，包括为光缆的载体的各个层选择预定的螺旋线及光纤余长(EFL)值，其中预定的螺旋线及光纤余长值被加在一起以计算载体的各个层的各自的螺旋线+光纤余长值，保持载体的各个层的螺旋线及光纤余长值，使得各个层的各自的螺旋线+光纤余长值之间的差为约1％或更小。
图1为根据本发明的示例性光缆的截面图。
图2为描述应变窗口(strain window)上的光纤余长(EFL)的效应的光纤应变对光缆应变的示例性的图表。
图3为覆盖在根据本发明的负载对最小温度的示例图上的图1的光缆的内管层的等高线。
图4为覆盖在根据本发明的负载对最小温度的示例图上的图1的光缆的外管层的等高线。
图5为根据本发明另一实施例的示例性光缆的截面图。
具体实施例方式
参考图1，其示出并描述了用于光学传输系统如色散管理的光缆系统(DMCS)中的示例性的光缆10。根据本发明的光缆可以是松管型结构并可包括一种基于硅石的光纤类型，或者它们可确定一包含至少两种不同的光纤类型的混合设计。例如，光缆可既包括正色散补偿光纤，又包括负色散补偿光纤(DMCS光纤)，或者包括一种类型的色散管理光纤和非DMCS光纤的结合，例如由康宁公司制造并可从其处获得的LEAF、SMF-28或METROCORTM光纤。然而，其他适当的光缆结构也可使用本发明的概念，例如，取代用作光纤载体的管，其他适当的载体也可被使用来将光纤布在光缆内。例如，载体还可包括U形载体、开槽纤芯的槽、其他适当的载体、或它们的结合，以用于将光纤布在光缆内(图5)。
用在根据本发明的光缆中的DMCS光纤具有预定的衰减和多色色散特征，从而使得在1500-1600nm的波长区间内，多色色散的绝对值的范围在约10到约40ps/(nm·Km)之间。例如，正色散光纤具有约10到30ps/(nm·Km)的色散，负色散光纤具有约-20到约-40ps/(nm·Km)的色散。
DMCS光纤仍然遭受与光学衰减关联的光学性能约束。本发明的发明人已认识到，光学衰减和局部多色色散的大小均直接正比于螺旋线值和/或光纤余长(EFL)。本发明的发明人还发现了对减少光学性能如光学衰减的变化的因素进行管理的方式，其在某种程度上增强了多色色散管理系统。在光学参数的大小主要在于使系统的影响范围最大的同时，参数的变化的减少同样允许更大的影响范围。目前用于确定数字系统质量的一个因素是Q因素，其是所接收的“1”和“0”功率电平除以“1”和“0”电平的标准偏差的和之间的差的比。增加的Q(好的)与更多的功率通过(低衰减)及衰减和多色色散中的功率的一致性(低变化)相关联。如果色散未被完全补偿，在“1”和“0”中的变化增加。
根据本发明的概念，以适当的光缆结构具有多层光纤的光缆具有可控制的螺旋线值和应变窗口，用于控制光学衰减和色散、增强色散管理及导致可接受的Q因素。另外，本发明的概念可使用具有单层光纤的适当光缆实施。
本发明的特征是光缆中的绝对光纤长度最小化，在保持所需要的光缆空间、热、及拉伸性能标准的同时具有对单层或多层光纤绞成的光缆中的层中和/或层之间的相对光纤长度的控制。本发明实现了控制螺旋线值、拉伸及压缩应变窗口、光缆中的强度元件、EFL、和/或光缆的复合材料热膨胀特征的平衡。
为制造根据本发明的多层光缆，光缆设计参数如螺旋线和/或EFL值均被控制和/或最小化。根据本发明，其公开了几个示例性的方程。如在此所用的，螺旋线值意为在任何适当的结构中载体相对于光缆的纵向长度的过长，并通常表示为百分数。例如，单个载体的节距和中径确定载体的螺旋线值。另外，如在此所用的，EFL值意为光纤如光纤束或带的长度超出包含该光纤的载体的长度，并通常表示为百分数。方程1示出了单向螺旋的螺旋线值、节距和中径之间的关系Hi=1+π2Pi2Li2-1---(1)]]>其中 Hi＝载体i的螺旋线值；Pi＝载体i的中径；及Li＝载体i的节距。
另外，本发明的概念可使用具有不同于单向螺旋的其他适当结构的载体的光缆实施，例如，S-Z绞合；然而，使用这些其他适当的结构，对于螺旋线值的其他适当方程和/或逼近通常被要求作为熟练技术人员所已知的。此外，技术人员应理解的是，例如，S-Z绞合具有随光缆长度变化的反向捻，但由于载体过长而具有可定义的螺旋线值。
在给定套管中央的光纤或光纤束的曲率的名义上的半径由套管的节距、绞合在套管内的纤芯或纤芯构件的直径、及套管的直径确定。方程2示出了直放的光缆的给定套管的中央的光纤或光纤束的曲率的名义上的半径、节距、纤芯或纤芯构件的直径、及套管的直径之间的关系Rj=Lj2+π2(Dj+dj)22π2(Dj+dj)---(2)]]>其中Rj＝套管的中央处的光纤或光纤束的曲率的名义上的半径，Lj＝套管j的节距，Dj＝套管绕其绞合的纤芯或纤芯构件的直径，及dj＝套管的外直径。
用于所绞合的松管型光缆的拉伸应变窗口可被定义为在光纤经历光纤应变之前光缆可能经历的百分比轴向延长。方程3表示了用于估计用于本发明中的给定套管中的光纤的应变窗口的方法。
Mej=1+π2Lj2[(Dj+dj+Δj)2-(Dj+2tj+bj)2]-1---(3)]]>其中 Mej＝拉伸应变窗口，Δj＝由套管j中的光纤过长导致的中径的增加，tj＝套管j的管壁的厚度，及bj＝套管j中的光纤或光纤束的有效直径。
光缆拉伸应变窗口Me是最小套管拉伸应变窗口，并同样通常被表示为百分数，其余参数如方程2中所定义的一样。
用于所绞合的松管型光缆的压缩应变窗口通常被定义为在发生光纤压缩之前光缆可能经历的百分比轴向压缩。方程4示出了估计套管j的压缩应变窗口的方法。
Mcj=1+π2Lj2(Dj+dj+Δj)2-(Dj+2dj-2tj-bj)2]-1---(4)]]>其中Mcj等于压缩应变窗口，其余参数与方程3中所定义的一样。压缩应变窗口Mc为具有最小绝对值的Mcj并通常被表示为百分数。
光缆的复合材料导热系数可由方程5估算ac=Σi=1toNnEiAiaiΣi=1toNnEiAI---(5)]]>其中 αc＝复合材料热膨胀系数，αi＝材料i膨胀的导热系数，Ei＝材料i的杨氏模数，Ai＝材料i的截面积，及N＝光缆中在应力下的材料数量。
可允许的温度极限可从方程6和7得出。
Tmax=(Me+Sa)a+Tnom---(6)]]>其中 Tmax＝设计用途的最大温度；Me＝光缆拉伸应变窗口；Sα＝允许的光纤应变；α＝复合材料导热系数；及TNom＝用于光缆特征计算的名义上的设计温度。
Tmin=(Mc+Ca)α+TNom---(7)]]>其中 Tmin＝设计用途的最小温度；Mc＝光缆压缩应变窗口；Cα＝允许的光纤压缩；α＝复合材料导热系数；及TNom＝用于光缆特征计算的名义上的设计温度。
应变窗口是光缆几何的特性，其限制在光缆由于外力的应用而伸长时光纤所经历的应变，或限制在光缆响应于热影响而缩短或膨胀时光纤所经历的应变。超出应变窗口则可不利地导致光纤衰减和偏振模色散(PMD)。
根据本发明，光缆中的套管的各个层的各自的螺旋线值、和/或EFL值均被控制。套管的层通常关于光缆的中心是同心的，给定层的管从光缆中心到载体中心均间隔相同的距离。例如，套管的至少两层的螺旋线值可做成实质上是一样的，例如，内和外层的各自的螺旋线值可以是约2％，及约2-3％。其他实施例可包括每一层具有可控制的、非相等的螺旋线值，例如，内和外层的各自的螺旋线值可以是0.5％及约3-4％。然而，使用本发明概念的其他适当的螺旋线值可以用于平衡的或非平衡的结构。
图1示出了光缆10，根据本发明制造的光缆的一示例性实施例。光缆10最好包括至少两层套管14、18，套管的至少一部分包含松散成束的和/或用线成束的光纤15、19，其确定各自的束直径。管14包括套管的内层，管18包括套管的外层。套管由具有已知和/或可测量的膨胀/收缩温度系数的材料制成。如上所提及的，管中的光纤可以是正和/或负色散补偿，并可包括无色散移位的光纤，如由康宁公司制造并可从其获得的LEAF、SMF-28光纤和/或METROCORTM光纤。填充棒(filler rod)(未示出)可占用一个或多个管位置。管14、18最好关于光缆的中心绞合在一起，光缆的中心最好由中心强度元件12占据。遇水膨胀带16可邻近套管布置。如由聚乙烯制成的周围的光缆护套20被挤压出在构件的上面。
在优选实施例中，套管外直径(OD)随管层到管层的不同而变化，但外径在给定层内最好是一样的。优选地，具有相对较小的外管径的管层作为内管层。同样，管中的光纤及光纤类型的数量在层之间或同一层内的管之间可以是不同的。另外，不同层的EFL可按照在此所讨论的进行控制。优选地，所有的光缆构件均在适当的制造规范内进行制造，并具有已知的和/或可测量的材料、机械或几何特征。例如，构件的各自的模量是已知的，每一套管实质上是圆的并具有内和外径，内和外径确定通常为常数的管壁厚度，且套管在制造公差范围内沿节距或螺距绞合。优选地，螺旋线值从管层到管层均被控制。在一实施例中，根据本发明制造的光缆的套管层的至少两层有利地具有实质上相同的螺旋线值。
根据本发明，每一层的压缩幅度是不同的，且是套管尺寸及节距的函数。根据本发明的光缆的热限制最好由至少两层之间的最高的所需最小温度定额确定。换言之，所需要的应变窗口最好基于所需要的最小温度限制。
在优选实施例中，光缆10具有示例性的-40℃最小温度极限及70℃的最大温度极限，其在内层上具有8-9根套管，在外层上具有12-13根套管。满足这些温度要求的光缆可用同样的3.0/2.3mm(OD/ID)管制造，例如，内层和外层具有约1.61％的最大螺旋线值。通过在外层使用3.0/2.3mm管、而在内层使用2.4/1.7mm管，可获得约1.45％的减小的螺旋线值。通过在外层使用3.15/2.9mm管、而在内层使用2.9/2.2mm管，甚至可获得更低的约0.96％的螺旋线值。前面的内容假定用在上文中出现的方程中的材料、机械及几何特征是已知的或可测量的。光缆设计上的其他约束，如最大允许的直径及重量，通常对将用在特定系统中的光缆提出了限制因素。
说明性地，优选的管外径范围为约1.5mm到约8.0mm，节距范围为约60mm到约600mm。总之，内层的管相比于在至少一其他层中的套管，具有不同的外径和内径。在一例子中，内层具有2.5/1.8mm的管，外层具有3.0/2.3mm的管，所有的管具有12根光纤。这使能有节距，其适当光缆具有可控制的螺旋线值，例如在两层中的实质上相同的螺旋线值(百分数)，并满足热及拉伸定额要求。对于具有至少两层及实质上平衡的螺旋线值的给定光纤计数，这还使得光缆的整个直径能够最小化。
根据本发明的光缆可使用如熔接接合的方式而光学互连以确定一光缆系统。在一系统实施例中，不需要在各个光缆的套管的内层和外层之间进行交叉接合，所连接的光缆具有最小的光纤长度变化，从而使差异光纤长度最小。具有类似的螺旋线值的套管的层被互连。换言之，光缆系统具有第一和第二光缆，第一和第二光缆的每一个具有各自的布置在套管中的光纤。套管分布确定光缆中的至少两层，并通常分别关于光缆的中心区绞合。套管层确定一靠近中心区的套管的相对内层，及相对远离中心区的套管的外层。内和外套管层的每一个分别确定一螺旋线值，其在每一光缆内实质上是一样的。第一光缆的套管的层光学连接到第二光缆的套管的对应层，如通过熔接接合。例如，在系统中，从光缆到光缆，内层可连接到内层。
其他平衡的光缆系统也是可能的。例如，每一光缆内的各自的螺旋线值实质上不相等，且第一光缆的套管的层光学连接到第二光缆的套管的非对应层。例如，第一光缆的套管的外层连接到第二光缆的套管的内层，反之亦然。各自的螺旋线值按照系统要求所需要的进行建立。所互连的层的螺旋线值可实质上是相同的或不相等的。
使用本发明概念的平衡光缆系统的其他实施例也是可能的。例如，具有单层套管的第一光缆可光学连接到具有多层套管的第二光缆。说明性地，第一光缆具有一层12根套管，每一套管具有12根光纤，其总光纤数为144根。第二光缆具有两层套管，内层有6根套管，外层有12根套管，每一管具有12根光纤，其总光纤数为216根光纤。第二光缆的内层的六根管中的光纤可被连接到第一光缆的第一六根管，第二光缆的外层的六根管可被连接到第一光缆的其余六根管。类似地，具有相同的或其他适当结构的层和/或光纤数的光缆可使用本发明的概念以其他方式进行光学互连。例如，第一光缆的十二根管可被光学互连到第二光缆的外层的十二根管。
本发明的光缆和/或系统可被用作空间分集备用系统(spacediversity backup system)，例如，其中一光缆用作同一系统中的两根其他具有不同的螺旋线值的光缆的备用。为使备用光纤长度与主系统光纤之间的差最小，根据本发明的光缆的每一层中的螺旋线值可被使得对应于被支持的光缆中的螺旋线值。
在本发明的其他实施例中，EFL可被控制，例如，EFL在层之间可以是一样的，也可以是不同的，可具有或不具有平衡的螺旋线。然而，通常在实现平衡的螺旋线时，层之间的EFL通常是相等的，层之间的光缆特征可以是实质上不同的，如下所述。在光缆制造好后，很难物理地测量EFL。然而，EFL通常可通过测量光缆和/或光纤特征来确定。
EFL可通过物理测量套管长度并将其与光纤长度比较来确定和/或约计，和/或测量应变窗口可约计EFL。图2示出了光纤应变/光缆应变对光缆应变的图表。应变窗口可被定义为压缩应变窗口加拉伸应变窗口的和。低压缩应变窗口指明在光缆处于压缩情形时会有光学性能降级的风险，例如，该风险由低温条件造成。低拉伸应变窗口指明在光缆处于拉伸情形时会有光缆光学性能降级的风险。在光纤实质上未经历应变时，两个出口存在一对应于图2沿0％光纤应变的中间位置的状态。沿0％光纤应变线，宽的总应变窗口对于宽拉伸和/或低温光缆应用是适合需要的。
用于说明，线22为代表性的数据，其指明由于拉伸或压缩力作用于光缆之上，光缆中存在光缆应变。光缆应变线22穿过光纤应变中间位置及光缆应变中间位置。在光纤应变中间位置的上面，光缆经受拉伸，在下面，经受压缩。
截面图示意性地示出了光缆10的一部分，以说明套管的内层内的光纤的移动。具体地，位于中间强度元件12的相对侧上的两根管14被示出，且为清晰起见，省略了其他管和构件。当由于拉伸光缆中的光缆应变增加时，光纤移向管的内壁直到其与内壁接触并导致一拐点24a，其中光纤应变通常随光缆应变而线性增加。另一方面，当由于压缩而使光缆应变增加时，光纤移向管的外壁直到其与外壁接触并导致一拐点24b，其中光纤应变随光缆应变而线性增加，但通常有非线性。对于光缆设计，在拐点之间的光纤应变实质上为零且光缆性能可能是最令人满意的。
实质上零EFL的状态是管及光纤长度实质上相等或平衡时的状态。长度平衡线24表示其中具有光纤的绞合的套管，其中管的长度和其中的光纤的长度是平衡的，及他们具有实质上一样的长度，以定义一实质上零的EFL。
比较起来，负及正EFL条件可存在。负EFL线26指明光纤短于套管的情况，从而定义一负EFL条件。换言之，由于负EFL，在套管内的光纤经受拉伸应变之前光缆可能不合需要地抵挡较小的拉伸应变。相反，正EFL线28指明光纤长于套管的情况，从而定义一正EFL条件。
产生中间的、正的或负的EFL条件可影响光缆性能。尽管对于正EFL状况存在最大的拉伸应变窗口，在如低温条件期间光缆处于压缩时，因为如由正EFL线28所示的较小的压缩应变窗口，光缆性能将遭受影响。类似地，如负EFL线26所示，负EFL可补偿低温影响。然而，将导致相对较小的且可能是不合需要的拉伸应变窗口。
其他适当的且最好是更精确的测量EFL的方法可被使用。例如，EFL可通过使用商业可用的高分辨率反射计来确定，以确定光学路径长度。这样的高分辨率反射计为可从日本东京的Ando Electric Co.获得的AQ7410型号反射计。
根据本发明的概念，需要改善光缆和/或系统性能，其通过使用螺旋线和/或EFL值在层、束和/或带堆之间平衡光纤路径长度而得以实现，同时保持令人满意的热和/或光学性能等级。
熟练的技术人员可理解的是，相对于光缆的纵向长度的真实光纤路径长度由螺旋线值乘以EFL值给出。然而，对于适当的范围，螺旋线值与EFL值的算术和是光纤路径长度的相对准确的逼近。例如，1.5％螺旋线值与0.1％EFL值结合具有约1.6015％的真实光学路径长度，而螺旋线+光纤余长值约计约1.6％的光学路径长度。用于说明，图3和图4示出了位于描述光缆上的最大载重对最小温度的图表上面的EFL等高线(实线对角线)和螺旋线+光纤余长等高线(虚线对角线)。根据本发明的例子，拉伸光纤应变被限制到预定的值，即约0.3％。
详细地，图3和4均通过使用商业可用的软件包并使用上面公开的设计方程产生。图3表示与管如套管14、15的内层关联的特征。图4表示与管如套管18、19的外层关联的特征。然而，该概念也可用于其他适当的光缆结构。
作为例子，传统的光缆设计将被描述。如图3所示，点A表示内管组件具有约-50℃的最小温度，及约0.1％的EFL(通过读EFL等高线)。类似地，如图4所示，点A表示外管组件具有约-50℃的最小温度及约0.1％的EFL(通过再次读EFL等高线)。每一管层的螺旋线+光纤余长值表示光学路径长度的更准确的描述，而不仅仅是螺旋线值。这对于依赖长度的光学性能特征如色散和衰减及对Q因素的影响均是很重要的。如图3所示，内插在螺旋线+光纤余长值之间，内管的螺旋线+光纤余长值大约为2.1％，而如图4所示，外管的螺旋线+光纤余长值大约为3.4％。换言之，在层之间的螺旋线+光纤余长值未被平衡。具体地，层之间的螺旋线+光纤余长值的差为约1.3％。该差在控制依赖长度的衰减和色散特征的DMCS设计中是很重要的。例如，在DMCS设计中考虑螺旋线+光纤余长值，可通过消除增音器和/或再生器的需要而避免系统装备费用。
本发明的实施例包括内和外套管层，每一层具有各自的螺旋线+光纤余长值，其中螺旋线+光纤余长值通常是平衡的，例如实质上是一样的和/或在层之间的差异范围内。类似的，预定层的载体及其中的各自的光纤可具有螺旋线+光纤余长值，其中螺旋线+光纤余长值通常是平衡的和/或在层内的局部差异范围内。例如，在层之间和/或一层内的螺旋线+光纤余长值具有约1.0％左右的差，0.5％左右更好，0.2％左右最好。例如，载体层，具有各自的平衡的螺旋线+光纤余长值的管可被实现，其在层和/或布置在载体内的之间具有实质上相同的EFL值。实质上相同的EFL意为光纤之间的EFL值之间的差为约0.3％或更小，该差为约0.2％或更小则更好，最好该差为0.1％或更小。此外，给定层的平均EFL值可通过将该层的每一载体内的光纤的EFL值相加并除以载体数量而计算出来。然而，本发明的其他实施例可包括实质上不同的螺旋线+光纤余长值。
更具体地，本发明的实施例在层之间可包括平衡的螺旋线+光纤余长值，同时在层中具有实质上一样的EFL；然而，例如，对于最小温度，层可具有不同的值。用于说明，如图3所示，点B表示内管组件具有约2.5％的螺旋线+光纤余长值及约0.1％的EFL。如图4所示，点B表示外管组件具有约2.5％的螺旋线+光纤余长值及约0.1％的EFL。然而，内管组件和外管组件可适应的最小温度不一样。更具体地，如图3所示，内管组件可适应约-65℃的最小温度，而如图4所示，外管组件仅可适应约-25℃的最小温度。在该例子中，层可适应的最小温度差为约40℃。通常，最好但不是必须使光缆内的层额定在预定的最小温度或其之下。
另外，本发明的实施例还可包括载体层之间的平衡的螺旋线+光纤余长值，例如，在层之间具有实质上相同的EFL值的管层允许层通常适应大约一样的最小温度。同样的最小温度意为层可适应约50℃或更小的最小温度差，约20℃或更小的最小温度则更好，最好为约10℃。用于说明，如图3所示，点C表示内管组件具有约2.0％的螺旋线+光纤余长值及约0.08％的EFL。如图4所示，点C表示外管组件具有约2.0％的螺旋线+光纤余长值及约-0.07％的EFL。有利地，内管组件及外管组件可适应的最小温度是大约一样的，即约-50℃。
还是在本发明的其他实施例中，载体如套管可具有不同数量的光纤。例如，相对于套管的内层的束或堆，套管的外层可具有较少数量的光纤束或堆，同时还使层之间的螺旋线+光纤余长值平衡。然而，在其他实施例中，载体如套管的内层可具有较少数量的光纤束或堆，同时还使层之间的螺旋线+光纤余长值平衡。也是在其他实施例中，光缆包括一层光纤载体，例如套管，并具有挤压在其周围的光缆护套，其类似于图1中移去第二层管的情况。单层光缆最好在载体和/或单层的光纤之间具有最小的、平衡的螺旋线和/或平衡的螺旋线+光纤余长值。另外，单层光缆可包括其他适当的光缆构件。
另外，采用螺旋线+光纤余长值概念的光缆可通过熔接接合而被光学互连，以定义一光缆系统。光缆可如在此所述的被光学互连和/或使用其他适当的结构。
根据本发明的制造光缆的方法包括为其中具有光纤的至少一层载体选择预定的螺旋线值和预定的光纤余长。另外，对于这些预定值的螺旋线+光纤余长值应被保持，使得具有光纤布置于其中的第一层载体的各自的螺旋线+光纤余长值之间的差具有约1％或更小的局部差异范围。此外，在层之间的各自的螺旋线+光纤余长值之间的差可被保持为具有约1％或更小的差异范围。然而，根据本发明的概念，其他范围也可被保持。
此外，除了用于光纤的松管外，其他适当的光缆构造可使用其他适当的载体；然而，熟练的技术人员应该理解的是，对于这些其他光缆结构，可能要求不同的设计方程。例如，本发明的概念可应用于具有U形载体和/或开槽的纤芯的载体的光缆，而不是松管型载体。例如，图5示出了具有两层载体14’、18’的光缆10’，载体中具有光纤堆15’、19’。具体地，开槽的纤芯13包括定义载体的内层的开槽的纤芯载体14’，及定义载体外层的U形载体18’。
此外，本发明的概念可应用于其中绞合有光纤束的单管光缆结构。光纤束通常不包括载体；然而，光纤束的螺旋线值可被平衡，使得光纤具有实质上相同的光学路径长度。单管结构通常不应具有螺旋线+光纤余长值，因为光纤束缺乏载体。例如，在单管内，光纤束的内层被以预定的螺旋绞合，束的外层被以预定螺旋绞合，使得内和外层之间的各自的螺旋线值被平衡。
本发明已参考前述的实施例进行了描述，但仅是对在此公开的发明概念的说明而不是限制。本领域技术人员将意识到，前述实施例的变化和修改可在不脱离本发明的范围的情况下进行。在所描述的示例性实施例中，光缆可包括开伞索28、带、阻水构件、防护、抗变形元件、套管填充物、纤芯黏合剂、和/或其他在美国专利5,930,431、5,970,196或6,014,487中公开的光缆构件，其分别组合于此用于参考。
权利要求
1.一种光缆，包括包括多个载体，每一载体中分别具有至少一根光纤，所述载体确定通常关于光缆的中心区布置的至少两层；所述层确定靠近所述中心区的载体的相对内层，载体的外层相对远离中心区，所述内和外载体层中的每一层均包含各自的螺旋线+光纤余长值，层的所述各自的螺旋线+光纤余长值之间的差确定一差异范围，所述差异范围为约1％或更小。
2.根据权利要求1所述的光缆，所述螺旋线+光纤余长差异范围为约0.5％或更小。
3.根据权利要求1所述的光缆，所述螺旋线+光纤余长差异范围为约0.2％或更小。
4.根据权利要求1所述的光缆，所述布置在各个载体中的光纤包括各自的光纤余长值，载体的所述内和外层的所述光纤具有各自的平均光纤余长值，所述层的所述各自的平均EFL值之间的差定义一EFL差异范围，所述EFL差异范围为约0.3％或更小。
5.根据权利要求4所述的光缆，所述EFL差异范围为约0.2％或更小。
6.根据权利要求4所述的光缆，所述EFL差异范围为约0.1％或更小。
7.根据权利要求1所述的光缆，所述载体为套管，其具有从管层到管层变化的内径或外径。
8.根据权利要求1所述的光缆，所述载体为套管，所述层具有相对较小的套管壁内或外径，其为内管层。
9.根据权利要求1所述的光缆，布置在所述层中的所述光纤具有各自的平均光纤余长值，所述层的所述平均光纤余长值不相同。
10.根据权利要求1所述的光缆，载体的所述内层的所述光纤具有正平均光纤余长值，且载体的所述外层的所述光纤具有负平均光纤余长值。
11.根据权利要求1所述的光缆，所述层能够适应各自的最小温度，所述层之间的所述各自的最小温度之间的差为约50℃或更小。
12.根据权利要求1所述的光缆，所述层能够适应各自的最小温度，所述层之间的所述各自的最小温度之间的差为约20℃或更小。
13.根据权利要求1所述的光缆，其作为光缆系统的一部分。
14.根据权利要求1所述的光缆，至少一所述载体为U形载体。
15.根据权利要求1所述的光缆，至少一所述载体为槽。
16.一种光缆系统，包括第一和第二光缆，所述第一和第二光缆中的每一个均具有各自的布置在载体中的光纤，所述载体分别确定所述光缆中的通常关于各自的光缆的中心区布置的至少两层；所述载体层确定靠近所述中心区的载体的相对内层，载体的外层相对远离所述中心区，所述内和外载体层中的每一个包含各自的螺旋线+光纤余长值，所述光缆中的层的各自的螺旋线+光纤余长值之间的差确定一差异范围，所述差异范围为约1％或更小；且所述第一光缆的至少一光纤光学连接到所述第二光缆的至少一光纤。
17.根据权利要求16所述的光缆系统，至少一所述光缆的所述螺旋线+光纤余长差异范围为0.5％或更小。
18.根据权利要求16所述的光缆系统，至少一所述光缆的所述螺旋线+光纤余长差异范围为0.2％或更小。
19.根据权利要求16所述的光缆系统，至少一所述光缆的载体的所述内和外层的所述各自的光纤具有各自的平均光纤余长值，所述各自的平均光纤余长值之间的差确定一光纤余长差异范围，所述光纤余长差异范围为约0.3％或更小。
20.根据权利要求19所述的光缆系统，所述EFL差异范围为约0.2％或更小。
21.根据权利要求19所述的光缆系统，所述光纤余长差异范围为约0.1％或更小。
22.根据权利要求16所述的光缆系统，所述第一光缆的所述至少一光纤光学连接到所述第二光缆的相同的各自层中的至少一光纤。
23.根据权利要求16所述的光缆系统，所述第一光缆的所述至少一光纤光学连接到所述第二光缆的不同的各自层中的至少一光纤。
24.一种光缆系统，包括第一和第二光缆，所述第一和第二光缆中的每一个均具有各自的布置在载体中的光纤，所述载体通常在所述光缆中分别被安排成至少一层，并通常关于各自的光缆的中心区布置；所述第一光缆具有不同于所述第二光缆的层数；所述光缆的所述载体层包含各自的螺旋线+光纤余长值，至少一所述光缆的层的所述各自的螺旋线+光纤余长值之间的差确定一差异范围，所述差异范围为约1％或更小；且所述第一光缆的至少一光纤光学连接到所述第二光缆的至少一光纤。
25.根据权利要求24所述的光缆系统，至少一所述光缆的所述螺旋线+光纤余长差异范围为约0.5％或更小。
26.根据权利要求24所述的光缆系统，至少一所述光缆的所述螺旋线+光纤余长差异范围为约0.2％或更小。
27.根据权利要求24所述的光缆系统，至少一所述光缆的布置在各自的载体中的所述光纤包括各自的光纤余长值，所述至少一光缆的所述层具有各自的平均光纤余长值，所述各自的平均光纤余长值之间的差确定一光纤余长差异范围，所述EFL差异范围为约0.3％或更小。
28.根据权利要求27所述的光缆系统，所述光纤余长差异范围为约0.2％或更小。
29.根据权利要求27所述的光缆系统，所述光纤余长差异范围为约0.1％或更小。
30.根据权利要求24所述的光缆系统，所述第一光缆的所述至少一光纤光学连接到所述第二光缆的相同各自层中的至少一光纤。
31.根据权利要求24所述的光缆系统，所述第一光缆的所述至少一光纤光学连接到所述第二光缆的不同各自层中的至少一光纤。
32.一种制造光缆的方法，包括为所述光缆的载体的各个层选择预定的螺旋线及光纤余长值，其中所述预定的螺旋线及光纤余长值被加在一起以计算载体的所述各个层的各自的螺旋线+光纤余长值；保持载体的各个层的所述螺旋线及光纤余长值，使得所述各个层的各自的螺旋线+光纤余长值之间的差为约1％或更小。
33.根据权利要求32所述的方法，所述保持的步骤还包括所述各自层的各自的螺旋线+光纤余长值之间的差为约0.5％或更小。
34.根据权利要求32所述的方法，所述保持的步骤还包括所述各自层的各自的螺旋线+光纤余长值之间的差为约0.2％或更小。
35.根据权利要求32所述的方法，所述选择各自的光纤余长值的步骤还包括在约0.3％或更小的范围内为各个层选择光纤余长值。
36.根据权利要求32所述的方法，所述选择各自的光纤余长值的步骤还包括在约0.2％或更小的范围内为各个层选择光纤余长值。
37.根据权利要求32所述的方法，所述选择各自的光纤余长值的步骤还包括在约0.1％或更小的范围内为各个层选择光纤余长值。
38.根据权利要求32所述的方法，所述选择各自的光纤余长值的步骤还包括为至少一所述各自的层选择负光纤余长值。
39.根据权利要求32所述的方法，所述选择的步骤还包括选择螺旋线+光纤余长值以适应各自的最小温度，各个层的所述最小温度之间的差为约50℃或更小。
40.根据权利要求32所述的方法，所述选择的步骤还包括选择螺旋线+光纤余长值以适应各自的最小温度，各个层的所述最小温度之间的差为约20℃或更小。
全文摘要
光缆及其制造方法，包括多个载体，载体中具有至少一根光纤。在一实施例中，载体在光缆内被安排成两层，并通常关于光缆的中心区布置。每一层具有各自的螺旋线+光纤余长值。这些层的各自的螺旋线+光纤余长值之间的差确定一差分范围，该范围最好为约1％或更小。另外，光缆可用在光缆系统中，如色散管理电缆系统(DMCS)。
文档编号G02B6/34GK1643425SQ03807093
公开日2005年7月20日 申请日期2003年3月7日 优先权日2002年3月27日
发明者戴维·A·塞登, 威廉姆·S·杰克曼 申请人:康宁光缆系统有限公司