低折射率内敷层光缆的制作方法

专利名称:低折射率内敷层光缆的制作方法
本发明涉及一种低折射率内敷层光缆，这种光缆包括多个单元，每个单元又由多根光纤组成，每根光纤都有内敷层，内敷层的折射率(indexofrefraction)小于外敷层的折射率。上述的多个单元包在一个鞘层系统内的共用套管里。
尽管希望光导光纤频带宽、尺寸小、但是光导光纤在机械上是很脆的，在拉伸负载的作用下呈现脆性碎裂，导光性能下降。在沟道(duct)中使用的光缆必须能经的起当光缆被拉入沟道时所施加的拉伸负载以及弯曲产生的应力，在城市内的市区环形工厂(loopplant)中这是经常发生的。结果是，已经研制出多种光缆结构能在机械上保护这些光纤。
已经研制的几种光缆结构包括松管光缆、带缆和成束(stranded)光缆。请见第4，153，332号美国专利，带缆包括一个芯子，该芯子具有一个或多个带子，每个带子包括多根总排列为一个平面阵的光纤。该芯子被一个松配合的塑料内管套和一个用强力件(strengthmember)加强的外套包着。另一种适用于沟道系统的通讯光缆公开于第4，241，979号中美国专利。这种光缆包括两个分离强力件层，它们以相反的方向螺旋式卷绕。在持续的拉伸负载的作用下这两层强力件层围着该光缆产生大小相等但方向相反的力矩，以保证光缆无扭曲。在另一种通讯光缆中多根光纤被包在一个热模压塑料管内，以构成一个单元，多个这种套管的单元又被包在一个共用的模压塑料管内，这个共用的塑料管被包在一个鞘层系统内。这些包在每个单元管内的光纤围着一个中心的强力件一起成束(strand)。
一般说来，这些现有技术的光缆如带缆、成束缆和松管缆，由于这些带、成束单元或管是在各自生产线上生产出来的，因此造成了例如在成束的光缆的制造中，多个事先分别包在管内或成束的单元被送入一条施加共用套管及外套的生产线上。因为带或管芯一般接预定的距离(lay)成束，其制造和在芯子内的带或管的距离(lay)的组装就要使用相当重的转动设备，从生产角度上说这是不希望的。
另外，在一条光缆中，沿光纤轴的微小波动(称为微弯曲)就会产生光损耗，使能量通过敷层逸失。由这种弯曲造成的传输衰减称为微弯曲损耗。有关微弯曲损耗的论述。见S.E.米勒(S.E.Miller)等人的、《光纤电信》(OpticalFiberTelecommunication)纽约科学院出版社(1979)第158～161页;H.G昂尔加(H.G.Unger)的《平面光波导及光纤》(PlanarOpficalWareguidesandFibers)Clarendon出版社、牛津，第六章，第552～648页;以及D.马库赛(D.Marcuse)的“单模纤维的微变形的损耗”《应用光学》(AppliedOptics)第23卷第7期，1984年4月1日第1082～1091页。这个问发生在防水填料掺入到缆芯中以防水浸入时就是一例。典型的情况是，现有技术的防水材料在缆线制作及处理时经受的应变的条件下并不屈服，这就防止了光纤在缆线内和光纤接头处的移动，因为光纤以相当小的周期与未达屈服点的填充材料的表面接触。这可以通过光纤成束以使在光纤应力下形成新的螺旋体，从而避免微弯曲损耗，使这个问题得到解决。但是，众所周知，成束技术(stranding)要求生产线采用较低的速度运行。
由于这些光纤被包在护套层内，这种微弯曲损耗在室温下是不可察觉的。这些护套层在室温下吸收微扰，使光纤基本上保持无微扰状态。但是，在较低的温度下，也就是在-40℃范围内，该护套层材料经历热变化而引起光缆中的光纤轴弯曲。由于该护套层材料和光缆的特性，所以该护套层材料仅能部分地吸收这些微扰而一些微扰被传递到光纤上去。
所需要的是一种这样的光缆结构，即制造相当容易和成本低廉并能防止引入不适当的、导致光纤微弯曲的应力。还需要在大约-40°F范围内的比较低温度下，在其性能的一致性方面的有所改进。所需要的是一种这样的光缆即结构紧凑并能防止引入不适当的应力(该应力会在光纤中在通常可接受的温度范围内引起的微弯曲损耗)。
本发明的光缆克服了前述的问题。本发明的一种光缆包括多根光纤，这些光纤不是故意成束地被组装在一起，以形成一个沿该缆线纵轴方向延展的单元。该光缆可包含多个单元。一个用塑料制成的长管包着多根光纤，并平行于该光缆的纵轴。所有这些单元都安排在一个共用的塑料管中，而不是使每个单元排在一个相关的单个管中。每根光纤都包括一个芯子，一层内敷层和一层外敷层。该内敷层的折射率小于外敷层的折射率。每根光纤的总折射率之差，也就是该芯子与该内敷层折射率之差，是足够高以至于每根光纤基本上对微弯曲不敏感。此外，该内敷层直径与该芯子直径的比值以及该内、外敷层折射率之差与该内敷层和该芯子的折射率差的比值能使根光纤能以预定的波长、以单模方式工作。还有，多根光纤的总横截面的面积与该套管的内管径横截面面积之比不超过一个预定值，在一个实施例中，该优选的、护套的光纤该值约为0.5。
这种光缆至少还包含一个加强件和一个外套，该外套是由塑料制成的并包住该长管。在一个实施例中，一种放在管中的防水材料基本上填充纤维之间的空隙，它具有在-20℃时不大于70帕斯卡(Pa)临界屈服应力。如果光缆包含多个单元，则每个单元只用防水材料与其它单元隔开，并且该多个单元都被包在一个共用的套管内，而不是象现有技术那样包在各自的套管内。
图1是本发明的一种光缆的透视图;
图2是图1光缆的端面视图;
图3是一根被护套的光纤的端面视图;
图4A和4B分别是本发明光缆的一根相配敷层的光纤和根据优选实施的低折射率敷层的纤维的折射率结构剖面图;
图5是对一种防水材料施加的应力与应变的关系示例曲线;
图6A和6B分别示出在同一个工作波长时本发明的光缆与现有技术的光缆相关的附加损耗的图;
图7A和7B分别示出在另一个工作波长时本发明的光缆和现有技术的光缆相关的附加损耗的图;
图8是本发明光缆的另一实施例的透视图;
图9是图8光缆的端面视图。
现在参阅图1和图2，该图示出了本发明优选的实施例的光缆20。该光缆包括一个芯子21，该芯子21包括多个单元，每个单元都用标号22标注，它包括多个单个的护套的光纤24。另外每根护套的光纤24都含有一根纤维25，纤维25含有一个芯子26和敷层27(clading)和一个或多个护套层(coating)28(见图3)。应该理解，这儿“光纤”这个词是指纤维本身和任何施加的护套层。一般地说，对于一个单模的光纤而言，芯子26的直径是在8～9μm(微米)范围内外敷层直径约为125μm。每个单元22或是成束的，或是非成束的，即该单元总是平行于该缆的纵轴26延伸，或者以一种摆动拧法(oscillatinglay)来形成。
应该懂得，这些包含在优选实施例的每一个单元22的光纤24不成束地组装在一起，另外每个单元自身以不定位置距离(infinitelaylength)地被组装着。这些光纤可沿着这单元的一些部分波动，这使每根光纤的长度至少比任何包着鞘层系统的光纤的长度略长一点。这将防止光缆在生产、安装和维护时不致给予光纤24不适当的应变。
如图1和2所示，芯子21包括多个单元，这些单元分别用扎线32绑在一起并包装在套管34中。套管34是用塑料如聚氯乙烯和聚乙烯制成的，它容纳多个各自未套管的绑好的单元，并都平行于光缆20的纵轴29延伸。
本发明的光缆的一个重要的特征是它的填装密度(Packingdensity)。填装密度定义为所有的光纤和其上所有敷层的横截面的面积与该套管34包装的总截面面积之比。如果填装密度太高，则在操作处理该光缆时芯子内的光纤会承受相当大的应力，可能碎裂。这种情况发生在填装密度太高的情况下，这是因为当使用较高应力屈服点的防水材料时，光纤不能在套管中充分移动以消除诸如弯曲时产生的应力而造成的。在优选的实施例中，填装密度约不超过0.5。
如上所述，在光纤轴上的微扰(微波动)亦称为微弯曲能使能量通过敷层逸失而产生光损耗。光能封闭的程度和对微弯曲导致的光损耗的敏感度可用斑点的大小亦称为横场直径和基本传播模式的有效系数(effective index)来表征。这些公知的参数以及在下文中所用的其他参数都定义在诸如上文提过的Mitter Unger和Marcuse的公开文件中。影响微弯曲损耗的关键参数分别是该芯子的直径d和该芯子与该敷层的折射率nc和ncL的差值。该差值通常表示为百分比差值并标以△。请看如图4A所示的标为36的一种典型单模光纤的折射率剖面图的例子。具有如图4A所示的折射率剖面图的光纤称为相配敷层光纤。图中芯子用标号37表示，直径为d和折射率为nC。敷层用标号38表示，整个敷层是均匀的，折射率为nCL。一种典型的相配敷层光纤的△为0.30%。在一个给定的波长时，参数d和△决定了斑点的大小和有效系数。小的斑点尺寸和高的有效系数保证光能密闭地封闭在纤维芯子区域内，因此具有很高的抗微弯曲引入损耗的性能。
虽然改进的微弯曲性能可通过增大△和减小d来减少的斑点的大小来得到，但众所周知，随着斑点的大小的减少实现纤维接头的低损耗的困难就增加了。而且当芯子的直径减小时，零色散波长增大，当零色散波长超出工作波长时，纤维色散增加和工作波长的最大带宽减小。这些与之相反的后果，增加纤维接头损耗和增加纤维色散，则限制了为达到最佳工作条件。最小的纤维芯子的大小为1.3μm。
以前提到斑点的大小和零色散波长对△的依赖性较少。例如，一种具有较高△的光纤可在保持适于低的连接损耗的斑点尺寸时用来提供抗微弯曲的性能。但是为了改善微弯曲性能而加大△将要提高该纤维的截止波长。众所周知，截止波长是这样的波长，即低于它时高次模式能够传播。因为如果高次模式存在，该纤维的带宽就要急剧降低，所以任何截止波长的升高都必须得到控制，以保持在系统的波长时的单模工作。
这个问题可以这样克服，即通过让那些用来供给单元22的光纤24具有这样的特征，即具有一层内敷层40(见图3)，该层40具有的折射率比外敷层42的折射率低。这样的纤维称为具有一层低折射率的内敷层。已经发现，低折射率内敷层光纤的优越性在于，这样的纤维可以被设计成具有相当高的抗微弯曲引入的光损耗的性能。如图4B所示，芯子26的直径d和折射率44，它对于相应于外敷层42的折射率nCLO。的参考线45的相对折射率差为△+。标号为43的内敷层40直径为D、折射率为nCLi，具有对于同一参考线45的相对折射率差△-。从芯子到内敷层的总折射率差标为△。
低折射率内敷层光纤的一个优点是截止波长除了依赖于芯子直径d和总折射率差△之外，还依赖于内敷层直径45与芯子直径的比值D/d和内敷层折射率与总折射率差的比值△-/△。例如，当D/d减小时，截止波长也降低。标称的D/d值为6.5，但是一个有用的范围可能包括3左右这样低的值。因为斑点的大小、有效系数和零色散波长在这考虑的范围内对这些比值不敏感，因而可以通过选择合适的D/d和△-/△的值去控制截止波长来补偿改进微弯性能所要求的较高的△值。典型的D/d和△-/△值能降低截止波长100nm或更多，从所可以在较高△的抗微弯曲的纤维中实现单模工作。
所需要的是一种这样的△-/△和D/d值，即它们适合于提供一个这样的截止波长，该截止波长具有相同的芯子尺寸和折射率差的相配敷层纤维显著地低的波长。所提供的是一种具有按这样的方式选定参数的光纤，以使一根大体上对微弯曲不敏感的纤维能在预定的波长下进行单模方式工作。本发明的光缆便于在相当高的总折射率差△下的工作。这就允许单模工作，而这通常在1.3μm波长时是不能实现的就是一个例子，这还保证了具有很高的抗微弯曲引入的损耗的功能即使该系统工作于1.55μm的较长波长也是如此这也是一个例子。在优选实施例中，这种单模工作的预定波长为1.3μm并且具有在1.55μm时的低损耗工作的附加能力。
本发明的光缆含有一些低色散、低损耗的纤维，这些纤维具有△、芯子直径D、D/d和△/△，以提供了保证在1.3μm下单模工作的足够低的截止波长。一根具有过掺杂的芯子与及低掺杂的敷层的纤维能提供高的△和在1.3μm附近的低的材料色散。如第4，439，007号美国专利所提出的，当使用低掺杂的敷层时，一个相当高的△并不一定产生在1.3μm附近的高的材料色散。足够低的截止波长、低色散和适合于低损耗连接的斑点尺寸是通过适当选择d、D/d和△-/△，并具有导致低的装配损耗(packaging loss)的相当高的△来得到的。典型的△-的值是在△的(10～40)%之间的范围内。在优选实施例中，d＝8.3μm，D＝54μm，△+＝0.25%，△-＝0.12%和△＝0.37%。
在图1和2所示的实施例中，单元22和该单元和套管34之间的芯子用适当的防水材料46填充。业已明确，在一条光缆中，填充成份也必须对保持光纤在相当低的应力状态起作用。
缆线填充材料或防水材料特别是光缆的填充合成物(composition)应该满足各种要求。在这些要求中包括在一个相当宽的温度范围(从-40℃左右到76℃左右)内该缆线的物理特性保持在可接受的限度内的要求。还希望在上述温度范围内填充材料是相当防脱油收缩(syneresis)的材料，脱油收缩是在施加应力的情况下油从凝胶中的分离。用于光缆中填充材料还应该具有相当低的剪切模数。按照现有技术，剪切模数是光缆填充材料的关键的材料参数，因为人们确信它直接与微弯曲损耗量相关。一般地说，在长波长时的微弯曲损耗要比在短波长时更难控制。因而，重要的是能制出在长波如1.55μm时没有明显的成缆引入损耗的光缆。
较好的防水材料是一种这样的合成物，这种合成物包含两种主要成分，即油和诸如胶粒这样的胶状物，可选择的话，还有防漏剂可做为第三种主要成份。诸如热氧化稳定剂这样的其它成份是可选用的。
在防水材料中使用的各种油当中，包括具有最小比重约为0.83的聚丁烯油，其最大固化点按美国材料试验标准(ASTM)D97为低于大约18℃或美国标准试验手册(ASTM)103、104A或104B型，环烷或链烷油以及它们的混合物按美国材料标准ASTMD-226检验最小比重为0.86，其最大固化点按ASTMD97，低于大约-4℃。用于本发明缆线的油的一种具体的样油是聚丁烯油，它是合成的烃油，按ASTMD97具有-35℃的固化点，在99℃时国际赛氏秒(SVS)粘度为1005，0.8509的比重以及平均分子量460。在德克萨斯州德克萨斯市Amoco化学公司，按商业号L-100可以得到此种油。(TheAmoc·ChemicalCorporation，underthetradedesignationL-100)。另一种样品油是白色矿物油，按ASTMD97具有-25℃的固化点，在99℃时SUS粘度为53.7，平均比重为0.884，含芳烃油按重量不超过1%。后种样油可以从宾夕法尼亚州、巴特勒的彭瑞克(PenrecoofButler，在标号Drakeol35下找到。其它的油包括甘油三酯脂基的菜油诸如蓖麻子油和其它诸如聚丙烯油那样的合成的烃油。在要求防火特性的应用时，氯化的石腊油是有用的，它具有30～75%(按重量)氯含量，在25℃时粘度在100和10，000厘泊(cp)之间。这样的油的一种样油是Paroil152，它可从俄亥俄州的Dover化学公司得到(TheDoverChemicalCompanyofDoverOhio)。聚丙烯酸的聚合脂或相似的材料可以用作固化点抑制剂，其添加量在重量的5%以下。一个样例是ECA7955，可从Exxon化学公司得到(ExxonChemicalCompany)。
在油中的填充胶粒靠把表面的氢氧基集团结合起来使油胶化以形成网状物。这样的凝胶能承受在应力临界值之下的负载。在这个应力值以上，这个网状物瓦解了，材料呈液态特性并在应力作用下流动。这样的特性通常称为触变特性。
用于本发明的缆线中的胶质填充物包括亲水性的或是增水性的硅胶，较好的是憎水的雾化硅，它具有大约在50到400m2/gm的BET表面积(用布鲁瑞厄-埃梅特-泰勒法则测定催化剂表面积)。这种憎水雾状硅石的一个样例是具有大约80-120m2/gm BET表面积、并含有重量5%的碳，并用聚二甲基硅氧烷所覆盖的雾化硅，它可从依利诺州的Cabot Corporation of Tuscola，在商业号Cab-O-Sil N70-TS下找到。一种试样的亲水的胶状材料是大约175～225m2/gm表面积的雾化硅，标称颗粒大小为0.012μm，比重为2.2，可从Cabot Corporation在商业号Cab-O-Sil M-5下找到。用于本发明实践中的其它的胶状填充物是沉淀的硅和粘土，诸如皂浆土经过或未经过表面处理皆可。
本发明的油脂(grease)的油保存可通过在化合物中添加一种或多种防漏剂来改善。这防漏剂可以是橡胶嵌段异分子聚合物，它是相当高粘度的半流体，有时也称为半固体、橡胶或其它合适的橡胶。嵌段异分子聚合物及半流体橡胶将被统称为橡胶共聚物。把橡胶共聚物加进到油脂合成物中能减少胶粒量，这些胶粒必须加入到混合液中以防止凝胶脱油。这种减低用量可以节约费用。它还可能使不漏油合成物的配方具有相当低的临界屈服应力。
在能用来做本发明缆线防水合成物的橡胶嵌段共聚物中是苯乙烯-橡胶和苯乙烯-橡胶-苯乙烯嵌段共聚物，它具有苯乙烯/橡胶比值约在0.1到0.8之间，它的分子量(如在25℃甲苯中的粘度所示的)是约从重量20%的橡胶溶液中100cp到重量5%的橡胶溶液中2000CP。示例的嵌段橡胶是a)苯乙烯-乙烯丙烯嵌段共聚物(SEP)，未增塑的，具有苯乙烯/橡胶比值约为0.59，比重约为0.93，折断强度按ASTM D-412为300psi(磅/英吋2)可以从德克萨斯州Shell Chemical Company of Housfon，在商业号Kraton G1701下找到;b)苯乙烯-乙烯丁烯嵌段共聚物(SEB)具有苯乙烯/橡胶的比值约为0.41，是Shell Chemical Company的标号TRW-7-1511的产品;c)苯乙烯-乙烯丁烯-苯乙烯嵌段(SEBS)，未增塑，具有苯乙烯/橡胶的比值约为0.16，比重约为0.90，750%伸长度，300%模数(按ASTM D-412)为350 pis，能在Shell Chemical Corporation在商业号Kraton G1657下找到。其它的苯乙烯-橡胶或苯乙烯-橡胶-苯乙烯嵌段共聚物是苯乙烯-异戊间二烯橡胶(SI)和苯乙烯-异戊间二烯-苯乙烯(SIS)橡胶，苯乙烯-丁二烯(SB)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)橡胶。SIS的一个样例就是Kraton D1107，SBS的一个样例就是Kraton D1102，两者都可以从Shell Chemical Corportion得到。
本发明的实践发现有用的半流体橡胶中包括具有大约20，000和70，000之间的θ(Flory)分子量的高粘度的聚异丁乙烯。它的一个样例是具有θ分子量约为42，600～46，100，比重约为0.91在350°F(大约177℃)时Brookfield粘度为26，000～35，000CP的聚异丁乙烯，它可从德克萨斯州的ExxonChemicalCorporation，ofHouston，在商业号VistanexLM-MS下得到。被认为是有用的其它橡胶是丁基橡胶、乙烯-丙烯橡胶(EPR)、乙烯-丙烯二聚物橡胶(EPDM)和氯化的丁基橡胶，丁基橡胶具有Mooney粘度ML1+8在100℃时按ASTMD-1646约为20到90之间。上述的样例分别是Buty1077，Vistalon404，Vistalon3708，和Chlorobutyl1066，都可从ExxonChemicalCompany得到。还被认为是有用的是解聚橡胶，在38℃它有40，000到400，000cp的粘度。它的样例是DPR75，从新泽西州的Harman，IncBelleville可以得到。
防水材料46的合成物是力图有效地阻止水进入到芯21中，而使附加损耗降到最小以提供优良的光学性能。虽然该合成物的保油特性是我们关注的，但最重要的特性是缆线20的光学性能。
表1示出对于两种不同的油Drakeol35和L-100来说，几种不同防漏剂对油分离的效果。三种含嵌段共聚物的合成物包含重量92%的油和重量6%的Cab-O-SilN70-TS胶状填充物，和重量2%的防漏剂。半流体含橡胶合成物LM.MS包含重量6%的N70-TS胶状填充物、所表明的防漏剂用量及重量89%和84%的Drakeol35。
表1油分离防漏剂Drakeol-35L-100%分离%分离2%SEP2.50.72%SEB113.52%SEBS525%LM-MS7-10%LM-MS2-表2示出对几种不包含防漏剂的合成物的油分离数据。很明显，添加防漏剂是比增加合成物中的胶粒含量以防止油分离或滴出更有效。此外，增加油脂中胶粒含量到要避免脱油的一个点会引起临界屈服应力的增加。因而要完全避免脱油，在需要低值临界屈服应力的情况下不使用防漏剂时是不行的。表Ⅱ所示的数据是由N70-TS胶状填充物和Drakeol35号得到。
表Ⅱ油分离雾化硅(重量%)67810油分离(重量%)36282014
图5示出一个一般化的应力一应变曲线47，这是对触变性材料(诸如用做防水材料46)以恒定的应变率做出的，并标识出一些重要的参数。在应力-应变曲线47的线段48处，材料基本上是弹性固体。这段从零应力延伸到临界屈服应力δC。对应δC的应变识别为临界剪切应变γC。根据定义，坐标δC，γC指出屈服的开始，δC/γC(或dδ/dγ对δ＜δC)称为材料的剪切模数(Ge)。
现有技术教导我们光缆的填充材料需要较低的Ge值。但是已经明确，至少对一些应用来说，填充物的低Ge值并不足以保证缆线的低损耗，而还有一个参数，临界屈服应力δC也必须控制。典型地，本发明材料的屈服应力不大于70pa，这是在20℃时测量的，剪切模数在20℃时小于13Kpa。
图5的应力-应变曲线的线段49表示出对应于上升的应力而增加的应变上升值。应力δy是在给定的应变率下材料所能承受的最大应力值，γy是相应的应变。对于超过γy的应变，首先应力下降如线段50所示，然后对于更大的应变值如线段51所示的应力实际上变得与应变无关了。这时防水材料呈现为液体，与γ＞γy的特性一样。
对一个填充的缆线20，填充合成物一般含有重量约为77到95%的油。如果防漏剂存在，并且防漏剂是橡胶嵌段共聚物，则油含量一般是在重量的90%到95%之间。另一方面，如果防漏剂是半流体橡胶，则油含量一般是在重量的77%到91%之间。该合成物最多还含有重量的15%，较好是最多为重量的10%的胶粒。如果胶粒是雾化硅，那么一般的范围是从重量的2%到大约10%，现在某些应用中较好的是重量的5～8%。在合成物中防漏剂含量一般在大约0.5%到15%之间，对于嵌段聚合物橡胶的现行较好的范围约在重量的0.5%到5%之间。另外，合成物中也可选择地包含少量的氧化稳定剂和其它添加物，一种稳定剂的例子是四甲烷，可从Ciba-Geigy商业号Irganox1010得到。一般地说，油胶粒、如果使用还有防漏剂占了整个合成物重量的大约99%或更多。
一些曾研究过的合成物按部分用重量地示于表Ⅲ，这合成物是以公知的方法首先在周围环境温度和压力下，然后在环境温度和部分真空下(一般小于大约300Torr)来制备的，一般说来包括混合油、防漏剂、防氧化剂和胶粒，有些合成物，如E，在搅拌时被加热到150℃然后保持在高温度大约4小时之久。作成的合成物要测试，包括由锥和板流变计确定一些的δC和GC。所有例子的性质小结也在表Ⅲ中给出，所有δC和Ge的测量是在20℃下做的。
在表Ⅲ中所揭示的合成物的样例中，样例A是较好的。标(a)的应力值是未经老化来确定的，而那些标(b)的是经指定时间老化的。在表Ⅲ的样例中尽管许多都使用了防漏剂，仍有一些不能通过漏滴测试。但是，使用了表Ⅲ所列的任何一种合成物的缆线满足光学性能要求的。
表Ⅲ合成物(部分重量)样例ABCDEFGHIJKLM成分油(Drakeol35)9397.592.5929295.59292888391.5油(L-100)9392胶状填充物(N70-TS)7.06.06.56.07.06.06.06.07.07.07.0胶状填充物(M5)2.52.5防漏剂(KratonG1701)1.51.52.02.02.01.5防漏剂(KratonG1657)2.0防漏剂(TRW-7-1511)2.0防漏剂(LM-MS)5.010稳定剂(Irganox1010)0.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.2(a)δC(Pa) 10 9.4 7.2 8.1 6.6 8.1 3.6 15(a)Ge(KPa) 1.8 .5 1.5 1.7 1.7 1.7 2.0 2.6时间(小时)16161616161622(b)δC(Pa) 10 13 14 15 17 6.9 27(b)Ge(KPa) 1.8 1.8 2.0 1.8 2.2 1.8 3.0
本发明的合成物的机械特性是胶粒含量的函数。例如，我们已确定了随着胶粒含量的减少δC和Ge也减小。
有利的是，用来填充本发明的缆线芯子的防水材料46在足够低的应力下屈服，以使光纤24及单元22在当缆线承受负载或产生弯曲时能在芯中移动。这流动性填充材料允许光纤在管34中移动，这能减少在其中的应力因而延长了光纤的寿命。
如上所述，本发明的缆线能够作成不是把单元绞合在一起的，如在优选实施例中那样，也可以或者成束或者摆动式安置。当然，不成束是较好的，因为成束机械可以省掉而且生产线速率加快。
套管34能被认为是缆线20的鞘层系统52的一个元件。我们回到图1和2，可以看到，在套管34上排列着鞘层系统的其它单元，包括一层垫层53和一组加强的件58，中间聚乙烯外套层60，另一层垫层62和另一组加强件66和外套层68。两层外套层都是由聚乙烯作成的，然而其它塑料也能用，而且这两个外套层的材料可以不同。加强件在优选实施例中是钢丝。然而很明显，金属的和非金属的其它材料都能用于此件上。
回到图6A和7A，该图示出在相当低的温度下和分别在两个不同的工作波长1.55和1.3μm时本发明的光缆的装配所带来的附加损耗。图6B和7B也用图表示出在现有技术光缆(该光缆包括有图4B所示的相配敷层折射率的光纤)，在所示温度下和分别在1.55μm和1.3μm工作波长下的附加损耗。每个矩形块表示样品的中间50%，每块中的横线是中线。从每块中垂直延伸的虚线是表示样品的上和下四分点。可以清楚地看到，在1.3μm的工作波长时，包括相配敷层的光纤在-40°F时的中间附加损耗为0.05分贝/公里(dB/km)，而对本发明的缆线来说，它为零。在1.55μm的工作波长时，相配合敷层纤维在-40°F时它的附加损耗为0.15dB/km，这大于本发明缆线的附加损耗值。
应该明白，不同于图1和2所示的鞘层系统也能用于本发明的缆线。例如，图8和9所示的缆线70包括一个芯子21和管形件34。管形件34是被塑料外套层74包着在管形件34和外套层之间插入一个加强件系统80，该系统包括一层加强件84，层82和一层包括多个加强件88和几个加强件84的层86。每个加强件84都是例如在聚氨基甲酸中浸过的玻璃纱，而加强件88则是在环氧树脂中浸过的玻璃细丝。加强件88能够抗压缩也能抗拉伸应力。
应该理解，上述结构是为了简单地说明本发明，其它结构也能由本领域内的那些技术熟练者构思出来，但这些结构都体现了本发明的原理，并在本发明的精神和范围之内。
权利要求
1.一种光缆，它包括多根光纤，它们不故意成束地组装在一起以组成一个基本上沿缆线纵轴延伸的单元，每根所述的光纤包括一个芯子，一个外敷层和一个内敷层；一个用塑料制成的套管包住多根光纤，多根光纤的截面积与套管内截面积的比值不超过一个预定值，所述的套管基本上平行于缆线的纵轴；一个加强件系统；还有一个用塑料制成的护套，它包住上述套管；所述的缆线其特征在于每一所述纤维的所述内敷层具有小于相关的外敷层的折射率，每根所述纤维的特征是所述的芯和所述内敷层的折射率差是足够高，以使得所述每根纤维基本上对微弯曲不敏感，其内敷层直径与芯直径之比值及内外敷层折射率差与芯和内敷层折射率差的比值使得所述光纤能够在预定的波长下以单模方式工作。
2.如权利要求
1所述的缆线，其中每根光纤有一个护套层，并且多个有护套层的光纤的总横截面的面积与套管内截面面积之比不超过大约0.5。
3.如权利要求
1所述的光缆，其中内外敷层的折射率差大约是芯与内敷层折射率差的10%到40%，内敷层直径与芯直径比值大约不小于3。
4.如权利要求
1所述的光缆，它包括用所述套管包住的多个所述的单元，没有中间套管把所述单元互相隔开，每个单元包括多根光纤，它们被一条扎线捆住，多根光纤的横截面面积与套管内截面面积之比不超过预定值，所述套管大体上平行于缆线的纵轴，所述缆线还包括配置在套管内的防水材料，它基本上填充了套管内的多个单元的光纤间的空隙和套管与多个单元之间的空隙，这种防水材料具有一个临界屈服应力和剪切模数，它们使得当防水材料承受预定的应力时在芯中的多个单元能够移动，这套管是公共套管，它包住多个单元，每个单元间仅被防水材料互相隔开，每根光纤有一个护套层，其中预定值为0.5，并且管长不大于在每个单元中任何纤维的长度。
5.如权利要求
4所述的缆线，其中多个单元是成束在一起的。
6.如权利要求
4所述的光缆，其中防水材料具有在20℃时不大于70pa的临界屈服应力和在20℃时小于13kpa的剪切模数。
7.如权利要求
6所述的缆线，防水材料是一种物质的合成物，它包含a)重量的77%到95%的油，它是从下列物质组成的集团(group)中选出的ⅰ.具有最小比重约为0.86和低于-4℃固化点的石腊油，并是美国标准试验手册中103，104A或104B型的(ASTM型的103，104A或104B);ⅱ.具有最小比重约为0.86和低于-4℃的固化点的环烃油;并是ASTM型的103，104A或104B的;ⅲ.具有最小比重约为0.83和固化点低于18℃的聚丁烯油;以及ⅳ.任何上述的混合物;b)重量的2～15%憎水的雾化硅胶粒。
8.如权利要求
6所述的缆线，防水物质是一种物质的合成物，它包括a)重量的77～95%是从下列物质组成的集团中选出的一种油;ⅰ.具有最小比重约为0.86及固化点小于-4℃的石腊油，并是ASTM103，104A或104B型的;ⅱ.具有最小比重约为0.86，固化点低于-4℃的环烃油，并是ASTM的103，104A和104B型的;ⅲ.具有最小比重约为0.83和固化点低于18℃的聚丁烯油;ⅳ.甘油三酸脂基的菜油;ⅴ.聚丙烯油;ⅵ.氯化石腊油，具有氯含量(重量)在30%到75%之间，在25℃时它的粘度在100到10，000cp之间;ⅶ.聚合脂ⅷ.上述物质的混合物;b)从包含憎水的融化硅、亲水的融化硅、沉淀硅和粘土组成的集团中选出的重量2～15%的胶粒，该胶粒在50～400m2/g的范围内具有BET表面积。
9.如权利要求
8所述的缆线，其中物质的合成物还包含重量不不大于15%的防漏剂，它是从下列物质组成的集团中选出的具有苯乙烯与橡胶的比值在0.1到0.8之间的苯乙烯-橡胶和苯乙烯-橡胶-苯乙烯嵌段共聚物、具有θ(Flory)分子量为20，000到70，000之间的半流体橡胶、在100℃时具有Mooney粘度约在20到90之间的丁基橡胶、乙烯-丙烯橡胶、乙烯、丙烯二聚物橡胶、氯化的丁基橡胶以及在38℃时粘度在40，000到400，000cp之间的解聚橡胶，其中油、胶粒和防漏剂重量的至少99%是由物质的合成物组成的。
10.如权利要求
9所述的缆线，其中所述的合成物重量的大约90%到95%为油，大约2%到10%为胶粒。
专利摘要
光缆20包括含有多个单元22的芯21。各单元由多根不成束组装在一起的光纤24组成。各光纤含有芯和内外敷层，内敷层折射率比外敷层的低，内敷层直径与芯直径之比、内外敷层折射率差值与芯和内敷层折射率差值之比使各光纤在预定波长时以单模方式工作，芯和内敷层的折射率差值足够高以使各纤维大体上对微弯曲不敏感。多个单元包在共用套管34内，防水材料46在该管内填充空隙。该管包在鞘系统内。该缆在低到-40时光学性能不下降。
文档编号G02B6/036GK87104422SQ87104422
公开日1988年1月20日 申请日期1987年6月26日
发明者查尔斯H·加特赛德, 保尔F·格劳迪斯, 帕尔胡布海D·帕特尔 申请人:美国电话电报公司