具有干燥插入元件的光纤缆线及其制造方法

专利名称：具有干燥插入元件的光纤缆线及其制造方法
技术领域：
本发明大体涉及光波导的干燥封装。特别是，本发明涉及用于通信系统的 光学组件，该光学组件包括用于保护至少一个光波导的至少一个干燥插入元 件。
背景技术：
光纤缆线包含诸如光纤的光波导，该光纤传输例如声音、视频和/或数据信 息的光学信号。 -种类型的光纤缆线构造包括设置在管子内的光波导，由此形 成管组件。通常来说，管子保护光波导；然而，光波导必须在管子内被进一步 保护。例如，光波导应当在光波导和管子之间具有一定相对运动以适应弯曲。 另一方面，光波导应当与管子充分地耦合，由此，例如当施加拉力以安装缆线 时，防止光波导在管子内发生位移。另外，管组件应当防止水在其内流动。此 外，管组件应当能够在一定温度范围下工作而不产生不适当的光学性能的劣化。传统的光学管组件通过在管子中填充诸如油脂的触变性(thixotropic)材 料来满足这些要求。触变性材料通常允许在光波导和管子之间具有适当的运 动、缓冲以及光波导的耦合。另外，触变性材料对阻止水在管子内流动是有效 的。然而，在对光波导进行连接(connectorization)之前必须将触变性材料从 光波导上清除。从光波导上清除触变性材料是肮脏并且耗时的过程。另外，触 变性材料的粘度通常具有温度依赖性。由于粘度的改变，在相对高的温度下， 触变性材料可能从管子的末端滴落，并且在相对低的温度下，触变性材料可能 造成光学衰减。已经尝试了缆线设计以从管子上去除触变性材料，但是由于这些设计不能 满足所有要求和/或在制造上很昂贵，因此它们通常并不适用。从管子上去除 触变性材料的一个实例是美国专利No.4，909,592，其披露了一种管子，该管子 具有设置于其内的传统的水可膨胀的带子和/或纱线。例如，传统的水可膨胀 的带子典型地由其间夹置丫水可膨胀粉末的两层薄的无纺层形成，由此形成不
填充缓冲管内的空间的相对薄的带子。因此，由于该未被填充的空间，所以传 统的水可膨胀的带子并不提供与光波导的合适耦合。另外，该空间允许管子内 的水沿着管子流动，而不是被传统的水可膨胀的带子所容纳。由此，这种设计 要求在管子内具有大量水可膨胀的元件，用于使光纤与管子耦合。另外，缓冲 管内大量水可膨胀的元件的使用是不经济的，因为这在增加了缆线成本的同时 还增加了制造的复杂性。从光纤缆线上去除触变性材料的另一个实例是美国专利No.6，278,826，其 披露了一种具有大于零的含水量的泡沫材料，其装载有超吸收聚合物。据描述, 这种泡沬材料的含水量提高了泡沫材料的阻燃特性。同样地，这种设计的泡沫 材料相对昂贵，增加了缆线的成本。附图简要说明

图1是本发明的管组件的截面图。图la是本发明的另一管组件的截面图。图2是图1的管组件的干燥插入元件的截面图。图2a是描绘三种不同的干燥插入元件的压縮曲线的曲线图。图2b-2d是将粘合剂/胶水施加到图2的干燥插入元件的不同构造。图3是描绘不同管子构造的光学带拉拔力的柱状图。图4是本发明的生产线的示意性图示。图5是本发明一个实施例的光纤缆线的截面图。图6是描绘与各种缆线构造相关的光学带耦合力的曲线图。图7是本发明的概念的另一干燥插入元件的透视图。图8是本发明的概念的另一干燥插入元件的截面图。图9是本发明的概念的另一干燥插入元件的透视图。图IO是本发明的概念的另 -干燥插入元件的透视图。图11是具有填充了传统油脂的管组件的缆线的截面图。图12是具有传统的干燥管组件的缆线的截面图。图13是木发明的具有铠装层的光纤缆线的截面图。图14是本发明的无管光纤缆线的截面图。图15是本发明的具有绞合的管子的光纤缆线的截面图。 图16和17是本发明的无管光纤缆线的截面图。 图18和18a是本发明其他光纤缆线的截面图。 图18b是描绘在图18内的光纤缆线的腔体的示意性图示。 图19和19a分别是描绘具有零过剩带长度(ERL)和正的ERL的缆线的 示意性图示。图19b和19c是在图19和19a的缆线弯曲期间该缆线的示意性图示。图20是本发明的具有多个干燥插入元件的光纤缆线的截面图。图21-25是本发明的其他光纤缆线的截面图。图26是用于制造本发明的图18的缆线的生产线的示意性图示。
具体实施方式
以下参考示出本发明的优选实施例的附图更完整地描述本发明。然而，本 发明可以被具体化为许多不同的形式，并且不应当被解释为局限于此处所述的 实施例；而是，提供这些实施例使得所披露的内容向本领域技术人员完整地传 达本发明的范围。这些图不必按照比例描绘，而是被构造为清楚地描绘本发明。图1中描绘的是本发明一个方面的示范性管组件10。管组件IO包括至少 一个光波导12，诸如光纤，至少一个干燥插入元件14，以及管子18。在这种 情况下，该至少一个光波导12为带堆叠13的形式，该带堆叠具有跨过该堆叠 的角的对角线D尺寸。干燥插入元件14大体围绕该至少一个光波导12，并且 形成设置在管子18内的芯15。干燥插入元件14实现诸如缓冲、耦合、防止 水的流动以及适应弯曲的功能。由于在连接之前光波导容易从中移出而没有留 下需要进行清洁的残留物或者膜，因此干燥插入元件14是有利的。另外，与 传统的触变性材料不同，干燥插入元件14并不随着温度变化而改变粘度或在 高温下具有从管子的端部滴落的倾向。另外，管组件10能够包含其他合适的 元件，诸如聚酯滚边线17，以将干燥插入元件14围绕光波导12固定。类似 的，可以将两个或多个线缝合在一起用于在将管子18围绕该干燥插入元件14 挤出之前固定该干燥插入元件14。图la示出了管组件10'，它是管组件10的 变形例。具体地，管组件10'包含多个疏松的光波导12，而不是带堆叠13。在 这种情况下，管组件IO'包含具有对角线尺寸D的二十四根疏松的光波导12， 但是也可以使用任何合适数量的光波导。另外，可以利用结合件、水可膨胀丝
线、带子、包裹物或其他合适的材料将光波导12捆束为一个或多个组。此外， 管组件10或10'可以是如图5所示的缆线的一部分。另外，本发明的干燥插入 元件14可以以无管缆线设计的方式使用。如所描绘的，光波导12是形成光纤带的一部分的光纤。在这种情况下， 光波导是形成带堆叠13的带形式的多根单模光纤。带堆叠13可以包含螺旋状 或S-Z状绞合。此外，可以使用其他类型或构造的光波导。例如，光波导12 可以是多模的、纯模的、掺铒的、偏振保持光纤、其他合适类型的光波导和/ 或其组合。另外，光波导12可以是疏松的或束状形式。每个光波导12可以包 含用于传输光信号并被基于二氧化硅的包层所包围的基于二氧化硅的芯，该包 层具有低于该芯的折射率。此外，可以将一个或多个涂层施加到光波导12上。 例如，柔软的初级涂层围绕该包层，并且相对刚性的次级涂层围绕该初级涂层。 在一个实施例中， 一个或更多个光波导12包括如于2003年7月18日提交的 美国专利申请序列号No.10/632,219所披露的涂层系统。光波导12也可以包含 识别装置，诸如油墨或其他合适的用于识别的标记。当然，光波导也可以包含 紧密的缓冲层。合适的光纤在市场上可由位于纽约的Coming Incorporated of Coming的公司提供。在另一实施例中，带堆叠13可以具有角落光波导12a，角落光波导12a 具有预定MAC数，由此防止当受到压縮力时角落光波导的光学衰减。换一种 说法，选择具有预定MAC数的角落光波导，在受到相对高水平的压缩的带堆 叠位置设置光学衰减对压縮力较小敏感度的光波导。在其他实施例中，带堆叠 中的所有光波导12可以具有预定的MAC数。如此处所使用的，对于给定光 波导12a，在两个数量都以微米表示的情况下，将MAC数计算为模场直径 (MFD)除以截止波长，由此MAC数是无量纲的。换句话说，MFD被典型 地以微米表示，并且截止波长典型地以纳米表示，由此截止波长必须除以 1000,以将其转换为微米，由此产生无量纲的MAC数。作为实例，MAC数为大约7.35或更小，更优选的为大约7.00或更小，并 且最优选的为大约6.85或更少；然而，对于MAC数，存在下限。作为实例， 将角落光波导12a选择为具有9.11fim或更小的MFD以及1240nm或更大的截 止波长，由此产生7.35或更小的MAC数。 一般而言，MAC数与MFD成正 比，而与截止波长成反比。带堆叠13具有四个角落光波导12a;然而，其他
带堆叠构造可以包含更多个角落位置。例如，具有大体加号形状的带堆叠包含 八个外角。类似的，其他带堆叠构造可以具有其他数量的角落位置。此外，本发明的带的实施例可以具有正的过剩带长度(ERL)，尽管对于 某些缆线设计，负的ERL是可能的，但是一般而言，可能对性能有影响。如 此处所使用的，将ERL定义为特定的带的长度减去容纳该带的管子或缆线的 长度，再除以容纳该带的管子或缆线的长度，其可以通过乘以100而表示为百 分数。是利用管子长度还是缆线长度来计算ERL取决于特定的构造。另外， 缆线的各个带可以具有不同的ERL值。作为实例，缆线50的带具有正的ERL， 诸如在大约0.0%至大约0.4%或更大的范围内的正的ERL，但是其他合适的 值也是可能的。类似的，具有疏松或捆束的光纤的实施例在缆线构造上可以包 含在合适范围内的正的过剩光纤长度(EFL)。图2描绘了解释性干燥插入元件14的截面图。千燥插入元件14由能够从 放线盘放线以在制造期间连续地供应的拉长的一种或更多种材料形成。干燥插 入元件14可以由能够实现不同功能的多个层形成；然而，干燥插入元件可以 是单个层，诸如可压缩的毛毡材料，并且可选择地可以包含阻水/水可膨胀的 特征。干燥插入元件14衬垫在光波导12和管子18之间，由此将光波导12 在1310nm的参考波长处的光学衰减保持在低于大约0.4 dB/km，在1550nm和 1625nm的参考波长处的保持在0.3 dB/km。但是诸如对于1310和1550参考波 长为0.35/0.25的其他合适的光学衰减值也是可能的。在一个实施例中，干燥 插入元件14由两个不同的层形成。例如，图2描绘了其为可压縮的层的干燥 插入元件14的第一层14a和其为水可膨胀层的第二层14b。在这种情况下， 第一层Ha由具有预定弹簧常数的可压縮材料形成，用于提供合适的耦合特 性。作为实例，第一层是泡沫材料带子，诸如开放单元泡沫材料带子；然而， 可以使用任何合适的可压縮材料，诸如封闭单元泡沫材料带子。如图2所示， 第二层14b可以具有任何合适的构造，并且在优选实施例中是具有一个或更多 个元件的合适的水可膨胀的带子。例如，水可膨胀的带子可以具有如图2的两 个不同细节泡状体中所示的不同构造，但是通常包含至少一个带子，诸如具有 多个水可膨胀颗粒14e的无纺带子14f。然而，干燥插入元件14可以包括由一 种或更多种材料形成的其他类型的颗粒。
第一层14a和第二层14b优选通过粘合剂14d固定在一起，以便需要大约 5牛顿(N)或更大的力来分离这些层。在制造期间，粘合剂14d可以喷射到 这些层的一个或两者上，由此形成防止形成粘合剂的聚集的细微薄雾；然而， 其他合适的施加方法也是可能的。但是，粘合剂可以具有其他形式，诸如被施 加到一层或更多层的粉末。无论所使用的粘合剂的形式怎样，当将干燥插入元 件围绕光波导放置时，其都不应当造成衰减水平的提高。类似的，水可膨胀的 颗粒或聚集颗粒，诸如粘合剂和/或水可膨胀的颗粒，不应当造成微弯。换句 话说，粘合剂Hd或诸如粘合剂和水可膨胀粉末的其他聚集材料的平均颗粒尺 寸应当相对小，诸如600微米或更小，优选大约450微米或更小，最优选为大 约300微米或更小，由此，即使颗粒通过干燥插入元件14的一部分挤压光波 导，它们也不会造成微弯水平的提高。如此处所使用的，平均颗粒尺寸是指用 于干燥插入元件14中的一种或者更多种材料的颗粒。如在图2的右侧详细泡状体中所示的那样，第二层14b是具有设置在两无 纺带状材料14f之间的水可膨胀颗粒14e的水可膨胀带子，其通过粘合剂14d 固定到第一层14a。由于在第一层14a和水可膨胀颗粒14e之间起缓冲作用的 无纺带的存在，这种构造防止了颗粒造成微弯。水可膨胀粉末的平均颗粒尺寸 应当相对小，诸如600微米或更小，优选大约450微米或更小，并且更优选为 大约300微米或更小，以便即使水可膨胀颗粒对穿过干燥插入元件14的一部 分的光波导施压，它们也不会造成微弯水平的提高。第二层14b可以具有其他 构造，如在图2的左侧详细泡状体中所示的那样。具体地，该实施例示出了固 定到单个无纺带14f的一侧上的水可膨胀颗粒14e，该单个无纺带14f然后固 定到可压縮的第一层14a上，使得水可膨胀颗粒14e设置在第一和第二层之间， 而没有缓冲层。在该构造中，粘合剂14f起固定水可膨胀颗粒14e的作用，以 及起将干燥插入元件14的第一和第二层14a、 14b固定在一起的作用。然而， 干燥插入元件14的这种结构通常导致由粘合剂和水可膨胀颗粒形成的聚集材 料的更大平均颗粒尺寸。换句话说，等于这种干燥插入元件构造中的平均颗粒 尺寸的所有物体通常更大，因为其与仅有水可膨胀颗粒的情况相比产生了聚集 颗粒。因此，如果平均颗粒尺寸变得太大，这可能造成微弯增大。由此在这种 构造中，聚集或合成颗粒的平均颗粒尺寸应当在与上述相同的范围内，用于防 止微弯。
类似的，干燥插入元件14的内表面不应当造成微弯水平的提高。由此， 在优选实施例中，能够与光波导相接触的层的表面应当具有相对光滑的表面。 例如，如果将泡沫材料用作干燥插入元件14的第一层14a，那么该泡沬材料 的平均单元尺寸为大约1000微米或更小，并且可以是大约700微米或更小， 由此形成相对光滑的表面。此外，泡沫材料可以具有不同尺寸单元的层，诸如 远离光波导的较大单元和在能够与光波导接触的泡沫材料的表面附近的较小 的单元。其他变形例包括使泡沫材料层的表面光滑的表面处理。表面处理包括 加热使表面平滑或在单元中填充合适的材料。此外，诸如泡沬材料的第一层 14a缓冲了干燥插入元件14的水可膨胀颗粒和/或粘合剂，以免产生微弯。在一个实施例中，第一层是开放单元的聚氨基甲酸酯(PU)泡沫材料带。 PU泡沫材料带既可以是醚基PU，也可以是酯基PU，但是也可以使用其他合 适的泡沬材料带可压縮层，诸如聚乙烯泡沫材料，聚丙烯泡沫材料，或EVA 泡沫材料。然而，优选的实施例采用醚基泡沫材料带，因为当遇到湿气时，其 比酯基PU泡沫材料表现得更好，而醚基PU泡沫材料通常对湿气更坚固。此 外，泡沫材料层具有大体在大约1 lb/ft3至大约3 lb/ft3范围内的预定密度，但 是在优选实施例中该密度为大约2 lb/ft3。干燥插入元件14还具有预定的极限 抗拉强度，以在生产期间防止损坏。 -般而言，对于同时具有可压縮层和水可 膨胀层的干燥插入元件，多数抗拉强度由水可膨胀层提供。干燥插入元件的极 限抗拉强度优选为干燥插入元件14的每厘米宽度W为大约20牛顿或更大， 更优选的是干燥插入元件14的每厘米宽度W为大约30牛顿或更大。干燥插入元件14可以具有使得水可膨胀物质的大部分膨胀高度在曝露在 水中的大约120秒或更少的时间内产生的水膨胀速度，更优选的是大约90秒 或更少。作为实例，在无限制膨胀状态下，干燥插入元件14可以具有对于蒸 馏水为大约18mm的最大膨胀高度，以及对于5%的离子水溶液、例如盐的水 溶液为大约8mm的最大膨胀高度；然而，也可以使用具有其他合适的最大膨 胀高度的干燥插入元件。管组件可以被构造为具有大约3或更大，大约5或更 大，以及高至大约7或更大的水膨胀比率。将水膨胀比率定义为干燥插入元件 的无限制截面膨胀状态面积除以管组件内的自由空间。对于圆形的缆线，管组 件的自由空间被定义为管子的内直径的面积减去光波导所占据的面积。例如，
如果干燥插入元件具有50rnm2的无限制的截面膨胀状态面积，并且管子具有 10mm2的自由空间，那么水膨胀比率为5。在组装期间干燥插入元件14可以被压縮，由此其提供预定法向力，该预 定法向力防止光波导12容易沿管子18纵向地偏移。干燥插入元件14优选具 有大约5mm或更小的未压縮高度h，用于使诸如管子直径和/或圆形缆线的缆 线直径这样的缆线尺寸最小化；然而，对于干燥插入元件14可以使用任何合 适的高度h。此外，干燥插入元件14的高度h不需要跨过整个宽度恒定，而 是可以改变，由此与光波导的横截面形状一致，并提供改进的缓冲，以改善光 学性能(图10)。第二层14b是水可膨胀层，诸如防止水在管子18内流动的 带子。干燥插入元件14的压縮实际上是干燥插入元件14的局部化最大压縮。在 图1的情况下，干燥插入元件14的局部化最大压缩发生在跨过直径的带堆叠 的角落处。在其他缆线设计中，诸如在图18中所描绘的，如将要讨论的那样， 干燥插入元件的局部化最大压縮通常发生在波浪状的带堆叠的最大振幅处。计 算图1中的干燥插入元件14的压縮百分比需要知道管子18的内径，带堆叠的 对角线D尺寸以及干燥插入元件14的未压缩高度。作为实例，管子18的内 径为7.1mm，带堆叠的对角线D为5.1mm，并且干燥插入元件14跨过直径的 未压縮高度h为3.0mm (1.5mm的2倍)。求和对角线D (5.1mm)和干燥插 入元件14跨过直径的未压縮高度h (3.0mm)，得到8.1mm的未压縮尺寸。当 将带堆叠和干燥插入元件14放置到具有7.1mm内径的管子18内时，干燥插 入元件整体被压縮lmm (8.1mm-7.1mm)。由此，干燥插入元件14跨过管子 18的直径被压縮大约百分之三十。图2a是描绘三种不同的干燥插入元件14的示范性压縮曲线200、 202和 204的曲线图。具体地，曲线200和202表示两种不同的干燥插入元件，其每 一个具有可压縮开放单元醚基PU泡沫材料层和水可膨胀层。曲线200和202 分别表示具有大约1.5mm和大约1.8mm的高度h的干燥插入元件。另一方面， 曲线204表示具有大约1.8mm的高度的可压縮开放单元酯基PU泡沫材料层和 水可膨胀层的千燥插入元件。通过将干燥插入元件样品放在具有大约2.2英寸 直径的两圆形板之间，同时利用Instron机器测量压縮该样品所需要的力来产 生压缩曲线。
如所示，所有三种干燥插入元件14的压縮曲线在压縮范围内大体是非线 性的。但是一般而言，压縮曲线200、 202和204具有高至大约0.70mm的大 体线性的压縮。在一个实施例中，干燥插入元件14对于大约IO牛顿的力具有 大约1.0或更小的压縮。 一般而言，在水可膨胀层相对不可压縮时，泡沫材料 层被压縮。在其他实施例中，干燥插入元件14的第一层14a在管组件10内是不可压 縮的，而是在光波导开始运动时才开始压縮。其他变形例包括将干燥插入元件 14的一部分固定或连接到管子18。例如，粘合剂、胶水、弹性体和/或聚合物 14c被设置在干燥插入元件14的与管子18接触的一部分表面上，用于将干燥 插入元件14固定到管子18。例如，层14c是在管子18的挤出期间至少部分 熔融的聚合物层，由此在其间形成连接。此外，围绕光波导12螺旋地缠绕干 燥插入元件14而不是纵向地设置也是可能的。在进一步的实施例中，可以围 绕一个或更多个光波导12，诸如设置在管子18内的两半，形成两个或更多个 干燥插入元件。其他实施例可以包括将易挥发的胶水/粘合剂用于使缆线芯15和/或干燥 插入元件14与管子18耦合。例如在生产过程期间，将胶水/粘合剂或类似物 施加到干燥插入元件14的径向外表面。施加易挥发的胶水/粘合剂，同时加热 或熔融到干燥插入元件14的外表面，然后当缆线被淬火或冷却时冷却或冷冻。 作为实例，合适的易挥发胶水可由位于新泽西州Bridgewater市的National Strarch and Chemical Company提供，商品名为LITE-LOK 70-003A。易挥发 胶水或其他合适的粘合剂/材料可以施加到如图2b-2d所示的具有连续或间断 构造的珠子(beads)内。例如， 一种或更多种粘合剂/胶水可以是沿干燥插入 元件纵向施加、纵向间隔的珠子，沿干燥插入元件的纵轴呈锯齿状的珠子，或 任何其他合适的构造。在一种应用中，将多个易挥发胶水/粘合剂或类似物的珠子施加到干燥插 入元件14。例如，可以将三个连续的或非连续的珠子设置在这样的位置，其 使得当干燥插入元件围绕带堆叠形成时珠子以大约120度分离。类似的，可以 将四个珠子设置在这样的位置，其使得当干燥插入元件围绕光波导形成时它们 以大约90度分离。在具有沿纵轴分离的珠子的实施例中，珠子可以具有大约 20mm和大约800mm或更大的纵向间隔S;然而，可以使用其他合适的空间
间隔。此外，珠子可以断续地施加，用于使所需要的材料的量最小化，由此降 低生产费用，同时仍然提供足够的耦合/粘合。由于管组件io并没有填充触变性材料，因此管子可能变形或塌陷，由此形成卵形管子而不是圆形管子。于2003年5月30日提交的美国专利申请号 10/448,509讨论了干燥管组件，其中该管子由具有预定平均椭圆度的双态 (bimodal)聚合物材料形成。如此处所使用的，椭圆度是管子18的大直径 Dl和小直径D2之间的差除以大直径D1并乘以100的因子，由此将椭圆度表 示为百分数。双态聚合物材料包括在双反应器过程中制造的至少具有相对高分 子量的第一聚合物材料和相对低分子量的第二聚合物材料的材料。这种双反应 器过程提供所需要的材料特性，并且不应当与损害混合物中的两种树脂的特性 的单个后反应器聚合物混合物(single post reactor polymer blends)相混淆。在 一个实施例中，管子具有大约百分之IO或更小的平均椭圆度。作为实例，管 子18由位于密歇根州Midland市的Dow Chemical Company提供的HDPE，商 品名为DGDA-2490 NT。图3是描绘各种管子和/或缆线构造的归一化光学带拉拔力(N/m)的柱状 图。带的拉拔力测试测量带堆叠开始沿其整个长度移动IO米缆线长度所需要 的力。当然，这种拉拔力测试同样可应用于疏松或束状光波导。具体地，带的 堆叠被从管子拉出并且将使带的整个长度开始运动所需要的力除以缆线的长 度，由此将光学带拉拔力归一化。作为用于比较的基线，柱30描绘了位于填 充在管子中的传统的油脂(触变性材料)(图11)中120根光纤的带堆叠的大 约4.8N/m的带的拉拔力。柱31描绘了单独具有围绕144根光纤的带堆叠的水 可膨胀带子的传统干燥管设计(类似于图12)的带的拉拔力，其被疏松地设 置在管子内。具体地，柱31描绘了 144根光纤的带堆叠的大约0.6N/m的带的 拉拔力。由此，传统的干燥管设计(图12)具有传统的油脂填充管(图11) 的带的拉拔力的大约百分之十二的带的拉拔力，这对于适当的缆线性能是不合 适的。柱32、 34、 36和38表示本发明的管组件，并且柱39表示描绘于图18 中的缆线180。具体地，柱32描绘了来自具有干燥插入元件14的管组件10 的144根光纤堆叠的带的拉拔力，并且该干燥插入元件14具有大约1.5mm的 未压縮高度h并且以零百分比对千燥插入元件14压縮。在这一实施例中，柱 32表示大约1.0N/m的带的拉拔力，这是对传统干燥管的令人惊讶的改进。柱 34和36表示干燥插入元件14t通过其原始高度对平均压縮高度的百分比表示 的在管组件10内被压縮的构造。更具体地，柱34表示类似于柱32的管组件 的带的拉拔力，除了在这一实施例中干燥插入元件14被压縮大约百分之三十 之外。在这一实施例中，柱34描绘了大约2.7N/m的带的拉拔力。柱36表示 来自具有大约3mm的未压縮高度h的干燥插入元件14的管组件的144根光纤 带堆叠的带的拉拔力，该干燥插入元件14在管子内被压縮大约百分之三十。 在这一实施例中，柱36描绘了大约0.5N/m的带的拉拔力。柱38表示来自具 有干燥插入元件14的管组件10的144根光纤堆叠的带的拉拔力，并且该干燥 插入元件14具有大约1.5mm的未压縮高度h并且对干燥插入元件14和胶水 珠压縮百分之十七。在这种情况下，四个胶水珠沿干燥插入元件被连续地纵向 施加，使得其以大约90度分离。本实施例的带的拉拔力为大约4.0N/m。如所 示，粘合剂/胶水珠的应用通过较小的干燥插入元件的压縮增大了带的拉拔力。 由此，根据本发明的概念，干燥插入元件14的压縮可以在大约10%至大约90 %的范围内；然而，根据构造，其他合适的压缩范围甚至没有压縮可以提供所 需要的性能。尽管如此，干燥插入元件14的压縮不应当大到在任何光波导内 产生过度的光学衰减，并且能够随着粘合剂/胶水珠的使用而增大。柱39描绘 了如在下面更详细地讨论的来自缆线180的缆线包壳188的96根光纤四带堆 叠的大约1.5N/m的带的拉拔力。优选地，带的拉拔力，或其他光波导构造的 拉拔力，在大约0.5 N/m和大约5.0 N/m的范围内，更优选地，在大约1 N/m 至大约4N/m的范围内。图4示意性描绘了本发明的管组件10的示范性生产线40;然而，可以使用该概念的其他变形例来生产根据本发明的概念的其他组件和/或缆线。生产 线40包括至少一个光波导放线盘41,干燥插入元件放线盘42，可选择的压縮 工作台43，胶水/粘合剂工作台43a，结合工作台44，十字头挤出机45，水槽 46和收线盘49。此外，管组件10可以具有围绕于其上的护套20，由此形成 如图5所示的缆线50。护套20可以包括强度元件19a和包壳1%，其可以在 与管组件IO相同的生产线上或者在第二生产线上制造。该解释性制造过程包 括从各个放线盘41和42放线至少一个光波导12和干燥插入元件14。为了清 楚起见，仅不出了用于光波导12和干燥插入元件14一个放线盘；然而，生产
线可以包含任何合适数量的放线盘以生产本发明的管组件和缆线。然后，在压縮工作台43上将干燥插入元件14压縮到预定高度h，并在工作台43a上将可 选择的粘合剂/胶水施加到干燥插入元件14的外表面。然后将干燥插入元件14 大体围绕光波导12定位，并且如果需要，结合工作台围绕干燥插入元件14 缠绕或缝合一个或多个绑扎线，由此形成芯15。此后，将芯15送入到十字头 挤出机45，在那里将管子18围绕芯15挤出，由此形成管组件10。然后在水 槽46中对管子18淬火，然后将管组件10巻绕到收线盘49上。如在方框中所 描绘的，如果一个生产线被装配为制造缆线50，那么将强度元件19a从放线 盘47放线并与管子18相邻定位，并且利用十字头挤出机48将包壳19b围绕 强度元件19a和管子18挤出。此后，缆线50在巻绕到收线盘49之前穿过第 二水槽46。此外，根据本发明的概念的其他缆线和/或生产线是可能的。例如， 缆线和/或生产线可以包括在管子18和强度元件19a之间的水可膨胀带子19c 和/或铠装；然而，其他合适的缆线元件的使用是可能的。图6是示出具有类似于图3所使用的管组件的缆线的带的耦合力的结果的 曲线图。将带的耦合力测试用于模仿当使缆线例如在缆线的安装期间受到拉拔 时施加到光波导上的力。尽管带的拉拔力和带的耦合力之间的结果可能具有在 同样大体范围内的力，但是带的耦合力通常更好地表示实际的缆线性能。在这种情况下，带的耦合测试通过在缆线端部的各个护套上放置拉伸滑 轮，对250m长度的缆线施加600磅的张力，来模拟地下缆线在管道内的安装。 然而，可以将其他合适的负载、长度和/或安装构造用于表征其他模拟中的带 的耦合。于是，从缆线的端部测量光波导沿其长度上的力。利用布里渊光学时 域反射计(BOTDR)来测量光波导上的力。决定曲线的最佳拟合斜率使带的 耦合力归一化。作为用于比较的基线，曲线60描绘了在传统的油脂填充的缆线(图11) 中具有120根光纤的带堆叠的缆线的大约1.75N/m的归一化的带的耦合力。曲 线62描绘了具有围绕144根光纤的带堆叠的水可膨胀带子的传统干燥管设计 的缆线(图12)的带的拉拔力，这些光纤疏松地设置在管子内。具体地，曲 线62描绘了 144根光纤的带堆叠的大约0.15N/m的归一化的带的耦合力。由 此，传统的干燥管设计(图12)具有大约为传统的油脂填充管(图11)的归 一化的带的耦合力的大约百分之九的归一化的带的耦合力，这对于合适的缆线
性能是不适当的。换句话说，在缆线护套的拉伸期间，例如，在缆线安装期间的架空结冰负载(aerial ice loading)、架空飞速前进(aerial galloping)、缆线 挖掘以及拉拔期间，传统干燥管缆线的带堆叠容易位移。曲线64、 66、 68和69表示本发明的缆线。具体地，曲线64表示具有管 组件10的144根光纤堆叠的缆线的带的耦合力，该管组件10具有未压縮高度 h大约为1.5mm的干燥插入元件14，且该干燥插入元件14为百分之零压縮。 在本实施例中，曲线64表示大约0.80 N/m的带的耦合力，这是对图12的传 统干燥缆线的改进。曲线66和68表示这样的缆线构造，其中干燥插入元件 14在管组件10内以从其原始高度被压縮到平均压縮高度的百分比被压縮。更 具体地，曲线66表示类似于曲线64的缆线的带的耦合力，除了在本实施例中 干燥插入元件14被压縮大约百分之三十之外。在本实施例中，曲线66表示大 约2.80 N/m的带的耦合力。曲线68表示具有144根光纤的带堆叠的缆线的带 的耦合力，其来自具有未压縮高度h为大约3mm的干燥插入元件14的管组件 的缆线，该干燥插入元件14在管子内被压縮大约百分之三十。在本实施例中， 曲线68表示大约0.75 N/m的带的耦合力。曲线69表示具有144根光纤的带 堆叠的缆线的带的耦合力，该带的耦合力来自具有未压縮高度h为大约1.5mm 的干燥插入元件14的管组件的缆线，该干燥插入元件14在管子内被压縮大约 百分之十七，并且包含粘合剂/胶水珠子。在这种情况下，将四个胶水珠子沿 干燥插入元件连续地纵向施加，使得其以大约90度间隔。如所示，曲线69 表示类似于曲线66的带的耦合力，为大约2.80N/m，并且对干燥插入元件较 少压縮。由此，根据本发明的概念，带的耦合力优选在大约0.5N/m至大约5.0 N/m的范围内，更优选在大约lN/m至大约4N/m的范围内。然而，其他合适 的带的耦合力的范围可以提供所需要的性能。另外，可以将本发明的概念用于干燥插入元件的其他构造。如图7所描绘 的，干燥插入元件74具有第一层74a和包含不同的合适类型的水可膨胀物质 的第二层74b。在一个实施例中，两种不同的水可膨胀物质设置在第二层14b 内或第二层14b上，由此管组件10对多种环境是有用的和/或提高了阻水性能。 例如，第二层14b可以包含对诸如盐水的离子化的液体有效的第一水可膨胀元 件76，和对非离子化的液体有效的第二水可膨胀元件78。作为实例，第一水 可膨胀材料是聚丙烯酰胺，而第二水可膨胀材料是聚丙烯酸酯吸收剂。另外，
第一和第二水可膨胀元件76、 78可以占据水可膨胀带子的预定部分。通过使 水可膨胀材料交替设置，该带子对标准应用、盐水应用或者二者同时应用的情 况都是有用的。不同水可膨胀物质的其他变形例包括具有不同的膨胀速率、凝 胶强度和/或与带子的粘合性的水可膨胀物质。图8描绘了干燥插入元件的另一实施例。干燥插入元件84由三层形成。 层84a和84c是夹置了层84b的水可膨胀层，层84b是可压縮的，用于提供对 该至少一个光波导的耦合力。类似的，干燥插入元件的其他实施例可以包含其 他变形例，诸如夹置水可膨胀层的至少两层可压縮层。两层可压縮层可以具有 不同的弹簧常数，用于适应(tailoring)施加到该至少一个光波导的法向力。图9描绘了本发明另一实施例的具有层94a和94b的干燥插入元件94。 层94a由具有穿过其的至少一个穿孔95的封闭单元的泡沫材料形成，而层94b 包含至少一种水可膨胀物质；然而，也可以将其他合适的材料用作可压縮层。 封闭单元泡沫材料起被动阻水材料的作用，其防止水沿其流动，并且穿孔95 允许层94b的活化的水可膨胀物质朝向光波导径向向内移动。允许活化的水可 膨胀物质径向向内移动以有效地对水进行阻挡的任何合适的穿孔95的尺寸、 形状和/或图案是可允许的。可以选择穿孔的尺寸、形状和/或图案并围绕该堆 叠的角落光波导设置，由此提高角落光波导的性能。例如，穿孔95可以提供 干燥插入元件的可压縮性的变化，由此适应(tailoring)光波导上的法向力， 用于保持光学性能。图IO描绘了干燥插入元件104，其描绘了本发明的其他概念。干燥插入 元件104包含层104a和104b。层104a由多个非连续的可压縮元件形成，这 些可压缩元件设置在层104b上，层104b是连续的水可膨胀层。在一个实施例 中，层104a的元件以规则间隔设置，该间隔通常与带堆叠的层长度相关联。 此外，该元件具有沿其宽度w而改变的高度h。所述的另一种方式，这些元件 被成型为与它们所大体包围的光波导的形状一致。图13描绘了使用了管组件10的本发明的另一实施例的缆线130。缆线130 包含围绕管组件10的护套系统137，用于保护管组件10以免受到例如压毁力 和周围环境的影响。在这种情况下，护套系统137包含通过滚边线(不可见) 所固定的水可膨胀带子132， 一对开伞索135，铠装带子136以及包壳138。 铠装带子136优选辊压形成；然而，可以使用其他合适的制造方法。该对开伞
索135通常以大约一百八十度分隔设置，并具有距铠装重叠部分大约九十度的 间隔，由此防止在使用期间在铠装带子边缘上对开伞索的剪切作用。在优选实 施例中，适用于撕裂铠装带子的开伞索具有如于2003年8月29日提交的美国 专利申请No. 10/652,046中所披露的构造。铠装带子136既可以是介电材料， 也可以是金属材料。如果使用介电铠装带子，那么缆线也可以包含金属引线， 用于在掩埋应用中对缆线进行定位。换句话说，金属引线使缆线可调(tonable)。 外套138大致围绕铠装带子136，并对缆线130提供环境保护。当然，可以使 用其他合适的护套系统围绕管组件。图14描绘了光纤缆线140。缆线140包含至少一个光波导12和在护套系 统142内形成缆线芯141的干燥插入元件14。换句话说，由于通过单独地切 开护套系统142来实现接近缆线芯141，因此缆线140是无管设计。护套系统 142还包含嵌入其内的强度元件142a，并以大约180度分离设置，由此对缆线 施加优先的弯曲。当然，诸如强度元件142a的不同类型、数量和/或布置的其 他护套系统的构造是可能的。缆线140也可以包含设置在缆线芯141和护套 142之间的一个或更多个开伞索145，用于撕开护套142，由此允许技工容易 接近缆线芯141。图15描绘了具有围绕中心元件151绞合的多个管组件10的光纤缆线150。 具体地，与多个填料棒153 —起的管组件10围绕中心元件151呈S-Z绞合， 并且用一个或更多个滚边线(不可见)固定，由此形成绞合的缆线芯。绞合的 缆线芯具有围绕其的水可膨胀带子156，其在将包壳158挤出于其上之前用滚 边线(不可见)固定。可选择地，可以将芳族聚酰胺纤维、其他合适的强度元 件和/或诸如水可膨胀纱线的阻水元件围绕中心元件151绞合，由此形成绞合 缆线芯的一部分。类似的，诸如纱线或带子的水可膨胀元件可以围绕中心元件 151设置，用于防止水沿缆线150的中部流动。缆线150的其他变形例可以包 括铠装带子、内包壳和/或不同数量的管组件。图16和17描绘了本发明的解释性无管缆线设计。具体地，缆线160是具 有至少一个光波导12的引入缆线，该光波导12在包壳168的腔内大体被干燥 插入元件14所包围。缆线160还包含至少一个强度元件164。其他无管引入 缆线的构造也是可能的，诸如圆形或卵形构造。图17描绘了具有通过公共包 壳178连接的吊线钢索(messenger)部分172和载体部分174的无管8字形 引入缆线170。吊线钢索部分172包含强度元件173，而载体部分174包含具 有至少一个光波导12的腔，光波导12大体被干燥插入元件14所包围。载体 部分174也可以包含至少一个位于其内的防弯折元件175，用于在将载体部分 174与吊线钢索部分172分离时防止收縮。虽然图16和17描绘了图2的干燥 插入元件，但是可以使用任何合适的干燥插入元件。图18和18a分别描绘了缆线180和180',其将本发明的概念应用于具有 大致扁平形状的无管缆线构造中。缆线180包含至少一个光波导12和至少部 分设置在缆线包壳188的腔188a内的多个干燥插入元件184a、 184b。如所描 绘的，干燥插入元件184a、 184b的主(例如，平坦的)表面(未用数字标记) 与腔188a的主(例如，水平的)表面(未用数字标记)大致对齐，由此得到 紧凑的并且有效的构造，同时基本上防止了如在圆管的带堆叠中所会发生的角 落光纤接触。在本实施例中，光波导12是光纤带182 (用水平线表示)的一 部分，并且干燥插入元件184a、 184b以非绞合堆叠的方式夹置多个带182， 由此形成缆线芯185。因此，缆线180具有带182，干燥插入元件184a、 184b 的主表面和腔188a的主表面大体对齐或大体平行。此外，干燥插入元件184a、 184b与顶部或底部带182的至少一部分接触。缆线180进一步包含至少一个 强度元件189，用于提供抗拉强度，并且在本实施例中包含设置在腔188a的 相对侧上的两个强度元件189。强度元件189可以由任何合适的材料形成，诸 如介电材料、导体、合成物或类似物。缆线180有利的是如于2005年7月29 日提交的美国专利申请序列号No.11/193,516中所披露的分布缆线。缆线180' 类似于缆线180，但是具有设置在干燥插入元件184a、 184b之间的六根疏松 光纤12 (而不是带)。同样，光纤12与干燥插入元件184a、 184b之一的至少 一部分接触。当然，缆线180、 180'和其他类似的缆线可以具有除了诸如远程、 校园、接入、室内或其他应用的分布缆线之外的应用。带182包含二十四根光纤，并且是由至少部分设置在缆线包壳188的腔 188a (图18b)内的多个带182形成的带堆叠(未用数字标记)的一部分。堆 叠的带可以使用利用如现有技术中所知道的子单元和/或应力集中的易分裂的 构造，由此允许将带分为更小的光纤组。当然，带可以使用任何合适数量的光 纤和/或不同的带可以具有不同数量的光纤。将第一干燥插入元件184a和第二 干燥插入元件184b设置在腔内，并且大致设置在带堆叠(或如在缆线180'中
的光纤)的相对侧上。如在缆线180中所描绘的，干燥插入元件184a、 184b 与腔188a的主表面(即，水平侧)在顶部和底部大致对齐，并且同样与带的 宽度(即，主表面)大致对齐，由此在腔188a内形成光学带/干燥插入元件合 成堆。因此，使矩形(或方形)带堆叠与相应的大致矩形(或方形)腔相一致， 并且避免了与在圆形缓冲管内设置矩形(或方形)带堆叠有关的问题(即，诸 如在弯曲期间产生的在圆形缓冲管内的带堆叠的角落光纤上的应力，该应力可 能使缆线不能满足光学性能要求)。干燥插入元件184a、 184b起耦合、缓冲的 作用，并且允许带(或光纤)的运动和分离，以适应缆线180的弯曲。另外， 一个或更多个干燥插入元件可以可选择地实现阻水。类似于缆线180的光纤缆线有利的是作为分布缆线，因为它们能以相对小 的截面占地面积具有相对高的光波导数量。作为实例，缆线180的一个解释性 实施例具有四个带，并且每个带具有二十四根光纤，则总光纤数为九十六根光 纤。此外，这一解释性实施例的四个带具有大约0.5%或更大的过剩带长度(ERL)，诸如在大约0.6%至大约0.8。％的范围内。对于二十四根光纤的带， 缆线180具有大约15毫米或更小的主缆线尺寸W和大约8毫米或更小的次缆 线尺寸H。另夕卜，本解释性实施例的强度元件189由玻璃加强塑料(GRP)形 成，并且具有大约2.3毫米的尺寸D，这小于腔188a的高度。本解释性实施 例的最小弯曲半径为大约125毫米，这允许缆线以相对小的直径巻绕用于松弛 存储。当然，根据本发明的概念，其他合适的光纤/带数量、元件、ERL和/或 缆线尺寸是可能的。示意性地，类似于缆线180的缆线可以具有不同光纤数量 的四个带，诸如(1)具有大约12毫米或更小的主缆线尺寸W的十二根光纤 的带，共有四十八根光纤；(2)具有大约18毫米或更小的主缆线尺寸W的三 十六根光纤的带，共有一百四十四根光纤；或者(3)具有大约21毫米或更小 的主缆线尺寸W的四十八根光纤的带，共有二百一十六根光纤。图18b示意性地描绘了缆线180的腔188a。腔188a具有腔高度CH和腔 宽度CW。作为用于上面讨论的解释性实施例的实例，对于大约1.2毫米(0.3 毫米的4倍)的光纤(带)高度FH，每条带182具有大约0.3毫米的高度， 并且腔188a具有大约5.5毫米的腔高度CH。腔宽度CW大体由用于缆线的带 的宽度(或光纤的数量)决定，并且对于二十四根光纤的带而言为大约7.5毫 米。干燥插入元件184a、 184b在带堆叠的顶部和底部占据腔。在一个实施例 中，干燥插入元件184a、 184b具有大约1.8毫米的未压縮高度h,但是干燥插 入元件的其他合适的未压縮高度h是可能的。如在图3中的柱39所描绘的， 具有5.5毫米的腔高度CH、大约1.2毫米的光纤高度FH和两个1.8毫米的干 燥插入元件的本解释性实施例具有大约1.5N/m的归一化的带的拉拔力，但是， 其他合适的归一化的带的拉拔力是可能的。干燥插入元件184a、 184b的压縮 是干燥插入元件的局部化的最大压縮，并且如果如图19a所示意性描绘的，缆 线包含正的ERL，在这种最大压縮通常发生在带或带堆叠距中性轴具有最大 位移的地方。示意性地，解释性实施例具有大约4.8毫米的未压縮干燥插入元件和光纤 (即，带)高度FH的总高度，其小于5.5毫米的腔高度。因此，归一化的带 的拉拔力通常由波浪状的带堆叠产生，该波浪状的带堆叠由于ERL和/或摩擦 力而造成局部化的最大压縮。作为实例，当诸如通过将两个1毫米的干燥插入 元件与具有大约5毫米的腔高度CH的腔一起使用，使干燥插入元件的组合的 未压縮高度为腔高度CH的大约40%或更大时，可以实现带堆叠(或带或光纤) 的适当耦合。当然，只要保持了光学性能，其他合适的比率是可能的。在解释 性的实施例中，干燥插入元件的组合的未压縮高度(1.8毫米的两倍等于3.6 毫米)为腔高度CH (5.5毫米)的大约65%，这大于腔高度CH的50%。当 然，在仍然提供合适的性能的同时，腔、带和/或干燥插入元件可以具有其他 合适的尺寸。例如，可以使用更薄的带和/或干燥插入元件。尽管将腔118a描 绘为矩形，但是，制造如所示的矩形腔是困难的，即，挤出工序可能使腔具有 稍微不规则的矩形形状。类似的，除了大致矩形之外，腔可以具有其他合适的 形状，诸如卵形、圆形或类似形状，这通常可以改变干燥插入元件、带和/或 腔之间的关系(对齐)。干燥插入元件184a、 184b可以为任何合适的材料，诸如，例如泡沫材料 带子的可压縮层，用于缓冲，耦合，允许带(或光纤)在腔188a内的移动以 及适应带(或光纤)在腔188a内的弯曲，或者其他合适的材料。如所描绘的， 干燥插入元件184a、 184b也可以可选择地包含水可膨胀层，用于阻挡水沿腔 188a的流动。作为实例，干燥插入元件可以包含被层叠到可压縮层上的水可 膨胀带子，该被压缩层诸如为开放单元的聚氨酯泡沫材料带子，但是，当然， 对于干燥插入元件，其他合适的材料和构造是可能的。类似的，本发明的缆线
可以具有干燥插入元件和分离的阻水元件，诸如设置在腔内的水可膨胀纱线或 丝线。换句话说，干燥插入元件和阻水元件可以是分离的元件。如所描绘的，干燥插入元件184a、 184b的水可膨胀层大体面对腔(即，与光纤或带分离)， 但是，在另一种缆线变形中，水可膨胀层可以面对光纤或带。在进一步的缆线 变形例中，水可膨胀带子与类似于缆线180中的腔内的夹层结构中的带对齐； 然而，这种缆线变形例不能提供合适的带的耦合。一般而言，将干燥插入元件定位在带堆叠(或单个带或疏松光纤)的相对 端上有助于在不同的条件期间影响并保持沿缆线大体均匀的ERL分布，由此 帮助保持光学性能。图19和19a是分别示出类似于缆线180的两种不同缆线 192、 192a的带堆叠的示意性表示，其以直线构造布置(即，不是在弯曲条件 下)。缆线192、 192a的中性轴用虚线表示。更具体地，图19表示具有零ERL 的带堆叠194的缆线192，而图19a表示具有正的ERL的带堆叠194a的缆线 192a。如所示，带堆叠194 (没有ERL)在缆线192内沿中性轴NA大体为直 的，而带堆叠194a (正的ERL)具有绕中性轴NA大体波浪状的轮廓以容纳 ERL。当缆线192、 192a被弯曲时，带在缆线内改变位置以适应由于弯曲而引 起的在腔内长度的改变(即，腔的上表面变长，而腔的下表面变短)。图19b和19c是分别示出在弯曲期间的缆线192、 192a的示意性图示，并 且为了清楚起见两个中间带被移除。如图19b所示，在弯曲期间，带堆叠194 (没有ERL)的顶部带RT大致移动到缆线的中性轴NA附近的低应力状态。 因此，顶部带RT向下推到带堆叠194的其他带上，由此在该堆的底部带上(与 其他带一起)产生剧烈的弯曲，这可能造成相对高水平的光学衰减，甚至是黑 暗的光纤。如所示，顶部带RT迫使带堆叠194 (没有ERL)的底部带BR形 成尖锐的弯曲(见箭头)，该尖锐的弯曲造成相对高的衰减的。另一方面，图 19c示出了带堆叠194a (正的ERL)允许顶部带基本上保持在缆线192a的中 性轴NA上方，由此允许底部带BR具有更渐变的弯曲(即，该弯曲基本上是 正弦形的)，由此保持底部带RB的光学性能。另外，带与缆线的耦合对于诸 如在弯曲期间沿缆线上相对均匀的ERL分布的影响是有利的，这通常允许小 的缆线弯曲半径。诸如腔的尺寸和/或干燥插入元件的压縮的其他因素也可能 对沿缆线的ERL/EFL分布产生影响。
具有非绞合的带堆叠的基本上扁平的轮廓的缆线的另一光学性能方面是满足合适的光学性能所需要的ERL的总量。对于合适的缆线性能的ERL的量 基本上依赖于缆线设计，诸如带的数量。 一般而言，具有单个带的缆线的最小 ERL由在额定缆线负载下所需要的可允许水平的光纤应变所决定；然而，多 带缆线的最小ERL通常受到弯曲性能的影响。更具体地，当对于缆线设计选 择最小ERL极限时，应当将强度元件的几何形状和材料(即，截面面积和杨 氏模量)考虑用于计算在缆线设计的额定张力负载下所需要的光纤应变水平。 此外，弯曲所需要的ERL量通常随着堆中的带的数量的增加而增加，因为带 堆叠的较外侧带距缆线的中性轴更远。然而，对于合适的光学性能，在ERL 的上端存在限制(即，过大的ERL会使光学性能劣化)。ERL的接近最理想的 上水平值可以利用腔高度CH、带厚度tr和所需要的最小弯曲半径R来计算。 公式1是用于使腔的上表面的弯曲与带内的弯曲匹配以确定接近于最理想的 ERL水平的公式。然而，缆线能够大于由该公式所给定的ERL的上水平值， 并且仍然具有合适的缆线性能。￡7 丄上水平值=50& —~) 公式(1)、W 乂作为公式1的实例，具有大约4毫米的腔高度CH、大约0.3毫米的带厚 度以及大约150毫米的所需要的最小弯曲半径的缆线具有大约1.2%的接近最 优的ERL上水平。另外，具有相对高水平的ERL，诸如在0.6%至1.5%范围 内，的缆线对于诸如NESC重负载的自支撑安装是合适的，但是，对于给定设 计的特定ERL应当具有所需要的缆线性能。另一方面，诸如缆线180'的具有 疏松光纤12的缆线可以具有更低值的过剩光纤长度(EFL)，诸如大约0.2% 的EFL，因为所有的光纤都位于缆线的中性轴附近。尽管缆线180的干燥插入元件184a、 184b同时设置在带堆叠的上部和下 部，但是， 一个或更多个干燥插入元件围绕光纤缠绕或者如图20所示设置在 其一侧或更多侧上。具体地，图20示出了围绕带堆叠设置的四个独立的干燥 插入元件204a、 204b、 204c和204d。在另一实施例中，可以将两个干燥插入 元件设置在带堆叠的侧面(即，干燥插入元件204c、 204d的位置)，而不是带 堆叠的顶部和底部。在又一实施例中，本发明的缆线可以包含单个干燥插入元
件，诸如在带堆叠的一侧上，或者在带堆叠的中间(即，干燥插入元件两侧上 的带)。图21描绘了类似于缆线180的缆线210，但是其进一步包含至少一个铠 装层211，并且在本实施例中，是两个铠装层211。铠装层211分别设置在腔 的上方和下方，用于防止诸如由龋齿动物或点压碎接触引起的不想要的裂口。 铠装层211可以由任何合适的材料形成，例如，诸如钢的导电材料，或者诸如 聚酰胺、聚碳酸酯的介电材料，或者由玻璃纤维、芳族聚酰胺或类似物形成的 编织织物。图22描绘了另一缆线220，其包含至少一个铠装层221。缆线220 类似于缆线180，但是具有围绕缆线包壳228缠绕的铠装层221，并且进一步 外包有第二包壳228a，由此覆盖铠装层221。图23描绘了类似于缆线180的缆线230，但是其进一步包含用于保护光 纤的管子231。管子231可以由任何合适的材料形成，并且进一步保护缆线的 光纤。管子231可以在分开的挤出步骤中形成，或者与缆线包壳238 —起共同 挤出。管子231与缆线包壳一起可以由任何合适的材料形成，诸如聚合物。作 为实例， 一个实施例具有由HDPE形成的管子，并且缆线包壳由MDPE形成， 但是可以使用任何合适的材料组合。类似的，可以使用阻燃剂材料，由此使缆 线适合于室内应用。此外，缆线230还包含用于在掩埋应用中对缆线定位的调 节引线(toning wire) 233的调节凸角(toning lobe) 238a。调节凸角238a通 过连接板(web)(未用数字标记)连接到缆线包壳238，由此允许调节凸角 238a与缆线主体分离。此外，通过使用一个或更多个导电的缆线元件，没有 调节凸角的缆线可以具有可调节(tonable)的能力。另夕卜，如果一个或更多个 缆线元件是导电的，诸如包含一对扭绞的铜线或者利用导电强度元件，那么缆 线可以传导电能。图24和25分别描绘了类似于缆线180的缆线240和250，但是其具有不 同的横截面缆线形状。缆线240描绘了缆线包壳248的八字试块状缆线截面， 并且缆线250描绘了缆线截面的另一变形例。缆线250具有凹陷部分258a， 使得技工能够沿缆线的一部分分离一个或更多个强度元件259。当然，对于本 发明的概念，其他截面形状是可能的。图26示意性地描绘了本发明的用于缆线180的示范性生产线260;然而， 可以使用该概念的其他变形例来制造根据本发明的概念的其他组件和/或缆
线。生产线260包含至少一个光学带放线盘261 ，多个干燥插入元件放线盘262， 多个强度元件放线盘263，多个强度元件铰盘264，十字头挤出机265,水槽 266， 一个或更多个供应拉出器(caterpuller) 267以及收线盘269。此外，缆 线180还可以包含铠装层和围绕其上的第二缆线包壳，由此形成类似于图22 所示的缆线220。铠装层和/或第二缆线铠装可以在与缆线180相同的生产线上 制造，或者在第二条生产线上制造。示范性生产过程包括从各个放线盘261、 262和262防线至少一个光纤带182和干燥插入元件184a、 184b。为了清楚起 见，仅示出光纤带182的一个放线盘。然而，为了生产本发明的组件和/或缆 线，生产线可以包含用于一个或更多个光纤带或光纤的任何合适数量的放线 盘。然后，将干燥插入元件184a、 184b大致围绕光纤带182定位，由此形成 缆线芯185 (即，干燥插入元件带组合堆或夹层结构)。此外，利用各个强度 元件绞盘264在相对高张力(例如，大约100至大约400磅之间)下将强度元 件189从各个放线盘263放线，由此弹性地拉伸强度元件189 (用箭头表示)， 以便在缆线中产生ERL。换句话说，因为带被引入到具有与拉紧的强度元件 大致相同长度的缆线内，并且带未被拉伸，所以在强度元件189上释放张力之 后，它们回到其初始未拉伸长度(即，缩短)，由此产生ERL。所述的另一方 式，所产生的ERL的量大致等于强度元件的应变加上可能发生的缆线包壳的 任何塑料收縮。此后，将缆线芯185和强度元件189送入十字头挤出机265， 在那里围绕缆线芯185和强度元件189挤出缆线包壳188，由此形成缆线180。 然后使缆线180在水槽266内淬火。利用一个或更多个供应拉出器267将缆线 180拉拽穿过生产线，然后在低张力下缠绕到收线盘269上。如在方框中所描 绘的，如果建立一条生产线来制造类似于缆线220的缆线，那么当铠装层221 从放线盘270放线并且利用合适的铠装形成设备(未示出)围绕缆线180形成 时，将第二供应拉出器267用于拉拽缆线组件，并且利用十字头挤出机272 在其上挤出第二包壳188a。此后，在缠绕到收线盘269上之前，使具有铠装 的缆线180'穿过第二水槽274。此外，根据本发明的概念的其他缆线和/或生产 线是可能的。例如，缆线和/或生产线可以包含水可膨胀带子、纱线或类似物； 但是， 一种或更多种其他合适缆线元件的使用是可能的。在附带的权利要求的范围内，本发明的许多改进和其他实施例对本领域技 术人员而言将变得清楚。例如，光波导可以在各种带堆叠或构造内形成，诸如
带堆叠的台阶状轮廓(即，带堆叠的横截面是加号形状)。除了s-z型绞合构造之外，本发明的缆线也可以包含螺旋绞合的多于一个光学管组件。此外，本 发明的干燥插入元件可以如所示的层叠在一起或者作为单个元件使用。因此， 应当理解，本发明并不局限于此处所披露的具体实施例，并且在附带的权利要求的范围内可以进行改进并产生其他实施例。尽管在此处使用了特定术语，但 是，仅将其用于一般的和描述性的意义，并且不是为了限定的目的。已经参考 基于二氧化硅的光波导描述了本发明，但是本发明的发明概念可应用于其他合 适的光波导和/或缆线构造。
权利要求
1. 一种光纤缆线，包含至少一个光波导；缆线包壳，该缆线包壳具有位于其内的腔，并且该腔具有主表面，其中该至少一个光波导至少部分地设置在该腔内；以及第一干燥插入元件和第二干燥插入元件，该第一和第二干燥插入元件设置在该腔内，使得该至少一个光波导设置在该第一干燥插入元件和该第二干燥插入元件之间，并且该第一干燥插入元件具有与该腔的该主表面大致对齐的主表面。
2. 权利要求1的光纤缆线，该至少一个光波导是光纤带的一部分。
3. 权利要求2的光纤缆线，该至少一个光波导具有大约为0.2%或更大的 过剩带长度。
4. 权利要求1的光纤缆线，该第一和第二干燥插入元件具有组合的未压 縮高度，该组合的未压縮高度为腔高度CH的大约40%或更大。
5. 权利要求l的光纤缆线，还包含用于保护该缆线的至少一个铠装层。
6. 权利要求1的光纤缆线，还包含设置在该腔的相对侧的至少两个强度元件。
7. 权利要求l的光纤缆线，还包含具有强度元件尺寸D的至少一个强度 元件，其中该腔具有腔高度CH,并且该腔高度CH大于该强度元件尺寸D。
8. 权利要求1的光纤缆线，该腔具有大致矩形形状，并且多个光纤带设 置于其内。
9. 权利要求1的光纤缆线，还包含水可膨胀元件或阻水元件。
10. 权利要求l的光纤缆线，该光纤缆线的次尺寸为大约8毫米或更小， 并且该光纤缆线的主尺寸为大约15毫米或更小。
11. 权利要求l的光纤缆线，该第一或第二干燥插入元件之一具有可压縮 层和水可膨胀层。
12. 权利要求1的光纤缆线，该第一或第二干燥插入元件之一为泡沫材料 带子。
13. 权利要求l的光纤缆线，该第一干燥插入元件包含水可膨胀层，其中 该水可膨胀层向外面向该腔。
14. 权利要求1的光纤缆线，该至少一个光波导为光纤带的一部分，其中 该光纤带在该腔内是非绞合的。
15. 权利要求1的光纤缆线，该至少一个光波导与该第一干燥插入元件的 至少一部分相接触。
16. —种光纤缆线，包含多个光纤带，该多个光纤带具有过剩带长度(ERL)，该ERL为大约0.5 %或更大；缆线包壳，其中该至少一个光纤带至少部分地设置在该腔内；以及 至少一个干燥插入元件，该至少一个干燥插入元件设置在该腔内并且与该 多个光纤带的该至少一个相接触。
17. 权利要求16的光纤缆线，还包含第一干燥插入元件和第二干燥插入 元件，并且该多个光纤带设置在该第一干燥插入元件和该第二千燥插入元件之 间。
18. 权利要求17的光纤缆线，该第一和第二干燥插入元件具有组合的未 压缩高度，该组合的未压縮高度为腔高度CH的大约40%或更大。
19. 权利要求16的光纤缆线，还包含用于保护该缆线的至少一个铠装层。
20. 权利要求16的光纤缆线，还包含设置在该腔的相对侧的至少两个强 度元件。
21. 权利要求16的光纤缆线，还包含具有强度元件尺寸D的至少一个强 度元件，其中该腔具有腔高度CH，并且该腔高度CH大于该强度元件尺寸D。
22. 权利要求16的光纤缆线，还包含水可膨胀元件或阻水元件。
23. 权利要求16的光纤缆线，该光纤缆线的次尺寸为大约8毫米或更小， 并且该光纤缆线的主尺寸为大约15毫米或更小。
24. 权利要求16的光纤缆线，该至少一个干燥插入元件具有可压縮层和 水可膨胀层。
25. 权利要求16的光纤缆线，该至少一个干燥插入元件为泡沫材料带子。
26. 权利要求16的光纤缆线，该至少一个干燥插入元件包含水可膨胀层， 其中该水可膨胀层向外面向该腔。
27. 权利要求16的光纤缆线，其中该多个带在腔内是非绞合的。
28. 权利要求16的光纤缆线，该多个带之一与该至少一个干燥插入元件 的至少一部分相接触。
29. —种光纤缆线，包含 至少一个光波导；缆线包壳，该缆线包壳具有腔，该腔具有腔高度CH，其中该至少一个光 波导至少部分地设置在该腔内；以及至少一个干燥插入元件，其中总干燥插入元件的高度由设置在该腔内的所 有干燥插入元件的未压縮高度之和来定义，该总干燥插入元件的高度为该腔高 度CH的大约40X或更大。
30. 权利要求29的光纤缆线，还包含第一干燥插入元件和第二干燥插入 元件，并且该至少一个光波导设置在该第一干燥插入元件和该第二干燥插入元 件之间。
31. 权利要求29的光纤缆线，该腔具有大致矩形形状。
32. 权利要求29的光纤缆线，该至少一个光波导为光纤带的一部分。
33. 权利要求29的光纤缆线，该至少一个光波导为光纤带的一部分，其 中该光纤带具有过剩带长度(ERL)。
34. 权利要求29的光纤缆线，还包含用于保护该光纤缆线的至少一个铠 装层。
35. 权利要求29的光纤缆线，还包含设置在该腔的相对侧的至少两个强 度元件。
36. 权利要求29的光纤缆线，还包含具有强度元件尺寸D的至少一个强 度元件，其中该腔具有腔高度CH，并且该腔高度CH大于该强度元件尺寸D。
37. 权利要求29的光纤缆线，还包含至少部分地设置在该腔内的多个光 纤带，该多个光纤带的至少一个具有二十四根光纤。
38. 权利要求29的光纤缆线，还包含水可膨胀元件或阻水元件。
39. 权利要求29的光纤缆线，该光纤缆线的次尺寸为大约8毫米或更小， 并且该光纤缆线的主尺寸为大约15毫米或更小。
40. 权利要求29的光纤缆线，该至少一个干燥插入元件具有可压縮层和 水可膨胀层。
41. 权利要求29的光纤缆线，该至少一个干燥插入元件为泡沫材料带子。
42. 权利要求29的光纤缆线，还包含第一干燥插入元件和第二干燥插入 元件，并且多个光纤带至少部分设置在该第一干燥插入元件和该第二干燥插入 元件之间。
43. 权利要求29的光纤缆线，该至少一个干燥插入元件包含水可膨胀层， 其中该水可膨胀层向外面向该腔。
44. 权利要求29的光纤缆线，该至少一个光纤为光纤带的一部分，其中 该光纤带在该腔内为非绞合的。
45. 权利要求29的光纤缆线，该至少一个光纤与该至少一个干燥插入元 件的至少一部分相接触。
46. —种制造光纤缆线的方法，包含步骤 放线至少一根光纤； 放线第一干燥插入元件； 放线第二干燥插入元件；将该至少J根光纤定位在该第一干燥插入元件与该第二干燥插入元件之 间，由此形成缆线芯；以及围绕该缆线芯施加缆线包壳。
47. 权利要求46的方法，还包含步骤提供至少一个强度元件，其中该 至少一个强度元件在一部分生产过程中被弹性拉伸，由此在将张力从该至少一 个强度元件上移除之后，在该缆线内提供该至少一根光纤的过剩光纤长度。
48. 权利要求46的方法，该至少一根光纤是光纤带的一部分，并且还包 含歩骤提供至少一个强度元件，其中该至少一个强度元件在一部分生产过程 中被弹性拉伸，由此在将张力从该至少一个强度元件上移除之后，在该缆线内 提供该光纤带的过剩带长度。
49. 权利要求46的方法，还包含步骤放线多根光纤带，其中该至少一 根光纤是该多根光纤带之一的一部分。
50. 权利要求46的方法，还包含放线铠装层的步骤。
51. 权利要求46的方法，还包含歩骤在围绕该缆线芯施加缆线包壳之 后放线铠装层，以及围绕该铠装层施加第二缆线包壳。
全文摘要
一种光纤缆线和制造该光纤缆线的方法包含至少一个光波导、至少一个干燥插入元件和缆线包壳。该至少一个光波导和至少一个干燥插入元件至少部分地设置在该缆线包壳的腔内。在一个实施例中，该缆线包含设置在该腔内的第一干燥插入元件和第二干燥插入元件，使得该至少一个光波导设置在该第一干燥插入元件和该第二干燥插入元件之间。
文档编号G02B6/44GK101401018SQ200680053755
公开日2009年4月1日 申请日期2006年8月16日 优先权日2006年2月10日
发明者兰德尔·塔特尔, 基思·H·莱尔, 小肯尼思·D·坦普尔, 戴维·A·塞登, 朱利安·雷特尔·格林伍德三世 申请人:康宁光缆系统有限责任公司