一种新型非对称光纤定向弯曲式光缆的制作方法

1.本发明涉及通信光缆领域，具体涉及一种新型非对称光纤定向弯曲式光缆。


背景技术：

2.为积极响应光纤到户(ftth)政策，光缆在提供更大带宽的同时，也要增强网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性，放宽环境条件和供电等方面的要求，简化维护和安装等。因此，为了满足在楼道、街市、房宇等复杂安装环境下弯曲、密集布线，需要光缆有一定的弯曲不敏感特性，即在布线时弯曲半径约为5mm-15mm。由于光纤传播时的损耗限制了光信号传播的距离，并且损耗主要包括本征损耗、吸收损耗、散射损耗、辐射损耗等，其中又以辐射损耗对光纤弯曲最为敏感。
3.目前已有的提高光纤弯曲不敏感特性的方法主要有两种，第一种为在包层结构中采用折射率下陷设计，在面对光纤宏弯情况下，其效果类似于缩小了全反射的临界角。第二种方法为增加包层中的掺氟量，但掺氟会改变包层的折射率导致与纤芯相对折射率发生较大的差异，同时会降低内包层的粘连度，导致光纤损耗增加。此外，目前大多数弯曲不敏感光纤都在包层内陷的基础上设计为折射率中心对称式结构。虽然这在一定程度上能够降低光缆弯曲时的辐射损耗，但由于弯曲曲率半径减小，其宏弯损耗会指数增加。在宏弯情况下，纤芯内外圈所受到力的方向有所不同，此时纤芯外圈受到拉伸力更容易发生辐射损耗，而纤芯内圈受到挤压力，损耗相对低些，因此内圈与外圈的结构设计应有所区分：内圈需预留更多空间以适应挤压力，外圈需增加固定结构，限制最大弯曲程度。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是一种新型非对称光纤定向弯曲式光缆，可减少光纤的宏弯损耗、降低光缆的加工难度、易于确定最佳弯曲方向，可以很好的解决现有技术中的不足。
5.本发明是通过以下技术方案来实现的：一种新型非对称光纤定向弯曲式光缆，光缆由内至外依次包括加强芯、骨架、光纤固件、铝塑复合带、光纤、第一护套层、阻燃层、防水层以及玻纤铠装层，所述光纤固件采用一复合结构来提升光缆一侧的受挤压能力以及另一侧的受拉伸能力；光纤固件纵向排布在中心加强芯上，并通过骨架进行固定。
6.作为优选的技术方案，所述光纤固件的复合结构具体采用三角结构与梯形结构的组合，每个光纤固件内设置一根光纤，光纤固件一侧紧贴铝塑复合带，当光缆弯曲时内侧所受到的挤压力分散到三角结构的支撑面，光缆弯曲时外侧所受到的拉伸力作用在梯形结构上。
7.作为优选的技术方案，加强芯由金属加强件或强度达标的非金属加强件材质的实心支撑柱构成，边长为光缆外径的10％～20％，加强芯设计为由高密度聚乙烯材质制成的实心三角支撑柱，其边长为圆柱形的外接三角；
8.其中，加强芯与光纤固件的制作过程如下：在加强芯外涂覆形成骨架，与光纤同步
挤出预制成三角与梯形结构相组合的光纤固件，采用模具在周围光纤固件中形成纵向排列的中空固件槽，光纤穿过模具，使得挤出预制成型时光纤处于光纤固件中，得到封闭式预包埋有光纤的光纤固件。
9.作为优选的技术方案，骨架直径在5mm到25mm之间，由热塑性弹性体聚合物材质构成。
10.作为优选的技术方案，铝塑复合带由多层材料复合而成，上下层为高纯度铝合金材料，中间为无毒的低密度聚乙烯(pe)填充材料，外层贴有保护薄膜。
11.作为优选的技术方案，光纤采用新型折射率非对称结构设计，其中纤芯层弯曲外侧的折射率分布采用的渐变折射率的介质，当径向梯度折射率光纤中近轴子午光线的传播轨迹为正弦变化时，其折射率的变化近似为抛物线型分布，且距离纤芯中轴线的折射率满足下式：
[0012][0013]
其中l为渐变折射率介质的光线自聚焦周期长度，r表示距离纤芯中轴线的距离，n
(0)
表示纤芯中轴线上的折射率，n
(r)
表示距离纤芯中轴线r处的折射率。
[0014]
作为优选的技术方案，纤芯层直径为6.4μm～7.2μm，且中轴线与临近包层的相对折射率差值为0.30％～0.40％；纤芯层弯曲内侧采用固定折射率的介质。
[0015]
作为优选的技术方案，包层采用双内陷结构，当光信号的入射角小于发生全反射的临界角时，第一层内陷采用满足笛卡尔叶形线的折射率分布：
[0016]
x3+y
3-3axy＝0(3)
[0017]
其中，x表示包层厚度，y表示介质折射率，a表示折射率变化的梯度，折射率在进入包层时梯度最大，随着距离的远离而逐渐减小梯度，使得部分角度过小的光信号进入第二内陷层，第二内陷层的折射率则拟合正切函数，将通过第一内陷层的部分光信号局限在包层，并在弯曲内径之后重新全反射回芯层，第一内陷层的相对折射率为-0.02％～-0.08％，其半径为纤芯半径的2.00～3.00倍；第二内陷层的相对折射率为-0.40％～-0.50％，其半径为纤芯半径的4.20～5.20倍。
[0018]
作为优选的技术方案，第一护套层由高密度聚乙烯制成，阻燃层由聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)制成，防水层由阻水粉填充而成，玻纤铠装层采用玻璃纤维、短纤和针刺无纺布复合而成的土工合成材料，玻纤铠装层的外侧涂覆有颜色，用于表示特定的弯曲方向。
[0019]
本发明的有益效果是：本发明采用聚乙烯材料的骨架填充，在抗测压性能良好的情况下，在光纤固件与中心加强芯之间留有一定间距，能够很好的吸收外界压力，缓冲外界冲击。采用三角结构与梯形结构相组合的光纤固件，具有稳固光纤束的性能的同时区分了弯曲过程中光缆的内外径所受压力方向不同，做到了一侧更适用于受挤压，一侧更适用于受拉伸。采用芯层折射率非对称的光纤设计，面对弯曲情况(包括宏弯与微弯)，能够在达到弯曲不敏感性能的同时，减少对称结构下纤芯层材料的使用及简化加工工序。采用笛卡尔叶形线及三角函数的纤芯折射率与包层双层内陷的结构设计，在fttp情况中能够适应复杂曲折环境，实现降低光信号损失的目的。
附图说明
[0020]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]
图1为本发明实施例提供的新型非对称光纤弯曲不敏感式光缆结构剖面图；
[0022]
图2为本发明实施例提供的折射率非对称光纤的折射率分布图；
[0023]
图3为本发明实施例提供的光缆外表面指示弯曲方向的颜色图层。
具体实施方式
[0024]
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0025]
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0026]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0027]
此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0028]
本发明使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语
[0029]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“套接”、“连接”、“贯穿”、“插接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0030]
如图1所示，本发明的一种新型非对称光纤定向弯曲式光缆，由内至外依次包括加强芯1、骨架2、光纤固件3、铝塑复合带4、光纤5、第一护套层6、阻燃层7、防水层8、玻纤铠装层9。其中光纤固件3分别采用三角结构与梯形结构，并且数量与光纤5数量相同，具体数量可视光缆直径而设置多个，且都紧贴铝塑复合带4。
[0031]
本发明实例中，光缆中心加强芯1由金属加强件或者强度达标的非金属加强件，优选地，采用高密度聚乙烯材料制作，直径为光缆外径的10～20％。如图1所示。更优地，将中
心加强芯1设计为三角构造，其边长即为圆柱形的外接三角，进一步加强光缆的坚韧性与长距离通信的稳定性。
[0032]
骨架2采用新型轻式聚乙烯材料，能够在减少整体重量的同时提供较好的抗测压性能，还保留了中心加强芯1与光纤固件3之间的弯曲范围，弯曲时使得光缆内外侧受力更均匀，起到很好的缓冲外接压力的效果。
[0033]
本发明实施例中，铝塑复合带4由多层材料复合而成，上下层为高纯度铝合金材料，中间为无毒的低密度聚乙烯(pe)填充材料，外层贴有保护薄膜，一方面保留了铝材料耐腐蚀、耐撞击、防火等性能，另一方面，该复合材料易于加工成型，质量轻。其内侧的光纤固件3，如图1所示，具有两种不同的结构：其中三角形结构的一侧，能适应更小的弯曲半径，将光缆弯曲时内侧所受到的挤压力分散到三角支撑面，从而减少内部光纤所受到的压力而产生的微弯损耗；梯形结构一侧更适合与承受光缆弯曲时外侧所受到的拉伸力，并且能够将弯曲程度限定在一定范围内，起到保护内部光纤降低宏弯损耗的效果。
[0034]
本发明实施例中，光纤5采用新型折射率非对称结构设计，如图2所示，其中纤芯层弯曲外侧的折射率分布采用的是渐变折射率的介质，具体的当径向梯度折射率光纤中近轴子午光线的传播轨迹为正弦变化时，其折射率的变化近似为抛物线型分布，且距离纤芯中轴线的折射率满足下式：
[0035][0036]
其中l为渐变折射率介质的光线自聚焦周期长度，r表示距离纤芯中轴线的距离，n
(0)
表示纤芯中轴线上的折射率，n
(r)
表示距离纤芯中轴线r处的折射率。具体的，所述纤芯层直径为6.4μm～7.2μm，且中轴线与临近包层的相对折射率差值为0.30％～0.40％；纤芯层弯曲内侧采用固定折射率的介质，在光缆宏弯情况下，光纤直径所带来的弯曲内外侧曲率半径大小几乎趋同，而内外侧受到的压力方向存在差异。当内侧采用固定折射率介质后，其抗挤压能力提升，在长距离传输中能够提供更加稳定的光信号全反射环境，而外侧采用渐变折射率介质则能够利用自聚焦的特性，减少宏弯情况下光信号在全反射过程的损耗。
[0037]
更优地，为进一步增强光纤弯曲不敏感特性，在包层采用双内陷结构，如图2所示，当光信号的入射角小于发生全反射的临界角时，为了发挥包层减少弯曲损耗的最佳效果，第一层内陷采用满足笛卡尔叶形线的折射率分布：
[0038]
x3+y
3-3axy＝0(3)。
[0039]
其中，x表示包层厚度，y表示介质折射率，a表示折射率变化的梯度。具体的，其折射率在进入包层时梯度最大，从而实现最佳的聚焦效果，并且随着距离的远离而逐渐减小梯度，使得部分角度过小的光信号进入第二内陷层。第二内陷层的折射率则拟合正切函数，将通过第一内陷层的部分光信号局限在包层，并在弯曲内径之后重新全反射回芯层。进一步地，第一内陷层的相对折射率为-0.02％～-0.08％，其半径为纤芯半径的2.00～3.00倍；第二内陷层的相对折射率为-0.40％～-0.50％，其半径为纤芯半径的4.20～5.20倍。
[0040]
本发明实例中，第一护套层6由高密度聚乙烯制成，为方便护套层的快速开播与光
纤的快速拿取，在其下设置扁平撕裂层。
[0041]
本发明实例中，阻燃层7由聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)制成，其增加光缆的阻燃耐火性能，降低光缆的着火时的烟密度，阻燃性能满足gb/t、iec系列单根光缆垂直燃烧标准和层束燃烧标准。
[0042]
本发明实例中，防水层8由阻水粉填充而成，通过丙烯酸类树脂一次固化后，紧接着采用特制的有机溶液二次固化，最终在光纤带表面形成一层膜状分子，遇水迅速膨胀以满足光缆横截面阻水性能。
[0043]
本发明实例中，玻纤铠装层9采用玻璃纤维、短纤和针刺无纺布复合而成的土工合成材料，能够很好的起到缓冲及保护光纤的效果，同时在该保护层的外侧，涂覆有一定颜色，见图3，用于表示特定的弯曲方向。该特殊方向即表示当光缆在实际使用时，将有色一面弯曲在内则能够得到最佳的光信号传播效果，此时的辐射损失最小，有利于远距离传输信号。
[0044]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。