芯部被径向上弹性模数变化的多个包覆层包围的光缆制造技术

一种改进的光缆，其芯部被一保护套包围而保护套具有在径向上变化的弹性模数。芯部具有一支或多支沿纵向延伸的光纤。保护套具有至少一个第一包覆层部和一个第二包覆层部。两个包覆层部均由同一包覆材料构成，并各有变性剂添加到其内，从而造成包覆层的弹性模数在径向上沿着从光缆芯部中心向外延伸的半径而变化。该芯部例如可以是单支光纤、一束光纤、光纤带、一叠光纤带等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及光纤的领域，较具体点说，涉及芯部被保护套包围的光缆及其制造法。
技术介绍
用于通信系统的光纤典型地包括一个玻璃的中心载光区被也是由玻璃制成的外包层包围。玻璃外层和玻璃中心载光区具有不同的光学性能。典型地还有一个或多个保护包覆层包围着中心载光区和外包层。这种纤维可由来自加热而部分熔化的、具有适当成分的玻璃预型的细纤维束拉制而成，并使环绕中心载光区的外包层也具有适当的成分。当柔软而熔化的玻璃从预型被拉出时，中心载光区的玻璃和外包层玻璃都被拉伸。在这过程中，中心载光区的玻璃留在纤维的中间，而外包层留在外周，这样就构成完工纤维的复合的中心载光区和外包层的结构。当纤维从预型内被拉出时，它使冷却而凝固并被敷设包覆层。这些过程在正常情况下都以高速率完成，因此纤维能以高速拉制。在光纤通信系统内，光波按照要在系统内被传递的信息被调制成脉冲或不断变化的波从光纤的一端射入。光波沿着光纤传播的速率取决于许多因素，包括制成中心载光区和外包层的材料的光学性能和中心载光区的直径。沿着光纤投射的光波典型地包括一部分极化不同的光波，即构成光的电磁波具有不同的取向。如果光纤的中心载光区不是完全的圆柱形，而是具有大的和小的直径，那么其中一个极化光的电磁波将与中心载光区的大直径匹配，而另一个极化光的电磁波将与中心载光区的小直径匹配。光波中极化不同的部分，其传播速度也不同。除了这个几何效应以外，中心载光区和外包层在热膨胀上的不同会发生由应力引起的二次光折射的重折率，这也会增加极化不同的光波在传播速度上的不同。换言之，光纤在垂直于其长度的一个方向上有一“慢”的轴线，而在垂直于其长度的另一个方向上有一“快”的轴线。极化方向与快轴一致的光波比极化方向与慢轴一致的光波传播得快。结果两种极化模式就以不同的传播常数传播。两个传播常数之差被称为重折率，重折率的量由两种正交模式的传播常数之差给出。重折率使在光纤内传播的光波的极化状态沿着光纤长度作周期性的演变。极化返回到其原始状态所需距离一般被称为光纤的节拍长度，该长度与光纤的重折率成反比。因此重折率较大的光纤，其节拍长度较短，反之亦然。除了引起在光纤内传送的光的极化状态作周期性的变化之外，重折率的存在意谓两种极化模式以不同的组速度传送，其差异随着重折率的增加而增加。两种极化模式在时间延迟上的差异被称为极化模式偏离或PMD。除了载光区直径的差异外，光纤的不完善也能使PMD增加。PMD可扭曲沿着光纤传送的光脉冲或光波，这样来降低信号质量并限制信息能沿着光纤传送的速率。就高比特率系统和模拟通信系统而言，PMD对信号质量十分有害。减少PMD作用的一种方法是连续地使光纤的快轴和慢轴重新取向。这一点能够做到只要在拉制光纤时使它旋转，光纤的慢轴和快轴就可沿着光纤的长度反复地互相交换。需要有能以高比特率、高频、远距离传送信息的光纤产品(如光纤、光纤带、光纤束、光缆和气吹光纤产品)。以高比特率、高频、远距离进行的信息通信一般需要用高功率来传送。但高功率传送一般会增加光纤产品的灵敏度，从而能对信号质量增添负面影响。设计用于以高比特率、高频、远距离传送的下一代光纤的制造商曾经指出这种光纤对外加负载和环境条件十分敏感。这种光纤被设计成具有较大的有效面积为的是应付较高功率密度的要求，而该要求是目前的波长区分多路(WDM)传输系统以高比特率、远距离、进行多频道传送必需满足的。这种具有大的或超大的有效面积的光纤对某些传送性能包括微弯曲损失十分敏感。另外，外加负载(如光纤的弯曲)和某些环境条件还能增加PMD，如上所述，这会限制高比特率的传送。已知为了保护光纤和光纤排列(如光纤带、含有多支光纤的光缆等)使免受有害环境条件和微弯曲的影响，可用一个或多个包覆层将单支光纤和光纤排列包覆起来。例如，可在光纤的玻璃外包层的界面上用一个柔软的缓冲包覆层来包覆，然后再用一个比缓冲包覆层厚的外部包覆层来包覆柔软的内部包覆层。缓冲层通常为弹性模数较低的材料，因此柔软，能够衬垫光纤并防止微弯曲损失，而外部层通常为弹性模数较高的材料用来保护被包覆的光纤使它免受环境的影响。例如Cain等人的美国专利5,062,685号曾公开说，可用柔软的缓冲包覆层来包覆单支或多支光纤，该缓冲层为玻璃转变温度tg低的聚合物，其厚度足可防止有害的微弯曲，并用敷设在外部的、有结构的包覆层来包围柔软的缓冲包覆层。外部的、有结构的包覆层由具有足够强度的材料构成以资防止单支或成组光纤在被吹制的光纤应用时惯常要将单支或成组光纤推动通过一个孔眼而被损伤。这个技术应这样完成，即迫使一种气体如空气通过一个孔眼以资造成一个粘稠液体的牵引力来驱使光纤通过孔眼。这个技术被使用在光纤或光缆小及/或轻，而且孔眼与光纤或光缆在大小上相当接近的场合，即拉动它们通过孔眼而不是吹送它们通过孔眼，但这样做会有一个拉力作用在光纤或光缆上使它们断裂或受到损伤。多层包覆的光纤或成组光纤的另一个例子见Cochinni等人的美国专利6,327,876号。Cochinni等人曾公开一种设备和方法可用来敷设软的内部的缓冲包覆层和较硬的外部包覆层使每一包覆层的包覆同心度(即给定包覆层的最小和最大厚度之比)得到提高，而这又会减少PMD。为了做到这一点，Cochinni等人曾公开说，当光纤通过模内孔眼被拉制并且在拉拔过程中各该包覆层被敷设时可分别转动包含在第一和第二敷设器内的第一及/或第二模，意思就是说，在敷设包覆层时只要转动可旋转模，那么光纤在被拉制时为了减少PMD而需的使光纤旋转就可被省去。敷设包覆层的已知技术的一个缺点是，各个包覆层需用不同的材料，因为为了各种理由，各个包覆层需有不同的性能。例如内部包覆层应该是柔软的包覆层以便衬垫玻璃纤维，但还应有足够的较低的弹性模数以便防止有害的微弯曲。在另一方面，外部包覆层应该是较硬的包覆层，因此应具有较高的弹性模数。而且，根据用途，外部包覆层可能要具有其他保护特性(如Cain等人所公开的具有结构的)以资保护光纤使它免受环境的影响。由于包覆层材料的不同，敷设不同包覆层的已知技术和系统采用分开的敷设器(即每一个要被敷设的层使用一个敷设器)和分开的敷设包覆层的工步。与采用多个敷设器和多种材料有关的需求会增加系统的费用并减少制造线的产出。因此最好能提供一种制造光纤产品的方法和设备，其中可使用单一的材料及/或单一的敷设器来敷设多个包覆层。这种光纤产品例如可包括单支光纤、多支光纤被成束地组合在一起的光缆和多支光纤被边靠边地形成一排或多排的光纤带。
技术实现思路
本专利技术提供的光缆包括一个具有单支或多支光纤的芯部被一保护套包围着，该保护套具有在径向上变化的弹性模数，还包括一种制造该光缆的方法。保护套包括由普通的包覆材料制成的第一和第二包覆层部。将变性剂分别加入到第一和第二包覆层内，使包覆层的弹性模数在径向上沿着从光缆芯部中心向外延伸的半径变化。该芯部例如可以是单支光纤、一束光纤、一个光纤带、一叠光纤带等。本专利技术的设备具有一个包覆层敷设器，其设计使它能将弹性模数在径向上变化的包覆层敷设到上述芯部上。本专利技术的方法包括将弹性模数在径向上变化的包覆层敷设到芯部上，其完成方式可随本专利技术的设备的设计而变化。例如对于光纤束，弹性模数在径向上变化的包覆层可在一个与制造光缆光纤的过程分开并在其后的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光缆，具有一个被保护套包围的芯部，该芯部包括至少一支光纤，保护套包括至少一个第一包覆层部和一个第二包覆层部，所述两个包覆层部都由相同的包覆材料构成，并各有变性剂添加到这两个包覆层部的包覆材料内，其中变性剂的添加造成包覆层 的弹性模数在径向上沿着从所说芯部中心向外延伸的半径而变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：卡里奥菲里斯康斯塔迪尼迪斯，吴交悦，马哈茂德塔贝杜尔，约翰M特尼普西德，
申请(专利权)人：菲特尔美国公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]