專利名稱：光纖組件及其制作方法
本申請(qǐng)為部分地接續(xù)于申請(qǐng)?zhí)枮镹o.07/708.414的申請(qǐng)，該申請(qǐng)是以D.E.Fritz，C.J.Lever以及D.E.West的名義于1991年5月31日提交的。
本發(fā)明涉及光纖組件及其制作方法。
具有代表性的是，拉制和涂復(fù)過的光纖是按照這樣的方式逐層將光纖匝卷繞在塑料卷筒上而收卷的，以使每個(gè)卷筒上的光纖端部可以加以檢測(cè)。拉制和檢測(cè)后的光纖卷筒，隨后被用來提供光纖帶和或提供給成纜工序和裝置。
在收卷時(shí)必須精心地控制卷繞，并且需要低張力收攏光纖，以使對(duì)光纖或其上涂復(fù)的毀壞降至最低，并將微觀及不宏觀彎曲損失對(duì)傳輸介質(zhì)的影響減少。因此，應(yīng)使卷繞張力最小，并使橫過卷筒的套筒表面上光纖的分布受到控制，以提供所需要的光纖組件外形，且在隨后的操作中便于退繞。
在已有技術(shù)中，已經(jīng)采用過幾種卷繞方式。首先一種卷繞方式被稱之為螺旋靠緊卷繞，其中每層中相接連的光線匝是彼此連接的。這可產(chǎn)生最大的堆積密度，但在大多數(shù)情況下，在同一層中會(huì)出現(xiàn)一匝交迭在相鄰的一匝上面，特別是鑒于涂復(fù)光纖的直徑非常小(即約250微米)，并且考慮到收卷時(shí)光纖是處在較低張力下卷繞的。這種交迭稱之為返繞。而交迭可導(dǎo)致由于彎曲引起的不希望有的損耗。
為了克服返繞的問題，已經(jīng)采用了一些步驟。這可以通過將每層中卷繞的光纖匝彼此隔開來達(dá)到。通常，該間隔約為涂復(fù)后光纖直徑1.2至1.4倍的數(shù)量級(jí)。然而這種補(bǔ)救方法會(huì)引起其它一些問題。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，成品的光纖組件不象所想象的那樣堅(jiān)固，而且在通常使用過程中該光纖組件會(huì)損壞。此外，這種光纖組件的密度還會(huì)遭受損害。
在螺旋卷繞的光纖組件中，還發(fā)現(xiàn)另一個(gè)問題。由于卷繞光纖的每一匝都同卷筒套筒軸線的法向平面成一定角度，故在每一層中最外匝的光纖與其上繞有光纖的卷筒邊緣之間會(huì)出現(xiàn)不協(xié)調(diào)。其結(jié)果是，后續(xù)諸層的一部分可能會(huì)掉入這些最外匝光纖和邊緣之間的間隙中，從而在釋放光纖時(shí)會(huì)產(chǎn)生問題。
為了克服卷筒邊緣與螺誘卷繞的光纖匝間不協(xié)調(diào)的問題，已有技術(shù)包括有被稱之為正交環(huán)形卷繞的纏繞方式。在正交環(huán)形緊靠卷繞中，連續(xù)的光纖匝是彼此鄰接的，但在每根光纖匝周圍予定位置處，讓光纖分配器沿著大致平行于其上繞有光纖的卷筒軸線方向移位，以便在每根光纖匝上產(chǎn)生出位錯(cuò)階。
盡管需要提供更堅(jiān)固的低損耗光纖組件，但目前采用的卷繞方式似乎無法達(dá)到這一目的。隨后所尋求的且在已有技術(shù)中似乎還未出現(xiàn)過的，是一種具有極好穩(wěn)定性、高密度和低損耗的光纖組件。這樣的光纖組件，應(yīng)能使用局部變化的卷繞裝置在現(xiàn)有的卷筒上提供。
根據(jù)本發(fā)明提供一種光纖組件，在每一層中，每?jī)蓚€(gè)相鄰的光纖匝之間是分開的，以使其相鄰層中沿著垂直于纏繞表面的平面彼此對(duì)正的光纖匝，能夠互相嚙合;跟在與纏繞表面嚙合的最內(nèi)層光纖之后的每層中，每個(gè)光纖匝都在兩個(gè)具有小間距的位置上，橫向越過其緊接前一層的光纖，且使接續(xù)層中的那些交迭，在纏繞表面的周圍相互錯(cuò)開。
構(gòu)成光纖組件的方法的特征在于每一層都包括許多光纖匝;每層中的每?jī)蓚€(gè)相鄰的光纖匝都是彼此分開的，以便相鄰層中沿著垂直于纏繞表面的平面彼此對(duì)正的光纖匝，能夠互相嚙合;跟在與纏繞表面嚙合的最內(nèi)層光纖之后的每層中，每個(gè)光纖匝都在兩個(gè)具有小間距的位置上，橫向越過其緊接前一層的光纖，且使接續(xù)層中的那些交迭，在纏繞表面的周圍相互錯(cuò)開。


圖1表示本發(fā)明光纖組件初始一層光纖線匝的一部分;
圖2為已有技術(shù)的光纖組件部分的一部分初始層的正視圖;
圖3為另一種已有技術(shù)的光纖組件部分的一部分初始層的正視圖;
圖4為圖1所視光纖組件局部放大的示意截面圖，它以橫截面的形式表示卷繞在卷筒的圖柱形纏繞表面上的多層光纖中每一層的光纖匝，而且卷筒是在其錐形邊緣的最內(nèi)側(cè)表面之間延伸的;
圖5為光纖卷繞排列的細(xì)部圖，它表示一層光纖匝在前一層光纖上的交迭位置;
圖6為在已有技術(shù)卷繞排列中出現(xiàn)交迭時(shí)卷筒的端面正視圖;
圖7及8為本發(fā)明的卷繞排列透視圖及正視細(xì)節(jié)圖，其中的交迭位置是圍繞卷筒周圍錯(cuò)開的;
圖9及10為本發(fā)明所述光纖組件錯(cuò)開的交迭排列放大了的正視圖和平面圖;
圖11為卷筒的局部前視圖，該卷筒帶有與其卷繞軸線垂直的內(nèi)邊緣表面，并且?guī)в幸月?lián)鎖方式纏繞其上的光纖面，以及圖12為卷筒的局部前視圖，該卷筒帶有沿纏繞表面的一端形成錐形排列的光纖匝，而且所具有的光纖匝是按聯(lián)鎖方式纏繞的。
現(xiàn)在參見圖1，所表示的是概括以編號(hào)20表示的光纖組件的一部分，予定要包括許多由光纖22構(gòu)成的光纖匝21-21，并且包括配置在許多層光纖24-24上的一或更多層涂復(fù)。在圖1中，所表示的只是初始層24的一部分。該光纖組件20包括有卷筒23，卷筒23則包括套筒26，其在所表示的實(shí)施例中又包括圓柱形的纏繞表面25。套筒26的纏繞表面的直徑，至少約等于被卷繞其上的光纖外徑的200倍。纏繞表面伸展在兩個(gè)邊緣27-27之間，圖1中僅表示出兩個(gè)邊緣之一。在最佳實(shí)實(shí)例中的每一條邊緣27，都包括一個(gè)錐形表面29，它同每一層光纖24-24中最外側(cè)的一個(gè)光纖匝21-21連接。
如在圖1中可看到的那樣，在每條光纖匝纏繞中的予定點(diǎn)處，分配器(圖中未表示)是沿著平行于卷筒23縱軸30的方向由側(cè)面跨入的。這就光纖匝中的每一條都有一個(gè)偏移或者雙向折彎的部分31。這樣的纏繞方式在過去就曾采用過(參見圖2)，被稱之為正交環(huán)形纏繞方式。這種正交環(huán)形纏繞方式的演變，是為了使每條光纖匝的大部分基本上都能同垂直于軸線30且配置在邊緣與套筒連接處的平面平行。換句話說，此螺旋方式纏繞，并不在每條光纖匝中具有這種偏移(參見圖3)，對(duì)于鄰接邊緣的那些光纖匝便會(huì)出現(xiàn)不協(xié)調(diào)。
圖1、2及3的對(duì)比中還應(yīng)當(dāng)看到，圖2及3的正交環(huán)形纏繞的螺旋纏繞，分別都是所謂的靠緊卷繞。這就是說，每層中相鄰的光纖匝都是相互嚙合的。
與這種靠緊卷繞方式相反，本發(fā)明所述光纖組件20的纏繞方式是這樣的，在制作該光纖組件的方法中，光纖匝21-21都是按照所謂的正交環(huán)形聯(lián)鎖纏繞方式隔開的。本發(fā)明所述光纖組件20上的光纖匝，不但是彼此隔開的，而且是按照特定方式隔開的，以便進(jìn)行嵌套。如在圖4中可以看到的那樣，每個(gè)圓都表示與光纖縱軸垂直的光纖匝的橫截面，而且每層中相鄰的光纖匝都是這樣隔開的，以使下一個(gè)連續(xù)纏繞層的每一內(nèi)部光纖匝，都能同緊接在前面的纏繞層中兩個(gè)光纖匝中的每一個(gè)光纖匝正切。其結(jié)果是，跟在與纏繞表面25嚙合的最內(nèi)層之后的每層光纖的每一內(nèi)部光纖匝，均被嵌套在前一層光纖的光纖匝之間。
此外，在圖4中還可以看出，該光纖組件20具有更強(qiáng)的剛性。跟在最內(nèi)側(cè)兩層之后的每一層是這樣排列的，其每一內(nèi)部光纖匝不僅同緊接前面纏繞層的兩光纖匝正切，而且也同除外兩個(gè)之后的早先纏繞層中的一個(gè)光纖匝嚙合，并且沿著垂直于纏繞表面的平面與更后面纏繞的光纖匝對(duì)正。
例如在圖4中，編號(hào)35用來表示光纖匝的最內(nèi)層，而且?guī)в猩煸诖┻^其光纖匝各部分中心的直線上的指引線。同樣，編號(hào)37、39和42被用來表示從纏繞表面25向外前面隨后接續(xù)的幾層。如在此看到的那樣，光纖層35上光纖22的匝43-43，均同纏繞表面25嚙合。光纖層37上的每一光纖匝44，都同光纖層35上兩相鄰的光纖匝43-43中的每一光纖匝嚙合。進(jìn)一步說來，在最內(nèi)側(cè)的兩層光纖35及37之后，跟在鄰近邊緣或者最外側(cè)光纖匝后面的每一內(nèi)部光纖匝45，不但同緊接前面纏繞層的兩相鄰光纖匝嚙合，而且同除外兩個(gè)之后的纏繞層的一個(gè)光纖匝嚙合。例如，光纖匝45既同纏繞層42的兩個(gè)相鄰光纖匝47-47嚙合，又同纏繞層39的一個(gè)光纖匝49嚙合。共優(yōu)點(diǎn)是，相對(duì)于已有的纏繞匝來說，這可對(duì)大多數(shù)的光纖匝提供三點(diǎn)支撐，其結(jié)果是得到緊密嵌套穩(wěn)定性。當(dāng)跟在最內(nèi)側(cè)兩層之后的每一層都按照本發(fā)明的方法進(jìn)行纏繞時(shí)，在每一層中相鄰那些光纖匝之間，便提供有嵌套用的凹槽46(參見圖4)。
跟在最內(nèi)層之后而尤其是跟在最內(nèi)側(cè)兩層之后的這種排列，能夠保證形成一些凹槽或者空穴(如它們也可稱為的那樣)，其中每個(gè)凹槽或空穴都適于接納下一接續(xù)層的光纖匝。這樣的排列優(yōu)于已有技術(shù)的排列，在已有技術(shù)中提供的雖然也是三點(diǎn)支撐，但其中的三點(diǎn)支撐并不是對(duì)稱的，所以直到下一個(gè)接連的相鄰纏繞都是不均衡的。形成鮮明對(duì)比的是，在這種排列中，該對(duì)稱支撐對(duì)于每一接連層中的每個(gè)內(nèi)部光纖匝都是密接的。
為了達(dá)到高穩(wěn)定性，每個(gè)嵌套用的凹槽都必須按特定的方式提供。在最佳實(shí)施例中，圖4中表示的嵌套，是靠讓中心到中心分開X來完成的，此相鄰光纖匝對(duì)應(yīng)部分之間分開的距離X，應(yīng)等于系數(shù)約在1.70到1.75范圍內(nèi)與被卷繞的涂復(fù)光纖直徑的乘積。
該系數(shù)是由幾何條件為3]]>即1.732確定的，而且此間隔為帶有某種容限的該系數(shù)與被卷繞的涂復(fù)光纖直徑的乘積。通過使用在上述約為1.70到1.75范圍內(nèi)的系數(shù)作為兩個(gè)支撐用相鄰光纖匝間的間隔，可使嵌套其間下一層中一個(gè)光纖匝的最低點(diǎn)，將沿著一條伸在這兩個(gè)支撐用的相鄰光纖匝橫截面中心軸線之間的直線分布。而且，被嵌套的該光纖匝的最頂點(diǎn)，將沿著一條伸在下一接續(xù)外層中兩相鄰光纖匝橫截面中心軸線之間的直線分布。
例如，返回圖4，由此可以看出，光纖匝45的最內(nèi)側(cè)點(diǎn)，是沿著纏繞層42中穿過光纖匝橫截面中心伸展的直線分布的。進(jìn)一步說來，光纖匝45最外側(cè)的點(diǎn)，是沿著下一個(gè)接續(xù)纏繞的外層中穿過橫截面中心伸展的直線分布的。
由堆砌立足點(diǎn)得到的光纖組件，可被稱之為六邊形封閉捆。這個(gè)名稱是從每層中的內(nèi)部光纖匝被六點(diǎn)支撐得出來的(參見圖4)。
當(dāng)每一接續(xù)的光纖層被卷繞在卷筒上前一層頂上時(shí)，該層中的每一光纖匝50(參見圖5)，通常要橫過前一層中的兩個(gè)光纖匝進(jìn)行纏繞。換句話說，每一接續(xù)光纖層51中的每一光纖匝，兩次橫向穿過緊接在前一層中的光纖匝52-52的光纖。在已有技術(shù)中，對(duì)于交迭位置被隔開180°(參見圖6)是具有代表性的。進(jìn)一步說來，如圖6中所示，在已有技術(shù)中平常的是，接續(xù)層中的交迭53-53都是在套筒26的徑向?qū)?zhǔn)的。其結(jié)果是，在光纖組件周圍的兩個(gè)輪廓分明的位置上，會(huì)發(fā)生光纖堆積。這當(dāng)纏繞過程是遠(yuǎn)離套筒向外繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，試圖纏繞出緊密的光纖組件就可產(chǎn)生問題。
已有技術(shù)中的這個(gè)問題，可由本發(fā)明的光纖組件加以克服。如在圖5中看到的那樣，每層中的每個(gè)光纖匝雙重橫向交迭在緊接前一層中的光纖上面，是保持在彼此緊密貼近的。例如光纖匝50(參見圖5)，是在密集位置56及57上橫過緊接前一層中的光纖匝54及55的。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，由這種交迭引起單層的任何向外隆起是比較少的，因?yàn)榍按颂岢鲞^纏繞表面的直徑與被卷繞光纖外徑之比是非常大的。
進(jìn)一步說來，為了避免光纖集中堆積在光纖組件周圍任一位置，作為一些接連層中的交迭，是沿著周圍方面錯(cuò)開的(參見圖7-10)。圖7表示如第二層以及接續(xù)的直到第i層中光纖匝的交迭與第一層中光纖匝交迭之間的位移。在圖8中，曲線61為纏繞在卷筒上的接續(xù)層交迭位置的軌跡。如從圖9及10中可看到的那樣，兩次橫過其下面一層中光纖的光纖匝50-50，是不同隨后諸層中光纖匝的交迭位置對(duì)正的，例如圖10表示的交迭位置58及59。該纏繞是錯(cuò)開那些接連層中的交迭位置進(jìn)行的，且當(dāng)纏繞是從一層到下一層繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，讓這些交迭位置圍繞圓周移動(dòng)。
具有圖1及4中表示的部分的卷筒，其中每個(gè)都帶有如圖1中的錐形表面29那樣的錐形面，將套筒接在該邊緣的外部。對(duì)于本發(fā)明的光纖組件的卷筒來說，也可以采用其它結(jié)構(gòu)。例如在圖11中，卷筒70包括帶有卷繞表面74和兩條邊緣76-76的套筒72。如在此可看到的那樣，每一條邊緣76-76的內(nèi)側(cè)表面，都和卷繞表面垂直。其結(jié)果是，每層中外側(cè)的光纖匝，均處在與該邊緣內(nèi)側(cè)表面嚙合的狀態(tài)。例如，最內(nèi)層79中外側(cè)的光纖匝78-78，與該邊緣76-76嚙合。再如圖4中，此卷繞方式是聯(lián)鎖的，其中心至中心的分開距離，約等于涂復(fù)光纖外徑的1.70至1.75倍。其結(jié)果是，當(dāng)每一層跟在前兩層之后纏繞時(shí)，在每?jī)蓚€(gè)相鄰的光纖匝之間便提供有嵌套用的凹槽，而且每一內(nèi)部光纖匝，都是一個(gè)六邊形封閉捆的中心。
最后，本發(fā)明所述的光纖組件，還可采用如圖12中表示的結(jié)構(gòu)。卷筒90包括一個(gè)帶有卷繞表面94和邊緣95的套筒92，此邊緣95有一個(gè)與套筒垂直的內(nèi)側(cè)表面。該套筒的相反一端是不帶邊緣的。作為一種替代，纏繞層是由外向內(nèi)逐漸變細(xì)的，以使由套筒逐漸向外的每一接續(xù)層，具有更加少的光纖匝。進(jìn)一步說來，跟在最內(nèi)側(cè)兩層之后，每層中鄰近無邊緣端的每一最外側(cè)光纖匝，均配置在嵌套凹槽中。圖12中的光纖組件，也是特別穩(wěn)定的。
本發(fā)明所述的光纖組件，能夠克服已有技術(shù)中存在的問題。它們對(duì)光纖有良好的穩(wěn)定度，每條光纖均呈現(xiàn)出低損耗。此外，與緊密纏繞的光纖組件相比，其密度也是非常高的，而且比密繞光纖組件中顯現(xiàn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少得多的問題。
在過去，其上繞有光纖的卷筒在套筒的卷繞表面上包括有泡沫材料，以減少作用在光纖上的應(yīng)力。曾經(jīng)確定，使用本發(fā)明所述的光纖組件纏繞方式，光纖可以纏繞在諸如由聚合材料以及塑性材料制做的比較堅(jiān)硬類型的表面上。此外，纏繞時(shí)需要的張力不必那樣低，從而會(huì)減少對(duì)昂貴的控制設(shè)備的需要。
本發(fā)明所述的光纖組件卷筒上的套筒，已被描述和/或表示為圖柱形。然而應(yīng)當(dāng)理解，具有其它結(jié)構(gòu)的卷筒套筒也可以采用，諸如截錐形之類的例子。
權(quán)利要求
1.一種纏繞光纖的光纖組件，所述光纖組件包括具有直徑至少等于被纏繞其上光纖外徑約200倍的纏繞表面，以及纏繞在上述表面周圍的多層光纖，每層光纖又包括許多光纖匝，所述光纖組件的特征在于在每一層中，每?jī)蓚€(gè)相鄰的光纖匝之間是分開的，以使其相鄰層中沿著垂直于纏繞表面的平面彼此對(duì)正的光纖匝，能夠互相嚙合；跟在與纏繞表面嚙合的最內(nèi)層光纖之后的每層中，每個(gè)光纖匝都在兩個(gè)具有小間距的位置上，橫向越過其緊接前一層的光纖，且使接續(xù)層中的那些交迭，在纏繞表面的周圍相互錯(cuò)開。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖組件，其中所述的光纖匝是彼此分開的，以便每層中上述每?jī)蓚€(gè)相鄰光纖匝對(duì)應(yīng)部分中心之間的距離，等于約在1.70至1.75范圍內(nèi)的某系數(shù)與光纖外徑的乘積。
3.如權(quán)利要求1的光纖組件，其中所述的距離，是使跟在兩個(gè)最內(nèi)層之后的每層中，每個(gè)內(nèi)部的光纖匝都同緊接前一層中每?jī)蓚€(gè)相鄰的光纖匝嚙合，并同緊接前一層之前的那層的一個(gè)光纖匝嚙合。
4.如權(quán)利要求1的光纖組件，其中的光纖是纏繞在卷筒上的，該卷筒帶有可在兩條邊緣之間伸展的圓柱形纏繞表面。
5.如權(quán)利要求1的光纖組件，其中的光纖是纏繞在卷筒上的，該卷筒僅在套筒的一端有一個(gè)邊緣，而且鄰近該套筒無邊緣一端的每一接續(xù)層中最外側(cè)的光纖匝，都是從緊接前一層起朝向有邊緣的一端成階梯形的。
6.如權(quán)利要求1的光纖組件，其中在每一光纖匝的予定位置處，上述每個(gè)光纖匝，都包括在鄰近上述予定位置處上述每個(gè)光纖匝的兩部分軸線之間的偏移。
7.一種構(gòu)成光纖組件的方法，該方法包括提供具有纏繞表面的卷筒的步驟，此纏繞表面的直徑，至少等于被纏繞其上的光纖外徑約200倍;并且圍繞上述卷筒的外表面，纏繞上多層光纖，所述方法的特征在于每一層都包括許多光纖匝;每層中的每?jī)蓚€(gè)相鄰的光纖匝都是彼此分開的，以使相鄰層中沿著垂直于纏繞表面的平面彼此對(duì)正的光纖匝，能夠互相嚙合;跟在與纏繞表面嚙合的最內(nèi)層光纖之后的每層中，每個(gè)光纖匝都在兩個(gè)具有小間距的位置上，橫向越過其緊接前一層的光纖，且使接續(xù)層中的那些交迭，在纏繞表面的周圍相互錯(cuò)開。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中所述的光纖匝是彼此分開的，以使上述每?jī)蓚€(gè)相鄰光纖匝對(duì)應(yīng)部分中心間的距離，等于約在1.70或1.75范圍內(nèi)的某一系數(shù)與光纖外徑的乘積。
9.如權(quán)利要求7的方法，其中所述的距離，是使跟在兩個(gè)最內(nèi)層之后的每層中，每個(gè)內(nèi)部的光纖匝都同緊接前一層中每?jī)蓚€(gè)相鄰的光纖匝嚙合，并同緊接前一層之前的那層的一個(gè)光纖匝嚙合。
10.如權(quán)利要求7的方法，其中在每一光纖匝的予定位置處，上述每個(gè)光纖匝，都包括在鄰近上述予定位置處上述每個(gè)光纖匝的兩部分軸線之間的偏移。
全文摘要
一種纏繞有光纖的光纖組件，包括其上纏繞許多層的卷筒，每層都由許多光纖匝組成。該纏繞是使接續(xù)的光纖匝同其前面的光纖匝分開。其間隔是使第三層以及更遠(yuǎn)一些的外層上的每根光纖，能同前面纏繞層中的兩相鄰光纖匝正切，并同下一內(nèi)側(cè)層的一個(gè)光纖匝正切。此外，跟在最內(nèi)層之后的每層中的每個(gè)光纖匝，都在兩個(gè)較小間距的位置上橫向越過其緊接前一層的光纖，且使接續(xù)層中的那些交疊在纏繞表面的周圍相互錯(cuò)開?？梢赃_(dá)到極好的密度、卷繞剛性和穩(wěn)定性。能夠減少纏繞異常。
文檔編號(hào)G02B6/44GK1073532SQ92114169
公開日1993年6月23日 申請(qǐng)日期1992年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月11日
發(fā)明者D·E·弗里茨, 小C·J·利弗, D·E·韋斯特 申請(qǐng)人:美國電話電報(bào)公司