光纤组件及其制作方法

专利名称：光纤组件及其制作方法
本申请为部分地接续于申请号为No.07/708.414的申请，该申请是以D.E.Fritz，C.J.Lever以及D.E.West的名义于1991年5月31日提交的。
本发明涉及光纤组件及其制作方法。
具有代表性的是，拉制和涂复过的光纤是按照这样的方式逐层将光纤匝卷绕在塑料卷筒上而收卷的，以使每个卷筒上的光纤端部可以加以检测。拉制和检测后的光纤卷筒，随后被用来提供光纤带和或提供给成缆工序和装置。
在收卷时必须精心地控制卷绕，并且需要低张力收拢光纤，以使对光纤或其上涂复的毁坏降至最低，并将微观及不宏观弯曲损失对传输介质的影响减少。因此，应使卷绕张力最小，并使横过卷筒的套筒表面上光纤的分布受到控制，以提供所需要的光纤组件外形，且在随后的操作中便于退绕。
在已有技术中，已经采用过几种卷绕方式。首先一种卷绕方式被称之为螺旋靠紧卷绕，其中每层中相接连的光线匝是彼此连接的。这可产生最大的堆积密度，但在大多数情况下，在同一层中会出现一匝交迭在相邻的一匝上面，特别是鉴于涂复光纤的直径非常小(即约250微米)，并且考虑到收卷时光纤是处在较低张力下卷绕的。这种交迭称之为返绕。而交迭可导致由于弯曲引起的不希望有的损耗。
为了克服返绕的问题，已经采用了一些步骤。这可以通过将每层中卷绕的光纤匝彼此隔开来达到。通常，该间隔约为涂复后光纤直径1.2至1.4倍的数量级。然而这种补救方法会引起其它一些问题。已经发现，成品的光纤组件不象所想象的那样坚固，而且在通常使用过程中该光纤组件会损坏。此外，这种光纤组件的密度还会遭受损害。
在螺旋卷绕的光纤组件中，还发现另一个问题。由于卷绕光纤的每一匝都同卷筒套筒轴线的法向平面成一定角度，故在每一层中最外匝的光纤与其上绕有光纤的卷筒边缘之间会出现不协调。其结果是，后续诸层的一部分可能会掉入这些最外匝光纤和边缘之间的间隙中，从而在释放光纤时会产生问题。
为了克服卷筒边缘与螺诱卷绕的光纤匝间不协调的问题，已有技术包括有被称之为正交环形卷绕的缠绕方式。在正交环形紧靠卷绕中，连续的光纤匝是彼此邻接的，但在每根光纤匝周围予定位置处，让光纤分配器沿着大致平行于其上绕有光纤的卷筒轴线方向移位，以便在每根光纤匝上产生出位错阶。
尽管需要提供更坚固的低损耗光纤组件，但目前采用的卷绕方式似乎无法达到这一目的。随后所寻求的且在已有技术中似乎还未出现过的，是一种具有极好稳定性、高密度和低损耗的光纤组件。这样的光纤组件，应能使用局部变化的卷绕装置在现有的卷筒上提供。
根据本发明提供一种光纤组件，在每一层中，每两个相邻的光纤匝之间是分开的，以使其相邻层中沿着垂直于缠绕表面的平面彼此对正的光纤匝，能够互相啮合;跟在与缠绕表面啮合的最内层光纤之后的每层中，每个光纤匝都在两个具有小间距的位置上，横向越过其紧接前一层的光纤，且使接续层中的那些交迭，在缠绕表面的周围相互错开。
构成光纤组件的方法的特征在于每一层都包括许多光纤匝;每层中的每两个相邻的光纤匝都是彼此分开的，以便相邻层中沿着垂直于缠绕表面的平面彼此对正的光纤匝，能够互相啮合;跟在与缠绕表面啮合的最内层光纤之后的每层中，每个光纤匝都在两个具有小间距的位置上，横向越过其紧接前一层的光纤，且使接续层中的那些交迭，在缠绕表面的周围相互错开。


图1表示本发明光纤组件初始一层光纤线匝的一部分;
图2为已有技术的光纤组件部分的一部分初始层的正视图;
图3为另一种已有技术的光纤组件部分的一部分初始层的正视图;
图4为图1所视光纤组件局部放大的示意截面图，它以横截面的形式表示卷绕在卷筒的图柱形缠绕表面上的多层光纤中每一层的光纤匝，而且卷筒是在其锥形边缘的最内侧表面之间延伸的;
图5为光纤卷绕排列的细部图，它表示一层光纤匝在前一层光纤上的交迭位置;
图6为在已有技术卷绕排列中出现交迭时卷筒的端面正视图;
图7及8为本发明的卷绕排列透视图及正视细节图，其中的交迭位置是围绕卷筒周围错开的;
图9及10为本发明所述光纤组件错开的交迭排列放大了的正视图和平面图;
图11为卷筒的局部前视图，该卷筒带有与其卷绕轴线垂直的内边缘表面，并且带有以联锁方式缠绕其上的光纤面，以及图12为卷筒的局部前视图，该卷筒带有沿缠绕表面的一端形成锥形排列的光纤匝，而且所具有的光纤匝是按联锁方式缠绕的。
现在参见图1，所表示的是概括以编号20表示的光纤组件的一部分，予定要包括许多由光纤22构成的光纤匝21-21，并且包括配置在许多层光纤24-24上的一或更多层涂复。在图1中，所表示的只是初始层24的一部分。该光纤组件20包括有卷筒23，卷筒23则包括套筒26，其在所表示的实施例中又包括圆柱形的缠绕表面25。套筒26的缠绕表面的直径，至少约等于被卷绕其上的光纤外径的200倍。缠绕表面伸展在两个边缘27-27之间，图1中仅表示出两个边缘之一。在最佳实实例中的每一条边缘27，都包括一个锥形表面29，它同每一层光纤24-24中最外侧的一个光纤匝21-21连接。
如在图1中可看到的那样，在每条光纤匝缠绕中的予定点处，分配器(图中未表示)是沿着平行于卷筒23纵轴30的方向由侧面跨入的。这就光纤匝中的每一条都有一个偏移或者双向折弯的部分31。这样的缠绕方式在过去就曾采用过(参见图2)，被称之为正交环形缠绕方式。这种正交环形缠绕方式的演变，是为了使每条光纤匝的大部分基本上都能同垂直于轴线30且配置在边缘与套筒连接处的平面平行。换句话说，此螺旋方式缠绕，并不在每条光纤匝中具有这种偏移(参见图3)，对于邻接边缘的那些光纤匝便会出现不协调。
图1、2及3的对比中还应当看到，图2及3的正交环形缠绕的螺旋缠绕，分别都是所谓的靠紧卷绕。这就是说，每层中相邻的光纤匝都是相互啮合的。
与这种靠紧卷绕方式相反，本发明所述光纤组件20的缠绕方式是这样的，在制作该光纤组件的方法中，光纤匝21-21都是按照所谓的正交环形联锁缠绕方式隔开的。本发明所述光纤组件20上的光纤匝，不但是彼此隔开的，而且是按照特定方式隔开的，以便进行嵌套。如在图4中可以看到的那样，每个圆都表示与光纤纵轴垂直的光纤匝的横截面，而且每层中相邻的光纤匝都是这样隔开的，以使下一个连续缠绕层的每一内部光纤匝，都能同紧接在前面的缠绕层中两个光纤匝中的每一个光纤匝正切。其结果是，跟在与缠绕表面25啮合的最内层之后的每层光纤的每一内部光纤匝，均被嵌套在前一层光纤的光纤匝之间。
此外，在图4中还可以看出，该光纤组件20具有更强的刚性。跟在最内侧两层之后的每一层是这样排列的，其每一内部光纤匝不仅同紧接前面缠绕层的两光纤匝正切，而且也同除外两个之后的早先缠绕层中的一个光纤匝啮合，并且沿着垂直于缠绕表面的平面与更后面缠绕的光纤匝对正。
例如在图4中，编号35用来表示光纤匝的最内层，而且带有伸在穿过其光纤匝各部分中心的直线上的指引线。同样，编号37、39和42被用来表示从缠绕表面25向外前面随后接续的几层。如在此看到的那样，光纤层35上光纤22的匝43-43，均同缠绕表面25啮合。光纤层37上的每一光纤匝44，都同光纤层35上两相邻的光纤匝43-43中的每一光纤匝啮合。进一步说来，在最内侧的两层光纤35及37之后，跟在邻近边缘或者最外侧光纤匝后面的每一内部光纤匝45，不但同紧接前面缠绕层的两相邻光纤匝啮合，而且同除外两个之后的缠绕层的一个光纤匝啮合。例如，光纤匝45既同缠绕层42的两个相邻光纤匝47-47啮合，又同缠绕层39的一个光纤匝49啮合。共优点是，相对于已有的缠绕匝来说，这可对大多数的光纤匝提供三点支撑，其结果是得到紧密嵌套稳定性。当跟在最内侧两层之后的每一层都按照本发明的方法进行缠绕时，在每一层中相邻那些光纤匝之间，便提供有嵌套用的凹槽46(参见图4)。
跟在最内层之后而尤其是跟在最内侧两层之后的这种排列，能够保证形成一些凹槽或者空穴(如它们也可称为的那样)，其中每个凹槽或空穴都适于接纳下一接续层的光纤匝。这样的排列优于已有技术的排列，在已有技术中提供的虽然也是三点支撑，但其中的三点支撑并不是对称的，所以直到下一个接连的相邻缠绕都是不均衡的。形成鲜明对比的是，在这种排列中，该对称支撑对于每一接连层中的每个内部光纤匝都是密接的。
为了达到高稳定性，每个嵌套用的凹槽都必须按特定的方式提供。在最佳实施例中，图4中表示的嵌套，是靠让中心到中心分开X来完成的，此相邻光纤匝对应部分之间分开的距离X，应等于系数约在1.70到1.75范围内与被卷绕的涂复光纤直径的乘积。
该系数是由几何条件为3]]>即1.732确定的，而且此间隔为带有某种容限的该系数与被卷绕的涂复光纤直径的乘积。通过使用在上述约为1.70到1.75范围内的系数作为两个支撑用相邻光纤匝间的间隔，可使嵌套其间下一层中一个光纤匝的最低点，将沿着一条伸在这两个支撑用的相邻光纤匝横截面中心轴线之间的直线分布。而且，被嵌套的该光纤匝的最顶点，将沿着一条伸在下一接续外层中两相邻光纤匝横截面中心轴线之间的直线分布。
例如，返回图4，由此可以看出，光纤匝45的最内侧点，是沿着缠绕层42中穿过光纤匝横截面中心伸展的直线分布的。进一步说来，光纤匝45最外侧的点，是沿着下一个接续缠绕的外层中穿过横截面中心伸展的直线分布的。
由堆砌立足点得到的光纤组件，可被称之为六边形封闭捆。这个名称是从每层中的内部光纤匝被六点支撑得出来的(参见图4)。
当每一接续的光纤层被卷绕在卷筒上前一层顶上时，该层中的每一光纤匝50(参见图5)，通常要横过前一层中的两个光纤匝进行缠绕。换句话说，每一接续光纤层51中的每一光纤匝，两次横向穿过紧接在前一层中的光纤匝52-52的光纤。在已有技术中，对于交迭位置被隔开180°(参见图6)是具有代表性的。进一步说来，如图6中所示，在已有技术中平常的是，接续层中的交迭53-53都是在套筒26的径向对准的。其结果是，在光纤组件周围的两个轮廓分明的位置上，会发生光纤堆积。这当缠绕过程是远离套筒向外继续进行时，试图缠绕出紧密的光纤组件就可产生问题。
已有技术中的这个问题，可由本发明的光纤组件加以克服。如在图5中看到的那样，每层中的每个光纤匝双重横向交迭在紧接前一层中的光纤上面，是保持在彼此紧密贴近的。例如光纤匝50(参见图5)，是在密集位置56及57上横过紧接前一层中的光纤匝54及55的。当然，应当理解，由这种交迭引起单层的任何向外隆起是比较少的，因为前此提出过缠绕表面的直径与被卷绕光纤外径之比是非常大的。
进一步说来，为了避免光纤集中堆积在光纤组件周围任一位置，作为一些接连层中的交迭，是沿着周围方面错开的(参见图7-10)。图7表示如第二层以及接续的直到第i层中光纤匝的交迭与第一层中光纤匝交迭之间的位移。在图8中，曲线61为缠绕在卷筒上的接续层交迭位置的轨迹。如从图9及10中可看到的那样，两次横过其下面一层中光纤的光纤匝50-50，是不同随后诸层中光纤匝的交迭位置对正的，例如图10表示的交迭位置58及59。该缠绕是错开那些接连层中的交迭位置进行的，且当缠绕是从一层到下一层继续进行时，让这些交迭位置围绕圆周移动。
具有图1及4中表示的部分的卷筒，其中每个都带有如图1中的锥形表面29那样的锥形面，将套筒接在该边缘的外部。对于本发明的光纤组件的卷筒来说，也可以采用其它结构。例如在图11中，卷筒70包括带有卷绕表面74和两条边缘76-76的套筒72。如在此可看到的那样，每一条边缘76-76的内侧表面，都和卷绕表面垂直。其结果是，每层中外侧的光纤匝，均处在与该边缘内侧表面啮合的状态。例如，最内层79中外侧的光纤匝78-78，与该边缘76-76啮合。再如图4中，此卷绕方式是联锁的，其中心至中心的分开距离，约等于涂复光纤外径的1.70至1.75倍。其结果是，当每一层跟在前两层之后缠绕时，在每两个相邻的光纤匝之间便提供有嵌套用的凹槽，而且每一内部光纤匝，都是一个六边形封闭捆的中心。
最后，本发明所述的光纤组件，还可采用如图12中表示的结构。卷筒90包括一个带有卷绕表面94和边缘95的套筒92，此边缘95有一个与套筒垂直的内侧表面。该套筒的相反一端是不带边缘的。作为一种替代，缠绕层是由外向内逐渐变细的，以使由套筒逐渐向外的每一接续层，具有更加少的光纤匝。进一步说来，跟在最内侧两层之后，每层中邻近无边缘端的每一最外侧光纤匝，均配置在嵌套凹槽中。图12中的光纤组件，也是特别稳定的。
本发明所述的光纤组件，能够克服已有技术中存在的问题。它们对光纤有良好的稳定度，每条光纤均呈现出低损耗。此外，与紧密缠绕的光纤组件相比，其密度也是非常高的，而且比密绕光纤组件中显现要远远少得多的问题。
在过去，其上绕有光纤的卷筒在套筒的卷绕表面上包括有泡沫材料，以减少作用在光纤上的应力。曾经确定，使用本发明所述的光纤组件缠绕方式，光纤可以缠绕在诸如由聚合材料以及塑性材料制做的比较坚硬类型的表面上。此外，缠绕时需要的张力不必那样低，从而会减少对昂贵的控制设备的需要。
本发明所述的光纤组件卷筒上的套筒，已被描述和/或表示为图柱形。然而应当理解，具有其它结构的卷筒套筒也可以采用，诸如截锥形之类的例子。
权利要求
1.一种缠绕光纤的光纤组件，所述光纤组件包括具有直径至少等于被缠绕其上光纤外径约200倍的缠绕表面，以及缠绕在上述表面周围的多层光纤，每层光纤又包括许多光纤匝，所述光纤组件的特征在于在每一层中，每两个相邻的光纤匝之间是分开的，以使其相邻层中沿着垂直于缠绕表面的平面彼此对正的光纤匝，能够互相啮合；跟在与缠绕表面啮合的最内层光纤之后的每层中，每个光纤匝都在两个具有小间距的位置上，横向越过其紧接前一层的光纤，且使接续层中的那些交迭，在缠绕表面的周围相互错开。
2.如权利要求1所述的光纤组件，其中所述的光纤匝是彼此分开的，以便每层中上述每两个相邻光纤匝对应部分中心之间的距离，等于约在1.70至1.75范围内的某系数与光纤外径的乘积。
3.如权利要求1的光纤组件，其中所述的距离，是使跟在两个最内层之后的每层中，每个内部的光纤匝都同紧接前一层中每两个相邻的光纤匝啮合，并同紧接前一层之前的那层的一个光纤匝啮合。
4.如权利要求1的光纤组件，其中的光纤是缠绕在卷筒上的，该卷筒带有可在两条边缘之间伸展的圆柱形缠绕表面。
5.如权利要求1的光纤组件，其中的光纤是缠绕在卷筒上的，该卷筒仅在套筒的一端有一个边缘，而且邻近该套筒无边缘一端的每一接续层中最外侧的光纤匝，都是从紧接前一层起朝向有边缘的一端成阶梯形的。
6.如权利要求1的光纤组件，其中在每一光纤匝的予定位置处，上述每个光纤匝，都包括在邻近上述予定位置处上述每个光纤匝的两部分轴线之间的偏移。
7.一种构成光纤组件的方法，该方法包括提供具有缠绕表面的卷筒的步骤，此缠绕表面的直径，至少等于被缠绕其上的光纤外径约200倍;并且围绕上述卷筒的外表面，缠绕上多层光纤，所述方法的特征在于每一层都包括许多光纤匝;每层中的每两个相邻的光纤匝都是彼此分开的，以使相邻层中沿着垂直于缠绕表面的平面彼此对正的光纤匝，能够互相啮合;跟在与缠绕表面啮合的最内层光纤之后的每层中，每个光纤匝都在两个具有小间距的位置上，横向越过其紧接前一层的光纤，且使接续层中的那些交迭，在缠绕表面的周围相互错开。
8.如权利要求7的方法，其中所述的光纤匝是彼此分开的，以使上述每两个相邻光纤匝对应部分中心间的距离，等于约在1.70或1.75范围内的某一系数与光纤外径的乘积。
9.如权利要求7的方法，其中所述的距离，是使跟在两个最内层之后的每层中，每个内部的光纤匝都同紧接前一层中每两个相邻的光纤匝啮合，并同紧接前一层之前的那层的一个光纤匝啮合。
10.如权利要求7的方法，其中在每一光纤匝的予定位置处，上述每个光纤匝，都包括在邻近上述予定位置处上述每个光纤匝的两部分轴线之间的偏移。
全文摘要
一种缠绕有光纤的光纤组件，包括其上缠绕许多层的卷筒，每层都由许多光纤匝组成。该缠绕是使接续的光纤匝同其前面的光纤匝分开。其间隔是使第三层以及更远一些的外层上的每根光纤，能同前面缠绕层中的两相邻光纤匝正切，并同下一内侧层的一个光纤匝正切。此外，跟在最内层之后的每层中的每个光纤匝，都在两个较小间距的位置上横向越过其紧接前一层的光纤，且使接续层中的那些交叠在缠绕表面的周围相互错开。可以达到极好的密度、卷绕刚性和稳定性。能够减少缠绕异常。
文档编号G02B6/44GK1073532SQ92114169
公开日1993年6月23日 申请日期1992年12月7日 优先权日1991年12月11日
发明者D·E·弗里茨, 小C·J·利弗, D·E·韦斯特 申请人:美国电话电报公司