ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ Российский патент 1996 года по МПК G02B6/44 G02B6/22 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области оптических волокон и оптических кабелей, и может быть использовано при производстве кабелей связи.

Известны оптические волокна [1] содержащие световод, имеющий сердцевину из прозрачного к оптическому излучению материала и оптическую оболочку с коэффициентом преломления, меньшим коэффициента преломления сердцевины, а также защитную оболочку, которая выполнена из тонкого лакового полимерного покрытия. Это тонкое покрытие обеспечивает в основном герметизацию поверхности световода, за счет которого исключается деградация световода, ухудшение его механических характеристик.

Известны также оптические волокна или модули [1] в которых на световод нанесена первичная буферная оболочка из мягкого силиконового лака и вторичная толстая оболочка из жесткого полимера типа полиамида. Обе оболочки нанесены плотно без зазора. Такое волокно или модуль имеет повышенную механическую прочность, но, как правило, худшие передаточные характеристики, т.к. при наложении толстой полимерной оболочки трудно избежать микроизгибных деформаций. Последние являются причиной возникновения дополнительных потерь в волокне.

C другой стороны, известны оптические модули [2] вышеизложенных конструкций, содержащие волокно, помещенное в толстую полимерную трубку свободно, т. е. без обжатия и с запасом по длине (т.е. длина волокна несколько больше длины самой полимерной трубки). В этом случае полимерная трубка выполняет основную функцию, заключающуюся в защите волокна от внешних поперечных и продольных нагрузок. Тем самым она обеспечивает сохранение прямолинейного и ненапряженного состояния волокна внутри трубки и поэтому сохранение параметров передачи на уровне, достигнутом непосредственно при производстве волокна. При использовании в таком модуле волокон, согласно аналогу, приведенному в [1] удается изготавливать модули с экстремально низкими потерями, которые используются в волоконно-оптических линиях связи и передачи информации. К недостатку такого модуля, а точнее технологии его изготовления следует отнести то, что необходимый запас волокна или его прямолинейное расположение трудно выдержать из-за усадочных явлений полимерной трубки после ее выхода из головки пресса. С другой стороны, наличие гидрофобного материала внутри трубки создает две трудно решаемые проблемы: высокую его морозостойкость и необходимость его совместимости с материалом полимерного покрытия. Отсутствие этих свойств не позволяет создавать надежные морозостойкие оптические кабели связи.

Существенными недостатками известных оптических модулей [2] являются их большие размеры и высокая материалоемкость.

Для модулей [2] общим недостатком является возникновение дополнительных потерь при воздействии повышенных и пониженных температур. Это связано с тем, что в связи с большим коэффициентом линейного удлинения полимерных материалов при воздействии изменения температуры происходит возникновение микроизгибов кварцевых световодов, коэффициент линейного расширения которых много меньше.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению следует считать волоконно-оптический модуль [2] применяемый для изготовления многоволоконных оптических кабелей связи. Такой волоконно-оптический модуль содержит волоконный световод с относительно толстым защитным полимерным покрытием, помещенный в трубчатую защитную оболочку, выполненную из металлической ленты, имеющую продольно расположенный шов, края этой оболочки нелинейно деформированы, а шов после изготовления спаян или сварен, при этом соотношение наружного диаметра световода к внутреннему диаметру металлической трубчатой оболочки более 6/10.

Такой модуль имеет то достоинство, что волокно, имеющее относительно толстое полимерное покрытие, дополнительно защищено от внешних механических воздействий и воздействий влаги.

Указанный недостаток свойственен также прототипу [2] у которого имеет место также большая масса толстой полимерной оболочки (т.к. внутри у него находится модуль по аналогу [1]). К недостатку прототипа также следует отнести относительно большие размеры для современных кварцевых волокон с диаметром по оптической оболочке 125 мкм, диаметр по вторичной полимерной оболочке не будет меньше 600 мкм и поэтому внешний диаметр модуля не будет меньше 800 мкм.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и снижение материалоемкости за счет уменьшения геометрических размеров модуля. При этом сохраняются необходимые высокие технологические качества модуля, под которыми следует понимать способность модуля сохранять параметры передачи волокна при последующих технологических этапах изготовления кабеля, а также стойкость волокна в готовом оптическом кабеле к механическим нагрузкам
изгибу, кручению, поперечному и продольному давлениям, а также климатическим воздействиям. Последний фактор требует от модуля минимальной усадки или растяжения, чтобы не допустить изгиба или микроизгиба волокна при повышении или понижении температуры окружающей среды.

Технический результат предлагаемого изобретения уменьшение размеров, материалоемкости без понижения прочности и надежности оптического модуля, а также повышение стойкости к воздействию повышенной и пониженной температуры окружающей среды в части сохранения параметров передачи на уровне исходного волокна.

Достижение технического результата, согласно п. 1 формулы изобретения, заключается в том, что края защитной оболочки выполнены с плавными недеформированными закруглениями, толщина приблизительно равна радиусу оптического световода, участок касания краев ленты меньше толщины ленты, а промежуток между волоконным световодом и защитной оболочкой заполнен гидрофобным материалом, при этом соотношение наружного диаметра волокна к внутреннему диаметру защитной оболочки менее 0,6.

В предложенном техническом решении защитная оболочка выполнена из тонкой, свернутой в трубку металлической ленты, при этом края ленты, имеющие плавные закругления, прижимаются друг к другу и герметизируют конструкцию. Повышенная упругость конструкции, достигаемая в процессе изготовления модуля при нагортовке материала оболочки, обеспечивает плотное прилегание краев и вместе с гидрофобным заполнением свободного пространства между волокном и защитной оболочкой повышает герметичность. Зазор между внешним диаметром волокна и внутренней поверхностью трубки установлен фиксированным по всей длине такого размера, при котором обеспечивается необходимая свобода волокна при изменении температуры окружающей среды так, что при изгибе волокна, возникающем при сжатии металлической оболочки, приращение затухания не превышает заданного значения.

На фиг. 1 изображен оптический модуль, выполненный согласно выбранному прототипу.

Модуль содержит оптическое волокно 1, состоящее из световода 2 (кварцевого или любого другого), лакового покрытия 3, трубчатой металлической оболочки 4, края 5 которой примыкают друг к другу по всей поверхности.

Модуль, выполненный согласно п. 1 технического решения, изображен на фиг. 2. Трубчатая оболочка 4 у этого модуля выполнена из металлической ленты, скругленные края которой 5 имеют недеформированные приближающиеся к полуокружности закругления. Края оболочки примыкают друг к другу. Внутри модуля расположен гидрофобный материал.

Практический вариант выполнения такого кабеля с волокном, имеющим градиентный профиль показателя преломления и характерные геометрические размеры 125 и 50 мкм и внешним диаметром 250 мкм и толщиной медной ленты 70 мкм, имел диаметр 430-450 мкм. Зазор около 50 мкм. Приращения затухания в таком модуле не наблюдалось в диапазонах температур от +80 до -60^o.

Таким образом, предлагаемое техническое решение оптический модуль по фиг. 2 выгодно отличается от модуля по прототипу фиг. 1, т.к. он имеет малые геометрические размеры и обеспечивает герметичность волокна в поперечном и продольном направлении. При этом геометрические размеры модуля при необходимости могут быть выполнены другими в довольно широком диапазоне от 0,4 до 1,2-1,5 мкм.

Вариант предлагаемого технического решения волоконно-оптический модуль по п. 2 имеет дополнительное металлическое покрытие, толщина которого существенно меньше первичного металлического защитного покрытия. Оно может быть выполнено из олова, никеля или другого материала, например, используя гальваническую технологию. Это покрытие обеспечивает увеличение герметичности.

Вариант предлагаемого технического решения волоконно-оптический модуль согласно п. 3 имеет дополнительное полимерное покрытие из полиэтилена, полихлорвинила или любого другого полимерного материала толщиной 0,10-0,3 мм. Это покрытие обеспечивает дополнительную герметизацию, а также улучшает технологические свойства модуля, обеспечивая его технологичность при скрутке многоволоконных кабелей.

На основании предлагаемого технического решения оптического модуля могут быть выполнены оптические многоволоконные кабели.

Например, возможен вариант выполнения одно- и многоволоконного оптического кабеля, который бы содержал модули по п.п.1 или 2, помещенные внутрь полимерной трубки из полиэтилена или любого другого материала, используемого в кабельной промышленности для защитных оболочек. Кабель содержит заполнение между наружными оболочками модуля и внутренней частью защитной оболочки кабеля из нитей технического стекловолокна или высокопрочных синтетических нитей (СВМ). Это заполнение повышает технологичность изготовления кабеля, т.к. эти нити повышают проскальзывание модулей, за счет чего они свободно располагаются внутри с некоторым зазором. В указанной конструкции имеют место незначительные механические воздействия на оптическое волокно, особенно связанные с изгибом. Защита от растягивающих нагрузок обеспечивается высокопрочными нитями СВМ.

Вариант другого кабеля предполагает скрутку модулей, выполненных по п. 3, вокруг центрального силового элемента и их защиту внешними комбинированными оболочками.

Вариант следующего возможного решения предполагает укладку модулей по п. 1-2 внутри пазов центрального силового элемента, выполненного путем экструдирования на стальной или стеклопластический стержень полимера профильной формы в поперечном сечении.

Повышенная прочность и меньшая чувствительность модулей, выполненных, согласно изобретению, по пп. 1-3, к механическим воздействиям позволяет повысить надежность изготовления многоволоконных оптических кабелей при сохранении параметров передачи на уровне исходных в волокне.

Такие кабели обладают несомненными достоинствами, которые вытекают из результатов сравнительных испытаний базового оптического модуля по п. 1 настоящего решения, и стандартного волокна, из которого он изготовлен. Эти результаты показаны в таблице 1.

Из результатов видно, что миниатюрный модуль, выполненный по п. 1 настоящего технического решения при минимальных размерах, значительно меньше подвержен основным внешним воздействиям.

Предлагаемые технические решения позволяют создавать оптические кабели связи миниатюрной конструкции, защищенные от воздействия основных дестабилизирующих факторов окружающей среды влаги, температуры и механических продольных, поперечных изгибающих нагрузок, в том числе герметичных кабелей, используемых при воздействии больших поперечных нагрузок, например, для подводных кабелей.

Использование: волоконно-оптические линии связи. Сущность изобретения: модуль содержит волоконный световод с защитным полимерным покрытием, помещенный с фиксированным зазором в металлическую трубчатую защитную оболочку, выполненную из ленты, имеющую продольно расположенный шов. Края оболочки выполнены с плавными закруглениями. Толщина ленты соизмерима с радиусом волоконного световода, участок касания краев ленты меньше толщины ленты, а фиксированный зазор между волоконным световодом и защитной оболочкой заполнен гидрофобным материалом. Поверх защитной оболочки выполнено дополнительное металлическое покрытие, в том числе и над линией касания краев ленты, толщина этого покрытия меньше толщины основной металлической оболочки. Сверху дополнительного металлического покрытия нанесено полимерное покрытие толщиной 0,1-0,3 мм. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. 2 табл.

1. Волоконно-оптический модуль, содержащий волоконный световод с защитным полимерным покрытием, помещенный с фиксированным зазором в металлическую трубчатую защитную оболочку, выполненную из ленты, имеющую продольно расположенный шов, отличающийся тем, что края оболочки выполнены с плавными закруглениями, при этом толщина ленты соизмерима с радиусом волоконного световода, участок касания краев ленты меньше толщины ленты, а фиксированный зазор между волоконным световодом и защитной оболочкой заполнен гидрофобным материалом. 2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что поверх защитной оболочки выполнено дополнительное металлическое покрытие, в том числе и над линией касания краев ленты, при этом толщина этого покрытия меньше толщины основной металлической оболочки. 3. Модуль по п.2, отличающийся тем, что сверху дополнительного металлического покрытия нанесено полимерное покрытие толщиной 0,1 0,3 мм.