FR2584200A1 - Fibre-optic cable and its manufacturing process - Google Patents
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Abstract
CABLE A FIBRES OPTIQUES COMPRENANT UN FILAMENT DE RESISTANCE A LA TRACTION20, PLUSIEURS FIBRES OPTIQUES21 ENTOURANT A DISTANCE LE FILAMENT DE RESISTANCE A LA TRACTION20, CHACUNE DE CES FIBRES AYANT UN REVETEMENT EXTERIEUR ET LES FIBRES ETANT ESPACEES LES UNES DES AUTRES, AINSI QU'UN CORPS EXTRUDE EN MATIERE PLASTIQUE DANS LEQUEL LEDIT FILAMENT DE RESISTANCE A LA TRACTION ET LESDITES FIBRES OPTIQUES SONT NOYES, POUR PROTEGER LES FIBRES ET CONSTITUER UN FAISCEAU DE FIBRES.OPTICAL FIBER CABLE INCLUDING A TENSILE STRENGTH FILAMENT20, SEVERAL OPTICAL FIBERS21 SURROUNDING THE TENSILE STRENGTH FILAMENT AT A DISTANCE20, EACH OF THESE FIBERS HAVING AN EXTERNAL COATING AND THE FIBERS BEING SPACED THROUGH ONE OF THE OTHERS, EXTRUDED IN PLASTIC MATERIAL IN WHICH THESE TENSILE STRENGTH FILAMENT AND THE SAID OPTICAL FIBERS ARE FLOODED, TO PROTECT THE FIBERS AND CONSTITUTE A FIBER BEAM.
Description
La présente invention concerne les câbles a fibres optiques. The present invention relates to optical fiber cables.
Les cables a fibres optiques sont couramment fabriqués, en particulier pour les liaisons de télécommunications sous-marines, et la figure t représente une vue en coupe d'un tel câble. Celui-ci comprend un faisceau de fibres optiques A contenu librement dans un conduit D d'un tube de renforcement forme par une section
E, initialement en C, puis refermée, entourée de fils d'acier a haute résistance G, éventuellement entourés d'une bande de cuivre H hermétiquement scellée en G1.Une couche diélectrique en polyéthylène J est extrudée autour de la couche de fils G et, pour les eaux peu profondes, elle est recouverte par une armure 5 elle n'est pas nécessaire pour les grand fonds. I1 pet y avoir deux couches de fils G et le tube E est de préférence hermétiquement scellé par soudage.Fiber optic cables are commonly manufactured, in particular for underwater telecommunications links, and Figure t shows a sectional view of such a cable. This includes a bundle of optical fibers A freely contained in a conduit D of a reinforcement tube formed by a section
E, initially at C, then closed, surrounded by high-strength steel wires G, possibly surrounded by a copper strip H hermetically sealed at G1. A dielectric layer of polyethylene J is extruded around the layer of wires G and , for shallow waters, it is covered by an armor 5 it is not necessary for deep sea. There can be two layers of wire G and the tube E is preferably hermetically sealed by welding.
Le faisceau de fibres optiques 4 comprend plusieurs fibres optiques B ayant des revetements primaire et secondaire, qui sont disposées autour d'un jonc AI revit de matière plastique et sont maintenues ensemble par une nappe de fibres C (par exemple en "KEVLAR
Un tel cible est coûteux pour le nombre de fibres qu'il contient, puisque, dans une version fabriquée actuellement, il ne comprend que huit fibres optiques.The bundle of optical fibers 4 comprises several optical fibers B having primary and secondary coatings, which are arranged around a rod AI revit of plastic material and are held together by a sheet of fibers C (for example in "KEVLAR
Such a target is costly for the number of fibers it contains, since, in a version currently produced, it only comprises eight optical fibers.
Avec la possibilité de liaisons sans répéteurs, toute contrainte sur le nombre de fibres imposée par les répéteurs disparate et il serait plus économique d'avoir dans un tel câble un plus grand nombre de fibres.With the possibility of connections without repeaters, any constraint on the number of fibers imposed by the repeaters is disparate and it would be more economical to have a greater number of fibers in such a cable.
Les fibres connues a revêtement d'acrylate sont maintenant disponibles ; elles ont un diamètre plus faible que les fibres équivalentes a revêtement secondaire et il était intéressant de les utiliser pour constituer le faisceau de fibres du câble connu. Plusieurs essais différents ont d'abord été infructueux.Par exemple, plusieurs fibres a gaine acrylate ont été liées directement à un jonc en acier a haute résistance revêtu de cuivre, de 0,7 mm de diamètre, en utilisant une nappe en KEVLAR, mais 1 'atténuation des fibres au-dessus de la fenêtre des 1300 nm était excessive, en raison principalement des microcourbures. On a donc augmenté l'indépendance des fibres par rapport au jonc en essayant un jonc gainé de matière plastique (jonc de 0,5 mm gainé a 0,7 mm), ce qui n'a pas apporté beaucoup d'amélioration, puis en essayant un jonc de 0,2 mm de diamètre gainé de matière plastique plus tendre à 0,7 mm, mais toujours avec des pertes par microcourbures inacceptables, particulièrement au-dessus de la fenêtre des 1300 nm, notamment à 155 nm. Known fibers coated with acrylate are now available; they have a smaller diameter than the equivalent fibers with secondary coating and it was advantageous to use them to constitute the bundle of fibers of the known cable. Several different tests were initially unsuccessful. For example, several acrylate-sheathed fibers were directly linked to a high-strength steel rod coated with copper, 0.7 mm in diameter, using a KEVLAR sheet, but The attenuation of the fibers above the 1300 nm window was excessive, mainly due to microbending. We therefore increased the independence of the fibers from the rod by trying a rod sheathed in plastic (0.5 mm rod sheathed in 0.7 mm), which did not bring much improvement, then by trying a 0.2 mm diameter rod sheathed with softer plastic material at 0.7 mm, but still with unacceptable microbending losses, particularly above the 1300 nm window, in particular at 155 nm.
D'autres structures de faisceaux ont alors été considérées. Par exemple, le brevet anglais nO 213635osa décrit une me de câble sous-marin de télécommunications dans laquelle un élément de renforcement central est chauffe, puis une première couche d'élastomère est extrudée sur 1 'élément de renforcement chauffé. Ensuite, des fibres optiques sont disposées selon un trajet hélicoidal sur la première couche d'élastomère avec n mouvement planétaire. Une seconde couche d'élastomère est alors extrudée sur les fibres et se fond avec la première. Other beam structures were then considered. For example, English Patent No. 213635osa describes a core of submarine telecommunications cable in which a central reinforcing element is heated, then a first layer of elastomer is extruded on the heated reinforcing element. Then, optical fibers are arranged in a helical path on the first layer of elastomer with n planetary movement. A second layer of elastomer is then extruded on the fibers and merges with the first.
Une armure de protection est encore extrudée autour de la seconde couche. On considère que cela réduit les pertes par microcourbures résultant de la pression au fond de la mer. Toutefois, ce procédé de fabrication est compliqué et coOteux et on considère que les pertes par microcourbures, particulièrement durant le stockage, resteront encore significatives aux longueurs d'ondes élevées mentionnées plus haut.Protective armor is still extruded around the second layer. It is considered that this reduces the micro-curvature losses resulting from the pressure at the bottom of the sea. However, this manufacturing process is complicated and costly and it is considered that the micro-curvature losses, particularly during storage, will still remain significant at lengths. high waves mentioned above.
La présente invention a donc pour objet de proposer une structure de faisceau techniquement efficace, particulièrement, bien que non exclusivement, pour les cibles sous-marins, qui soit en méme temps économique. The present invention therefore aims to provide a technically efficient beam structure, particularly, although not exclusively, for underwater targets, which is at the same time economical.
Selon la présente invention, il est prévu un faisceau de fibres optiques comprenant un filament de résistance à la traction et plusieurs fibres optiques gainées, tous mutuellement espacés les uns des autres et noyés dans une matière plastique qui a été extrudée directement en contact avec le filament et les fibres optiques. According to the present invention, there is provided a bundle of optical fibers comprising a tensile strength filament and several sheathed optical fibers, all mutually spaced from each other and embedded in a plastic material which has been extruded directly in contact with the filament. and optical fibers.
Selon un autre aspect de la présente invention, il est prévu un procédé de fabrication de faisceau de fibres optiques consistant à entratner plusieurs fibres optiques gainées et un filament de résistance a la traction a travers une tête d'extrusion, cette tête comportant une point d'extrusion au niveau de laquelle les fibres et le filament sont supportés de manière à rester mutuellement espacés les uns des autres dans des conduits prévus respectivement dans cette pointe, et a extruder une matière plastique à bas point de fusion directement au contact du filament de résistance a la traction et des gaines des fibres. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical fiber bundle consisting of entraining several sheathed optical fibers and a tensile strength filament through an extrusion head, this head comprising a point of extrusion at which the fibers and the filament are supported so as to remain mutually spaced from each other in conduits provided respectively in this point, and to extrude a plastic material with a low melting point directly in contact with the resistance filament tensile and fiber sheaths.
De façon surprenante, on a PLI obtenir un écartement mutuel satisfaisant des fibres dans le faisceau, en dépit de la pression élevée dans la tête d'extrusion. On pensait que la pression endommagerait les fibres et affecterait gravement l'espacement circulaire, mais ce ne fut pas le cas. Surprisingly, PLI was obtained to obtain a satisfactory mutual spacing of the fibers in the bundle, despite the high pressure in the extrusion head. It was thought that the pressure would damage the fibers and seriously affect the circular spacing, but this was not the case.
Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite a titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent i
- la figure 1, une vue en coupe d'un câble sous- marin connu;
- la figure 2, une photographie d'une coupe d'un faisceau de fibres optiques réalisé conformément a un exemple de mise en oeuvre de l'invention,
- la figure 3, une vue en coupe axiale de la tête d'extrusion ayant servi a fabriquer le faisceau de fibres optiques de la figure 2,
- la figure 4, une vue de bout de la pièce de la figure 3.The various objects and characteristics of the invention will now be detailed in the description which follows, given by way of nonlimiting example, with reference to the appended figures which represent i
- Figure 1, a sectional view of a known submarine cable;
FIG. 2, a photograph of a section through a bundle of optical fibers produced in accordance with an exemplary implementation of the invention,
FIG. 3, an axial sectional view of the extrusion head used to manufacture the bundle of optical fibers of FIG. 2,
- Figure 4, an end view of the part of Figure 3.
La description de la figure 1 a été donnée prècédem < ent. The description of Figure 1 has been given above.
La figure 2 est une vue en coupe d'un faisceau de fibres optiques convenant particulièrement, mais non pas exclusivement, au remplacement du faisceau de fibres inclus dans le câble de la figure 1. Ce faisceau pourrait toutefois entre utilisé dans d'autres applications a tube lâche, par exemple dans une installation de câble a fibres optiques a conduit soufflé ou dans un câble terrestre a tube ltche. En se référant a la figure 2, le faisceau contient un jonc ou filament central 20 entouré par plusieurs (12, dans la réalisation con6idérée) fibres optiques a gaine d'acrylate telles que 21, disposées selon un cercle, le tout étant noyé dans une matière plastique extrudée 22.La matière plastique extrudée est tendre par rapport a la gaine primaire d'acrylate des fibres et possède un point de fusion plus bas que celui de cette gaine. Dans l'exemple décrit, la matière plastique extrudée est un polymère thermoplastique vendu sous la désignation commerciale "Hytrel 4fJD". Elle a une dureté
SHORE D de 40. Une autre matière plastique pourrait convenir a la condition que sa dureté SHORE ne dépasse pas 55 et que son point de fusion soit au plus d'environ 200 C. Des fibres a gaine secondaire pourraient également entre employées.FIG. 2 is a sectional view of a bundle of optical fibers which is particularly, but not exclusively, suitable for replacing the bundle of fibers included in the cable of FIG. 1. This bundle could however be used in other applications a loose tube, for example in a fiber optic cable installation with blown conduit or in a loose tube terrestrial cable. Referring to FIG. 2, the bundle contains a central rod or filament 20 surrounded by several (12, in the considered embodiment) optical fibers with acrylate sheath such as 21, arranged in a circle, the whole being embedded in a 22 extruded plastic material. The extruded plastic material is soft relative to the primary acrylate sheath of the fibers and has a lower melting point than that of this sheath. In the example described, the extruded plastic is a thermoplastic polymer sold under the trade designation "Hytrel 4fJD". It has a hardness
SHORE D of 40. Another plastic material could be suitable provided that its SHORE hardness does not exceed 55 and that its melting point is at most around 200 C. Fibers with secondary sheath could also be used.
Des températures d 'extrusion supérieures a 200C tendent a provoquer un dégazage des gaines de fibres et du jonc tel que de petites bulles de gaz restent emprisonnées dans la matière extrudée, ce qui tend a augmenter les pertes par microcourbures. Extrusion temperatures higher than 200C tend to degas the fiber sheaths and the rod such that small gas bubbles remain trapped in the extruded material, which tends to increase losses by microbending.
Une autre importante caractéristique de la présente invention est que les fibres optiques ne sont pas disposées de la façon classique, comme dans le faisceau de la figure 1 et dans l'âme du câble de la demande de brevet anglais n" 2136350A, mais qu'elles sont disposées exactement parallèlement à l'axe central du faisceau, c'est-a-dire avec un angle d'enroulement de 00. On a pu constater que cette caractéristique est relativement critique en ce qui concerne la réduction des pertes par microcourbures. L'outillage permettant d'atteindre ce résultat en même temps qu un espacement très précis respectant des tolérances serrées lors de l'extrusion est représenté par les figures 3 et 4. Another important characteristic of the present invention is that the optical fibers are not arranged in the conventional manner, as in the bundle of FIG. 1 and in the core of the cable of the English patent application No. 2136350A, but that they are arranged exactly parallel to the central axis of the beam, that is to say with a winding angle of 00. It has been observed that this characteristic is relatively critical with regard to the reduction of losses by micro-bends. The tools allowing this result to be achieved at the same time as a very precise spacing respecting tight tolerances during extrusion is shown in FIGS. 3 and 4.
En se reportant a la figure 3, la tête d'extrusion comprend une pointe d'extrusion 30 (partiellement représentée en coupe axiale) d'environ 7 cm et d'au moins 4 cm de long comportant un conduit central 31 (fig.4) pour le jonc central 20 et 12 conduits parallèles 32 autour du conduit central 30 pour supporter les 12 fibres optiques 21 entrant du cote droit. Referring to Figure 3, the extrusion head comprises an extrusion tip 30 (partially shown in axial section) of about 7 cm and at least 4 cm long having a central duct 31 (fig.4 ) for the central rod 20 and 12 parallel conduits 32 around the central conduit 30 to support the 12 optical fibers 21 entering from the right side.
La pointe d'extrusion est représentée en vue de bout a la figure 4. Elle est fixée dans une monture de pointe d'extrusion 33 (représentée en traits pleins qui est elle-meme fixée dans une tête transversale d'extrusion 35 (représentée en coupe axiale). Une filière d'extrusion 36 (représentée en coupe axiale) définit le diamètre extérieur d du faisceau de cible 22, tandis que l'intervalle longitudinal entre la filière 36 et l'extrémité adjacente 30A de la pointe détermine la pression avec laquelle est appliqué le matériau thermoplastique.Cet intervalle est ajustable en déplaçant la pointe d'extrusion 3 par rapport à la monture de pointe d'extrusion 33, par vissage ou dévissage, la monture étant filetée intérieurement du coté droit 33A de on perçage intérieur. The extrusion tip is shown in end view in FIG. 4. It is fixed in an extrusion tip mount 33 (shown in solid lines which is itself fixed in a transverse extrusion head 35 (shown in An extrusion die 36 (shown in axial section) defines the outside diameter d of the target beam 22, while the longitudinal interval between the die 36 and the adjacent end 30A of the tip determines the pressure with which is applied the thermoplastic material. This interval is adjustable by moving the extrusion tip 3 relative to the extrusion tip frame 33, by screwing or unscrewing, the frame being internally threaded on the right side 33A of internal drilling.
La monture 33 a une forme profilée définissant des passages d'extrusion 38, 39 entre la monture 33 et l'orifice 34 et une zone d'entrée 40 od le matériau d'extrusion est injecté par un trou 41 (indiqué en traits interrompus) dans le bloc 35. Ce profil produit une pression hydrostatique égale autour des fibres émergeant dans la chambre d'extrusion 41 et mouille les surfaces des fibres 21 et du jonc central 20. The frame 33 has a profiled shape defining extrusion passages 38, 39 between the frame 33 and the orifice 34 and an inlet area 40 od the extrusion material is injected through a hole 41 (indicated in dashed lines) in block 35. This profile produces an equal hydrostatic pressure around the fibers emerging in the extrusion chamber 41 and wets the surfaces of the fibers 21 and of the central rod 20.
La pression d'extrusion est de 105 o 210 kg/cm et la vitesse d'extrusion est d'au moins 15 m/mn. Les fibres sont tirées a travers la tête d'extrusion sous une tension d'au plus 50 g par fibre, quoique cette tension pourrait dans d'autres cas se situer dans la gamme de 30 a 100 g. The extrusion pressure is 105 or 210 kg / cm and the extrusion speed is at least 15 m / min. The fibers are drawn through the extrusion head under a tension of at most 50 g per fiber, although this tension could in other cases be in the range of 30 to 100 g.
Comme indiqué précédemment, le mode de réalisation préféré comprend 12 fibres optiques a gaine d'acrylate ayant un diamètre extérieur d'environ 0,25 mm et un seul jonc de renforcement central en fil d'acier a haute résistance ayant un diamètre extérieur de 0,7 mm. Le diamètre extérieur total du faisceau est d'environ 3,6 mm. As indicated above, the preferred embodiment comprises 12 acrylate-sheathed optical fibers having an outside diameter of approximately 0.25 mm and a single central reinforcing rod made of high-strength steel wire having an outside diameter of 0 , 7 mm. The total outside diameter of the beam is approximately 3.6 mm.
Il pourrait y avoir plus ou moins de 12 libres. De plus, certaines des fibres pourraient être remplacées par d'autres éléments de renforcement, tels que des filaments plastiques a haute résistance, en KEVLAR par exemple, selon l'utilisation prévue du faisceau.There could be more or less than 12 free. In addition, some of the fibers could be replaced by other reinforcing elements, such as high-strength plastic filaments, in KEVLAR for example, depending on the intended use of the bundle.
I1 serait également possible de remplacer le faisceau de la figure 1 par deux ou plusieurs faisceaux, chacun selon la figure 2, modifiés ou non comme indiqué précédemment. Un avantage du faisceau représenté a la figure 2 est que sa surface dure et lisse, comparée a celle du faisceau lié de la figure 1, n'est pas pincée par les bords de la section en C, lorsqu'elle est refermée, au cours de la fabrication. I1 would also be possible to replace the beam of Figure 1 by two or more beams, each according to Figure 2, modified or not as indicated above. An advantage of the bundle shown in FIG. 2 is that its hard and smooth surface, compared to that of the linked bundle of FIG. 1, is not pinched by the edges of the section in C, when it is closed, during of manufacturing.
I1 est bien évident que les descriptions qui précèdent n'ont été données qu'a titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent etre envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. It is obvious that the above descriptions have been given only by way of nonlimiting example and that numerous variants can be envisaged without thereby departing from the scope of the invention.
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