CN100383511C - 测试光纤的方法 - Google Patents

Abstract

一种测试光纤的方法包括：提供至少两根光纤；在至少两根光纤的第一端上发送光；测量至少两根光纤中的每根光纤的光传输时间；确定至少两根光纤在光传输时间上的差；确定在光传输时间上的差是否高于预定值。

Description

测试光纤的方法

技术领域

一般地说本发明涉及一种光纤，更具体地说涉及一种光纤中的时滞的测试。

背景技术

通常使用通过电缆、纤维光缆、射频传输等以数字形式传输相关的信息的计算机处理数据比如语音数据、图像数据等。对数字传输的信息的需求的增加促进了光纤领域的研究。数字数据在光纤中的吞吐量取决于信号的速度、使用不同的波长(即带宽)同时传输的信号的数量和单个信号的频率。由于光纤使用光脉冲来形成数字信号，因此信号速度已经是最大(即光速)。虽然通过单根光纤同时传输具有不同波长的多个信号是可能的，但是当前能够发送这种信号的光发射器的高成本使这种方法不经济。因此，在光纤中的数字数据的吞吐量由于增加单个信号的频率已经增加了。

然而，随着信号频率的增加，由在纤维光缆中的时滞引起的错误已经成为问题。在包括至少两根光纤的纤维光缆中，在单光纤之间的光传输时间的差异(也称为时滞)可能发生。对于具有足够快的处理速度的计算机来说，时滞可能导致在所发射的数字数据的解释方面产生错误。

在一种防止在纤维光缆中产生过大的时滞的尝试中，一般选择具有所需的光传输时间的单光纤并将适当的光纤捆绑在一起以形成纤维光缆。不幸的是，这种形成纤维光缆的方法在将单光纤组装成纤维光缆的过程中具有可能将时滞引入纤维光缆的缺陷。因此，即使在以具有可接收的光传输时间的单光纤开始时，所得的纤维光缆仍然可能具有过大的时滞，即可能形成具有在它们的各自的光传输时间方面具有较大的差异的光纤。另一缺陷是，在组装纤维光缆之前必须选择用于单纤维光缆的每根单光纤，由此导致了制造效率低。

所需要的但常规技术所不能提供的是在制造纤维光缆时允许更高的制造效率的一种测试和调节纤维光缆或者光纤组的时滞的方法。

发明内容

概括地说，本发明的一个实施例涉及一种测试光纤的方法。该方法包括：提供至少两根光纤；在至少两根光纤的第一端上发送光；测量至少两根光纤中的每根光纤的光传输时间；确定至少两根光纤在光传输时间上的差；确定在光传输时间上的差是否高于预定值；和如果在光传输时间上的差高于预定值，则调节形成至少两根光纤中的至少一根光纤的光学材料的量以减小在光传输时间上的差。

本发明的另一实施例涉及测试纤维光缆的方法。该方法包括：提供具有第一和第二端的纤维光缆，该纤维光缆包括至少两根光纤；在纤维光缆的第一端上发送光；测量光通过纤维光缆的至少两根光纤中的每根光纤的光传输时间；确定纤维光缆的至少两根光纤在光传输时间上的差；和确定在光传输时间上的差是否高于预定值。

附图说明

通过结合附图阅读前文的概述以及下文对本发明的优选实施例的详细描述，将会更好地理解它们。为了说明本发明目的，在附图中示出了当前优选的实施例。然而，应该理解的是本发明并不限于所示的具体的结构和手段。在附图中：

附图1所示为根据本发明的优选实施例测试至少两根光纤的系统的示意图；

附图2所示为连接到附图1的一根光纤的光纤段的侧视图；

附图3所示为附图1的一根光纤的侧视图，它示出了要从该光纤中去除的光纤段的长度；

附图4所示为根据本发明测试至少两根光纤的方法的流程图；

附图5所示为根据本发明测试纤维光缆的方法的流程图。

具体实施方式

详细地参考附图1-5，其中相似的标号在全部附图中表示相似的元件，它示出了测试光纤或光缆的系统，以1总体表示。一般地说，本发明涉及检测时滞，以及如果合适的话消除在单纤维光缆或应用系统中使用的光纤10的光传输时间中的至少某些差异。通过减小在光传输时间中的差异，能够减小或消除在通过高速计算机处理器进行数字信息的处理中的错误。

附图1示出了测试光纤10或光缆28的优选系统。优选的是光信号发生器12光学地连接到处于测试的第一光纤10的第一端22并且光学检测器14光学地连接到光纤10的第二端24。在测量通过正在测试的光纤10的光传输时间之后，光信号发生器12和光学检测器14切换到下一光纤10。如果需要的话，将多个光信号发生器12和光学检测器14连接到光纤10上以允许同时测量光传输时间。在本发明中使用的优选的光信号发生器是能够提供多于20*10^-12秒的上升时间的任何脉冲发生器。本发明所使用的优选的光学检测器是具有与该脉冲光学发生器的上升时间相匹配的上升时间的高速光学接收器。光信号发生器12和光学检测器14优选由控制系统16控制和操作。优选的是控制系统16是具有大于20*10⁹赫兹的带宽和小于20*10^-12秒的上升时间的数字采样示波器。本领域的普通技术人员从这里公开的内容中会理解到其它适合的光信号发生器12、光学检测器14和控制系统16也可以使用而不脱离本发明的范围。

根据本发明测试至少两根光纤10的方法包括提供至少两根光纤10。光纤10优选由具有10-60微米的直径的细的柔性单纤维形成。光纤10的内部(未示)优选由高折射率的光学玻璃组成并被具有较低的折射率的玻璃护层(未示)包围。使用拉制过程或者通过形成光纤10的任何其它公知的过程都可以形成在本发明中的光纤10。

参考附图4，根据本发明测试光纤10的方法包括在至少两根光纤10的第一端22上传输光的步骤。可取的是，传输光的步骤包括传输具有预定波长的光。也是可取的是，传输光的步骤包括将光信号发生器12光学地连接到至少两根光纤10的第一端22的步骤。

根据本发明光纤的测试包括测量至少两根光纤10中的每根光纤的光传输时间的步骤。每根光纤10的光传输时间是光信号通过相应的光纤10的长度所需的时间量。光传输时间的精确测量优选通过控制系统16执行，该控制系统16启动并检测光信号发生器12和光学检测器14。优选的是测试光纤10的方法包括将光学检测器14光学地连接到至少两根光纤10的第二端24。可替换的是，光传输时间的测量通过将每根光纤10的第二端24连接到光学检测器14来执行，这也不脱离本发明的范围。

根据本发明光纤10的测试包括确定光纤10在光传输时间上的差。光传输时间差可通过将至少两根光纤10的最短的光传输时间从最长的光传输时间中减去获得。

根据本发明的光纤10的测试也包括确定光传输时间差是否高于预定值。特定的光纤10的具体的预定值取决于将要使用的光纤10的应用。例如，在光纤10与具有相对较慢的处理器速度的计算机系统一起使用时，可以容允更大的光传输时间差而不会在接收数据方面产生错误。然而，在光纤10与具有相对较快的处理器速度的计算机系统一起使用时，减小光传输时间差将有利于减小数字处理错误。本发明的方法提供了形成具有减小的时滞量(即相关光纤10的光传输时间差更小)的纤维光缆28或光纤组10的更加有效且经济的方法。

如果光传输时间的差高于预定值，则根据本发明的光纤10的测试包括调节形成至少一根光纤10的光学材料的量以减小光传输时间的差的步骤。光传输时间差可以通过增加在具有最快的光传输时间的光纤10中的光学材料的量来减小。这就将在一般应用中使用的光纤10的光传输速度减小到更加接近最慢的光传输光纤10的光传输速度。可替换的是，光传输时间的差可以通过从具有最长的传输时间的光纤10中去除光学材料来减小。为了去除纤维光学材料，预定长度的光纤段20从所调节的光纤10中去除。这就缩短了具有更快的光传输时间的光纤并使在一般应用中使用的光纤10的光传输速度更加接近具有最快的光传输时间的光纤10的光传输速度。

参考附图2，优选的是限据本发明光纤10的测试包括确定至少两根光纤10中要增加到与具有最长的光传输时间的光纤10相比具有相对更短的光传输时间的一根光纤中的光纤段18的长度的步骤。确定光纤段18的长度的步骤优选包括选择具有与被调节的光纤10具有相同的折射率(对于纤芯和敷层而言)并具有由下式所确定的长度的光纤段18：

X＝(L/TT)·ΔT

在上式中，“X”代表要增加到被调节的光纤10中的光纤段18的长度。“L”代表被调节的光纤10的长度。“TT”代表被调节的光纤10的光传输时间。“ΔT”代表在被调节的光纤10和具有最长的光传输时间的光纤10的光传输时间之间的时间差。因此，如果增加具有由上式所确定的长度的光纤段18，就补偿了在光纤10中的时滞。在使用本发明的方法测试和减小在光纤10中的时滞方面的简易化允许在测试光纤10它们相应的传输时间之前对光纤10为特定的应用对它们进行分组。在确定了分组的光纤10的相应的传输时间之后，可以根据需要增加光学材料。这极大地改善了形成纤维光缆28或成组的光纤10的制造效率。

可替换的是，在执行本发明的方法时，可使用折射率不同于被调节的光纤10的折射率的光纤段18调节光学材料的量。有利的是在为特定的应用而需要使用更短的光纤段18时，可增加具有不同的折射率的光纤段18。在将具有不同的折射率的光纤段18增加到被调节的光纤10中时，优选在被调节的光纤10和光纤段18之间设置抗反射涂层26。抗反射涂层26减小了在光纤10和具有不同于光纤10的折射率的光纤段18之间的过渡段上的反射光。

可取的是，通过下式确定折射率与将要被增加的光纤10不同的光纤段10的长度：

X＝c·n₂·ΔT。

在上式中，“X”代表要增加到正被调节的光纤10中的光纤段18的长度。“n₂”代表光纤段的分组折射率。“ΔT”代表在被调节的光纤10和具有最长的传输时间的光纤10的光传输时间之间的时间差。“c”代表在真空中的光速。

本发明的方法包括选择量L₂/TT₂已知的光纤段18。在选择量L₂/TT₂已知的光纤段18时，优选通过下式确定光纤段18的长度：

X＝(L₂/TT₂)·ΔT

在上式中，“X”代表要增加的光纤段18的长度。L₂是在测量光纤以确定量L₂/TT₂时光纤的长度(从其中切割下光纤段18)。“TT₂”代表在测量光纤10以确定量L₂/TT₂时光纤的光传输时间(从其中切割下光纤段18)。“ΔT”代表在被调节的光纤10和具有最长的传输时间的光纤10的光传输时间之间的时间差。

为减小用于特定的应用的至少一根光纤10的总的光传输时间，本发明的方法可以包括确定从与具有最短的光传输时间的光纤10相比具有相对更长的光传输时间的光纤10中要去除的光纤10长度的步骤。可取的是由下式确定从被调节的光纤10中去除的光纤20的长度：

X_R＝(L/TT)·ΔT₂

在上式中，“X_R”是从一根光纤10中要去除的光纤10的长度20。“L”是被调节的光纤10的长度。“TT”是被调节的光纤10的光传输时间。“ΔT₂”是在被调节的光纤10和具有最短的传输时间的光纤10的光传输时间之间的时间差。

参考附图5，测试光纤10的第二优选方法优选在已经将光纤10组装成纤维光缆28之后测试光纤10。这防止了在已经测试了光纤10之后由于纤维光缆28的组装而将时滞引入。本发明的第二优选方法包括：提供包括至少两根光纤10的纤维光缆28；在纤维光缆28的第一端传输光；测量每根光纤10的光传输时间；确定纤维光缆28的光纤10在光传输时间上的差；和确定在光传输时间上的差是否高于预定值。与本发明的第一优选方法相反，调节在至少一根光纤10中的光学材料量的步骤不必是测试纤维光缆28的方法的一部分。在确定光传输时间的差低于或等于预定值时，纤维光缆28已准备好用于所需的应用场合。如果光传输时间的差指示不可接收的时滞量时，以与上文结合第一优选方法描述的方式相同的方式调节光学材料量。

参考附图4，下面是根据本发明测试光纤10的优选方法。在步骤S 1中，提供至少两根光纤10。在步骤S2中，使光通过光纤10。在步骤S3中测量在每根光纤10中的光传输时间。在步骤S4中将光传输时间的差与预定的最大时滞值进行比较，以确定在最快的光传输时间和最慢的光传输时间之间的差是否高于预定值。如果光传输时间的差不高于特定的应用中的预定值，则光纤10已准备好被使用。如果光传输时间的差高于预定值，则在步骤S5中调节至少一根光纤10的光学材料量以减小光传输时间的差。如上文详细所述，从该至少一根光纤10中去除光纤段或将附加的光纤段18增加到一根光纤10中以减小光传输时间的差。

参考附图1-3和5，下文是根据本发明的纤维光缆28的优选方法。在步骤S10中，提供包括至少两根光纤10的纤维光缆28。在步骤S11中，使光通过光纤10传输。在步骤S12中，测量每根光纤10的光传输时间。在步骤S13中，将光传输时间的差与预定值比较以确定该差值是否超过在特定应用下预定的最大时滞值。如果光传输时间的差不高于预定值，则该纤维光缆28已准备好被使用。如果光传输时间的差高于预定值，则纤维光缆可能还不能用于所需的应用。

本领域普通技术人员会认识到，在不脱离本发明的创造性原理的前提下可以对本发明的上述实施例进行改变。因此，应该理解的是本发明不限于所公开的特定的实施例，而是希望覆盖在由附加的权利要求所界定的本发明的精神和范围内的所有的改进。

Claims (22)

1.一种测试光纤的方法，该方法包括：

提供至少两根光纤；

在至少两根光纤的第一端上发送光；

测量至少两根光纤中的每根光纤的光传输时间；

确定至少两根光纤中在光传输时间上的差；

确定在光传输时间上的差是否高于预定值；和

如果在光传输时间上的差高于预定值，则调节形成至少两根光纤中的至少一根光纤的光学材料的量以减小在光传输时间上的差；

其中，所述调节光学材料量的步骤包括：确定要增加到至少两根光纤中与具有最长的光传输时间的一根光纤相比具有相对更短的光传输时间的另一根光纤的光纤段的长度；并且

所述确定光纤段的长度的步骤包括：选择与至少两根光纤中被调节的一根光纤具有相同的总折射率并具有由X＝(L/TT)·ΔT所确定的长度的光纤段，其中：

X是要增加到正被调节的至少两根光纤中的一根光纤的光纤段的长度；

L是正被调节的至少两根光纤中的一根光纤的长度；

TT是正被调节的至少两根光纤中一根光纤的光传输时间；和

ΔT是至少两根光纤中被调节的一根光纤和具有最长的光传输时间的另一根光纤的光传输时间之间的时间差。

2.权利要求1所述的方法，进一步包括将至少两根光纤组装成一根纤维光缆。

3.权利要求1所述的方法，其中传输光的步骤包括传输具有预定的波长的光。

4.权利要求1所述的方法，进一步包括将光信号发生器光学地连接到至少两根光纤的第一端。

5.权利要求1所述的方法，进一步包括将光学检测器光学地连接到至少两根光纤的第二端。

6.权利要求1所述的方法，进一步包括将至少两根光纤中的每根光纤的第二端光学地连接到光学检测器。

7.权利要求1所述的方法，其中调节光学材料量的步骤包括选择折射率不同于至少两根光纤中被调节的至少一根光纤的折射率的光纤段的材料。

8.权利要求7所述的方法，其中要增加到至少两根光纤中的一根光纤的光纤段的长度由X＝c·n₂·ΔT确定，其中：

X是要增加到正被调节的至少两根光纤中的一根光纤的光纤段的长度；

c是在真空中的光速；

n₂是光纤段的分组折射率；

ΔT是至少两根光纤中在被调节的一根光纤和具有最长的传输时间的另一根光纤的光传输时间之间的时间差。

9.权利要求7所述的方法，进一步包括，在使用具有与用于确定至少两根光纤的光传输时间的特性相同的特性的光进行测量时，选择量L₂/TT₂已知的光纤段以使要增加到至少两根光纤中正被调节的一根光纤上的光纤段的长度由X＝(L₂/TT₂)·ΔT确定，其中：

X是光纤段的长度；

L₂是在测量光纤段以确定量L₂/TT₂时光纤段的长度；

TT₂是在测量光纤段以确定量L₂/TT₂时光纤段的光传输时间；

ΔT是在被调节的至少两根光纤中的一根光纤和具有最长的传输时间的至少两根光纤中的另一根光纤的光传输时间之间的时间差。

10.权利要求7所述的方法，其中调节光学材料的量的步骤包括将抗反射涂层设置在正被调节的至少两根光纤中的一根光纤和光纤段之间。

11.权利要求1所述的方法，其中调节光学材料的量的步骤包括确定从至少两根光纤中与具有最短的光传输时间的一根光纤相比具有相对更长的光传输时间的另一根光纤中要去除的光纤的长度。

12.权利要求11所述的方法，其中从至少两根光纤中的一根光纤中要去除的光纤的长度由下式确定：XR＝(L/TT)·ΔT₂，其中：

X_R是从至少两根光纤中的一根光纤中要去除的长度；

L是正被调节的至少两根光纤中的一根光纤的长度；

TT是正被调节的至少两根光纤中的一根光纤的光传输时间；和

ΔT₂是在被调节的至少两根光纤中的一根光纤和具有最短的传输时间的至少两根光纤中的另一根光纤的光传输时间之间的时间差。

13.一种测试纤维光缆的方法，该方法包括：

提供具有第一和第二端的纤维光缆，该纤维光缆包括至少两根光纤；

在纤维光缆的第一端上发送光；

测量光通过纤维光缆的至少两根光纤中的每根光纤的光传输时间；

确定纤维光缆的至少两根光纤在光传输时间上的差；和

确定在光传输时间上的差是否高于预定值；

如果光传输时间的差高于预定值，调节至少两根光纤中的至少一根光纤的光学材料的量以减小在纤维光缆中的在光传输时间上的差；

其中，所述调节光学材料量的步骤包括：确定至少两根光纤中要增加到与具有最长的光传输时间的一根光纤相比具有相对更短的光传输时间的另一根光纤的光纤段的长度；并且

所述确定光纤段的长度的步骤包括：选择至少两根光纤中与正被调节的一根光纤具有相同的总折射率-并具有由X＝(L/TT)·ΔT所确定的长度的光纤段，其中：

X是要增加到正被调节的至少两根光纤中的一根光纤的光纤段的长度；

L是正被调节的至少两根光纤中的一根光纤的长度；

TT是正被调节的至少两根光纤中一根光纤的光传输时间；和

ΔT是在正被调节的至少两根光纤中的一根光纤和具有最长的光传输时间的至少两根光纤中的另一根光纤的光传输时间之间的时间差。

14.权利要求13所述的方法，其中传输光的步骤包括传输具有预定的波长的光。

15.权利要求13所述的方法，进一步包括将光信号发生器光学地连接到纤维光缆的第一端。

16.权利要求13所述的方法，进一步包括将光学检测器光学地连接到纤维光缆的第二端。

17.权利要求13所述的方法，进一步包括将每根光纤光学地连接到光学检测器。

18.权利要求13所述的方法，其中调节光学材料量的步骤包括选择折射率不同于正被调节的至少两根光纤中的至少一根光纤的折射率的光纤段。

19.权利要求18所述的方法，其中要增加到至少两根光纤中的一根光纤的光纤段的长度由X＝c·n₂·ΔT确定，其中：

X是要增加到正被调节的至少两根光纤中的一根光纤的光纤段的长度；

c是在真空中的光速；

n₂是光纤段的分组折射率；

ΔT是在被调节的至少两根光纤中的一根光纤和具有最长的传输时间的至少两根光纤中的另一根光纤的光传输时间之间的时间差。

20.权利要求18所述的方法，进一步包括，在使用具有与用于确定至少两根光纤的光传输时间的特性相同的特性的光进行测量时，选择量L₂/TT₂已知的光纤段以使要增加到正被调节的至少两根光纤中的一根光纤上的光纤段的长度由X＝(L₂/TT₂)·ΔT确定，其中：

X是要增加到至少两根光纤中的一根光纤的光纤段的长度；

L₂是在测量光纤段以确定量L₂/TT₂时光纤段的长度；

TT₂是在测量光纤段以确定量L₂/TT₂时光纤段的光传输时间；

ΔT是在被调节的至少两根光纤中的一根光纤和具有最长的传输时间的至少两根光纤中的另一根光纤的光传输时间之间的时间差。

21.权利要求13所述的方法，其中调节光学材料的量的步骤包括确定至少两根光纤中要从与具有最短的光传输时间的一根光纤相比具有相对更长的光传输时间的另一根光纤中去除的光纤的长度。

22.权利要求21所述的方法，其中从至少两根光纤中的至少一根光纤中去除的光纤的长度由下式确定：XR＝(L/TT)·ΔT₂，其中：

X_R是从至少两根光纤中的一根光纤中要去除的长度；

L是正被调节的至少两根光纤中的一根光纤的长度；

TT是正被调节的至少两根光纤中的一根光纤的光传输时间；和

ΔT₂是在被调节的至少两根光纤中的一根光纤和具有最短的传输时间的至少两根光纤中的另一根光纤的光传输时间之间的时间差。

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