CN100523890C - 用于从光学波导提取光的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

用于通过将光学波导(12)弯曲到在该波导中传播的任何光的一部分从该波导泄露的程度来从该波导提取光的装置，该装置包括：一个弯曲单元(10)，用于根据控制信号(S)弯曲该波导的一部分以及提供与从该波导泄露的光成正比的检测信号(Pa)。一个控制单元(14)响应于所述检测信号(Pa)改变控制信号(S)，以使弯曲单元(10)逐渐减小弯曲角度，该控制单元具有处理器单元(46)，该处理器单元计算检测信号(Pa)相对于弯曲半径(R)的改变速率(dPa/dR)，并且使弯曲单元保持上述改变速率基本等于预定值的弯曲半径。

Description

用于从光学波导提取光的方法及装置
技术领域
本发明涉及用于通过弯曲光学波导来从该光学波导提取光的方法及装置。本发明的实施方案可以应用在在线(live)纤维检测、信号采样、接头损耗测试、在诸如光学波导等中传播的光的功率测量等领域。
背景技术
经常有必要通过提取正在被传导的光的一部分来得以检测光学波导中的信号。例如，以下各项是有用的：能够区分在线(载有信号的)光学波导和无在线(dark)(无信号的)光学波导、能够提取用于采样的信号，执行所传导的光功率的近似测量，在发生可能的局部损耗之前和之后——在诸如接头等之前和之后执行所传导的光功率差的准确测量，以及确定传输方向。希望执行这些操作而不使信号中断、过度衰减或失真，尤其是在电信系统中，因为在不冒导致传输出错因而导致潜在的通信中断以及甚至系统停机的危险的情况下，许多这样的系统运行的余量通常不允许多于约一分贝的额外衰减。
众所周知，可以通过弯曲诸如光纤等的光学波导使得一小部分所传导的光从该波导泄露来从该光学波导中提取光。所提取的光等效称为弯曲损耗。用于以这种方式弯曲光纤以提取光的设备通常被称为“光纤抽头(optical fiber tap)”，并且可以使用“微弯曲”或“宏弯曲”。例如，美国专利No.5,708,499公开了微弯曲和宏弯曲两者的使用。
然而，在多数中心局和室外应用中，光纤是被制成光缆，即被用缓冲材料(典型地是硅或环氧树脂)和塑料套(通常是PVC或聚乙烯)之一或两者保护。各种缆类型是常见的，但是具有3mm直径的护套电缆和具有900微米标称直径的紧缓冲光纤是最常见的。向这样的护套或缓冲光纤施加微弯曲是不实际的。
宏弯曲具有比波导直径大得多的曲率半径。当向光纤施加这样的弯曲时，即使光纤是用缆绳等缚住的，该弯曲也会使大量光泄露出去。此外，在多数情况下，缓冲涂层和护套材料在电信系统中所使用的近红外波长下都具有某种程度的透明度，使得有可能在外部检测到泄露的光的不可忽略的一部分。
对于给定的光纤，检测某个数量的泄露光所需要的宏弯曲程度很强地依赖于波长。对于较长的波长需要较少的弯曲，而对于较短的波长需要较多的弯曲。对于给定的波长，所需要的检测灵敏度还依赖于光纤类型以及保护光纤的涂层和护套的类型与颜色。宏弯曲设备进行信号检测的性能很大程度上依赖于提取的光的量，该提取的光的量与引起的所传导的光的衰减(“插入损耗”)成正比。明显地，如果所传导的信号功率低，则希望将波导弯曲到相对紧的半径，以便提取尽可能多的信号，但是不超过系统的损耗余量，使信号失真或甚至导致对光纤的物理损害。因此，希望精细地控制弯曲半径。
已知，所谓的“夹式(clip-on)”设备使用宏弯曲装置来从光学波导提取一部分传导的光，并且使用检测装置来确定所提取的光的量。然而，几乎所有的现有技术都限于通过固定的弯曲结构产生宏弯曲，即其中，要么弯曲半径不改变，要么在弯曲半径改变时不检测其部分泄漏光(例如，在电缆夹紧过程中)。
在该固定弯曲结构现有技术中，已知宏弯曲设备考虑不同的光纤、护套和涂层类型。一种这样的设备是EXFO Electro-OpticalEngineering Inc.(EXFO光电工程公司)出售的，产品名称为LFD-200Live Fiber Detector(LFD-200在线光纤检测器)。该夹式设备包括所谓的“固定”弯曲装置，该弯曲装置具有一组不同形状和尺寸的可互换头，光纤在该头上面被弯曲到固定的弯曲半径。该方法的一个缺点是，该固定宏弯曲导致的插入损耗很强地依赖于波长，使得当传播光的波长是比如1310或1550nm时不能够同时优化插入损耗和灵敏度。该设备的另一缺点是，使用该设备的技术人员不得不针对每种光纤类型手工改变设备头。因而，该设备的使用限于该组可互换头的设计所针对的电缆类型和波长组。
在另一已知的、美国专利No.4,671,653中公开的宏弯曲设备中，将所检测的光的水平与固定弯曲结构确定的预定阈值进行比较，并且如果达到该阈值，则指示灯打开。该设备的一个缺点是，所检测的光的水平将依赖于诸如纤维中的光功率、纤维类型以及波长等因素，以及光穿过涂层和护套时发生的吸收和散射的量。因此，阈值的选择非常近似并且依赖于具体的应用。此外，一般而言，没有关于宏弯曲引起的插入损耗的信息。
美国专利No.5,781,285公开了一种光纤抽头，为了避免对光纤的机械损害，该光纤抽头借助横向按压被测光纤的探测器逐渐地减小该光纤的弯曲半径。该设备的主要目的是检测在光纤中存在或不存在光。该设备可以用于各种光纤类型，因为可以在该器具的底板上提供若干个具有不同曲率半径的不同凹形区域，以导致相应的宏弯曲。一个探测器用于按压光纤，并且一个检测器位于该探测器中。注意，不同凹形区域的使用与上述EXFO器具中的可互换头的使用功能上等效。在不知道光纤类型、波长以及光纤中的光功率的情况下，该设备的宏弯曲引起的插入损耗可能导致过度损耗，并因此导致可能的系统故障。
欧洲专利No.0639762也公开了一种应用宏弯曲的光纤抽头，但是该光纤抽头使用阻尼机构来限制施加该宏弯曲的陡度，从而降低光纤损害的可能性，并且在在线传输系统的情况下，降低应用期间出现出错群的风险。然而，没有关于宏弯曲引起的插入损耗的信息，并且该设备可能导致过度损耗，并因此导致可能的系统故障。
其它已知的宏弯曲设备包括围绕心轴缠绕光纤。欧洲专利No.0361962公开了这样的光纤抽头，该光纤抽头围绕圆锥形心轴缠绕光纤。弯曲半径随着心轴绕其轴线旋转逐渐减小，直到检测器检测到一些泄露光，或直到达到预定最大弯曲水平。该设备的一个缺点是：在已将光纤弯曲到足以提取一些光之后，光沿着长于为检测目的而必需的部分的光纤部分泄露。结果，该光的大部分不被检测到，因而被浪费。如前所述，必须针对光纤类型和波长以及护套和缓冲涂层类型校准利用该设备进行的任何测量，在缺少任何该资料的情况下，不可能得到宏弯曲引起的插入损耗。
新近，美国专利申请No.2005/0041902(Frigo等人)公开了一种用于通过向通过光纤传播的光信号施加时变调制来识别光纤的方法和装置。一个发射器，例如侧向接触光纤的振动活塞，在第一位置施加时变调制，一个下游接收器通过弯曲围绕心轴的光纤提取光以提取信号的一部分，并且在所提取的部分检测时变调制。
如在上述EXFO设备的情况下那样，Frigo等人的主要实施方案使用可互换的心轴或“砧”，每个心轴或“砧”的特征在于其不同的曲率半径。如上面所解释的，使用这样的心轴在该领域中是不方便的，尤其是当技术人员不确定波长或被测光纤中的功率水平时。
Frigo等人的主要目的是检测在光纤中传播的光上调制信号的存在，同时最小化测量侵入。因此，他们尽力从光纤提取最小量的光，即只足以使得能够检测时变信号，以便确保不超过插入损耗限度。然而，在不知道光纤中的光功率、光纤类型和波长信息的情况下，不可能得到宏弯曲引起的插入损耗的实际值，因此不可能确保不超过插入损耗限度。
发明内容
本发明设法克服，或至少改进，这些已知设备的一个或多个缺点，或至少提供替代方案。为此，本发明的实施方案监视当弯曲波导时从该波导泄露的光，并且当所述检测信号的功率相对于弯曲半径的导数达到预定水平时停止减小弯曲半径。
根据本发明的一个方面，提供了用于通过将光学波导弯曲到在该波导中传播的任何光的一部分从该波导泄露的程度来从该波导提取光的装置，其中：一个弯曲单元，用于根据控制信号(S)弯曲该波导的一部分以及提供与从该波导泄露的光成正比的检测信号(Pd)；以及一个控制单元，用于响应于所述检测信号(Pd)改变控制信号(S)，以使弯曲单元逐渐减小弯曲半径(R)，该控制单元计算所述检测信号(Pd)相对于弯曲半径(R)的改变速率(例如，dPd/dR，其中Pd为对数单位)，并且使弯曲单元保持上述改变速率基本等于预定值的弯曲半径。
在本说明书中，术语“弯曲角度”指光纤的开始(ingoing)部分和前进(ongoing)部分之间的角度——因此，在没有弯曲时，弯曲角度是180度。弯曲角度越小，光纤在弯曲处的曲率半径越小。
如稍后将在本申请中讨论的，上述配置使用户可以通过确定dPd/dR来控制由弯曲导致的插入损耗。结果，由覆盖层、涂层等导致的所检测到的光的衰减不会不利地影响测量。
可以通过将半径改变已知量(ΔR)，测量所检测的光功率的相应改变(ΔPd，以dB为单位)并且将后者除以前者，来确定斜率。
替代地，可以监视弯曲角度，同时减小弯曲半径，以实现导数功率(derivative power)的预定改变(ΔPd)。
另一替代方案是，对具有半径R0的宏弯曲机械地施加已知调制(ΔR)，并且监视相应的功率调制深度(ΔPd)以获得在半径R0的斜率。
相反地，可以施加对具有半径R0的宏弯曲的幅度调制ΔR，以便保持固定的功率调制深度(ΔPd)，以获得斜率。
假设大致已知纤维缓冲件、护套等引起的损耗，可以通过将插入损耗IL设置为已知值来测量在波导中传播的信号的光功率。
优选地，控制单元控制弯曲单元，以最初将波导弯曲到预定半径，然后继续逐渐减小弯曲半径或角度。在波导是用于电信系统中的类型的光纤波导(例如，由国际电信联盟定义的G.652、G.653、G.654、G.655)的情况下，可以选择初始弯曲半径，使得在有关系统的最长工作波长(例如，1625nm)，泄露光在剩余的被传输光中将不会代表多于例如0.1dB的引起损耗。
一种用于确定弯曲损耗对弯曲半径曲线的斜率的方法是，逐渐地单调减小弯曲半径并监视弯曲半径，同时检测从波导泄露的一部分光。根据这些测量值，在控制单元中可以容易地计算斜率。尽管这一般是令人满意的，但是在一些情况下，尤其在不能预先假定在波导中传播的信号的光功率在几秒的测量时间段内近似恒定的情况下，斜率的确定中可能存在不可忽略的误差。
有利地，弯曲单元装置可以适于在逐渐减小的弯曲半径上叠加相对低幅度的振荡，其中振荡周期比总弯曲半径的减小速率短得多并且比传输系统光功率可能发生漂移或不稳定的时间间隔短。通过“实时”确定弯曲损耗对弯曲半径曲线的斜率，这样的低幅度振荡或“抖动”有助于测量，因而允许向弯曲单元施加校正反馈控制，以将所产生的弯曲损耗保持在例如从约0.1dB到1dB的规定范围内。
该用于确定上述斜率的“抖动”方法很大程度上独立于例如波导中的光功率下降的影响。方便的抖动频率将是在约10Hz至40Hz之间的值，务必避免频率为50Hz和60Hz的电力网频率的子谐波。这样的抖动频率表现出在进行足够快的抖动以避免系统功率变化的影响的需要和进行足够慢的抖动以避免装置中不适当的功率消耗的需要之间的良好折衷。(对于给定的抖动幅度，功率消耗大致按抖动频率的平方增加。)
优选地，该装置还包括用于在未检测到泄漏光的情况下将弯曲半径限制到预定最小值的装置。
应注意，尽管利用该技术可以选择0.1dB的插入损耗，但是在多数情况下，插入损耗的优选范围是0.4至0.7dB，因为该范围表现出在该装置的检测灵敏度和对系统运行的最小影响之间的极佳折衷。
在优选的实施方案中，弯曲单元包括用于接收波导的一对间隔开的夹片以及传动器装置，该传动器装置用于使夹片构件移动，以便使其间的波导弯曲，该传动器装置由控制单元控制。
弯曲单元可以包括至少一个光检测器，该光检测器用于检测所述的泄露光，以及提供相应的电信号作为，或用于得到，所述检测信号。可以提供两个这样的光检测器，一个在弯曲的中间的上游，另一个在弯曲的中间的下游。
在本发明的该方面的优选实施方案中，弯曲单元和控制单元放置在具有盖的基本不透光的室中，一个联锁装置可操作以在该盖被打开时关闭该装置，反之亦然。
根据本发明的另一方面，提供了一种通过将波导弯曲到在该波导中传播的任何光的一部分从该波导泄露的程度来从该波导提取光的方法，该方法包括步骤：根据控制信号弯曲该波导的一部分并且提供表示从该波导泄露的光的检测信号，在监视该检测信号的同时逐渐减小弯曲半径，直到所述检测信号相对于弯曲半径的改变速率(dPd/dR)达到预定值。
根据下面结合附图对本发明优选实施方案的详细描述，本发明的各个目的、特征、方面和优点将变得更明显，所述优选实施方案仅以示例的方式提供。
附图说明
图1是用于通过弯曲光纤来从该光纤提取光的装置的示意图；
图2A示出了对于选择的光纤、电缆类型和波长(vis.1310nm、1550nm和1610nm)，根据为弯曲角度的函数——即关于弯曲半径范围——的弯曲损耗的测量内插的典型曲线；
图2B是列出这些光纤的表；
图3图解了对于图2A和2B中的供选择范围的最大为相异的子集，逸散因子(EF)相对于弯曲角度(θ)的改变速率对插入损耗的适当归一化曲线；以及
图4图解了光在波导中的弯曲处的泄漏。
具体实施方式
本发明基于实现：多数，并且可能是所有，目前可获得的用于电信应用中的单模光纤，当在它们的工作范围内使用时，在小于其中使用这样的光纤的典型光通信系统的通常最大允许弯曲损耗(插入损耗)的弯曲损耗的范围内表现出相似的、弯曲损耗相对于弯曲半径的改变速率。对于多数商业上可获得的光纤，弯曲损耗的该范围从约0.1dB一直到约1.0dB。相信利用该选择范围的光纤和电缆类型进行的测量可以外推到其它光纤和电缆类型，并且它们对在标准电信传输窗(典型地为1250nm至1625nm)上使用的几乎所有单模石英光纤是有效的。
因此，通过随着弯曲半径的减小测量弯曲损耗对弯曲半径曲线的斜率——即通过检测泄漏光(Pd)对于弯曲半径(R)的改变速率，并且随后将弯曲半径保持在所需的斜率值，我们可以具有弯曲装置引起的弯曲损耗小于1dB且很可能小于0.7dB的高置信度。应当注意，假如检测的光功率显著高于检测器和其相关电子学部件的灵敏度限度并且检测器的收集效率不随着波导被弯曲而显著改变，光检测的效率对斜率的该确定来说并不重要。
现在将参考图1描述本发明的实施方案，其中用于通过弯曲光学波导从该光学波导提取光的装置包括：弯曲单元10，用于可控制地弯曲光学波导——具体是光纤12——的一部分以便使光从该光纤泄漏，检测从该光纤泄漏的光，以及提供相应的检测信号；以及控制单元14，用于在监视该检测信号的同时控制弯曲机构10，以逐渐减小弯曲半径。弯曲单元10由放置在壳(未示出)中的支撑件16支承。
弯曲单元10包括两组夹片20和22，光纤12可滑动地插入在该两组夹片20和22之间供弯曲。夹片20包括第一对夹片构件20A和20B，夹片22包括第二对夹片构件22A和22B。
夹片构件20A和22B以及22A和22B分别通过连杆32A和32B连接到连接器34，所述连接器34通过第三连杆32C连接到传动器单元36——具体地是线性驱动马达。连杆32A和32B枢轴地连接到连接器34和夹片20和22。传动器单元36使连接器34沿纵轴线CL来回移动，这使夹片20和22弯曲插入在它们之间的光纤12。一个砧构件38安装到在夹片组件的相对侧的支撑件16，即在光纤12和连接器34之间，使得砧构件38的顶端部分38T在上述夹片之间的中间接触光纤12。当传动器单元36向砧构件38(即，在图1中向下)推进连杆32A和32B时，光纤12被绕砧顶端部分38T弯曲。光纤12在夹片中的部分在弯曲光纤12时可相对夹片滑动以避免光纤受损。
具有倾斜的相对端表面42A和42B的透明块40被定位在砧顶端38T的相对侧并且极接近该砧顶端38T，并且作为泄漏光收集器收集从光纤12的弯曲部分泄漏的光Pd，并将该光传递到位于该透明块的顶部的两个光检测器44/1和44/2中的一个或另一个。检测器44/1和44/2连接到控制单元14，该控制单元14具有处理器单元46和模数转换器48，该模数转换器48用于将来自检测器44/1和44/2中的任一个的检测信号Pd分别转换成供由处理器单元46处理的相应数字信号。
提供两个检测器44/1和44/2是因为该装置可能需要检测在两个方向传播的光。一般地，控制单元14将使用由这两个检测器中的仅仅一个——即在向光纤12施加的宏弯曲的下游(如光纤12中的光传播的方向所定义的)的检测器——提供的检测信号。
该装置安装在一配备有联锁开关50的外壳(未示出)中，该联锁开关50通过一个适当的接口52连接到处理器单元46，使得处理器单元46可以检测该外壳是打开的还是关闭的，以及确保当该外壳打开或关闭时不能弯曲光纤12。限位开关54也经由该接口单元52连接到处理器单元46，并且起防止光纤12由于过度弯曲而被损害的作用。
传动器/驱动马达36通过马达控制单元56由处理器单元46控制，该马达控制单元56响应于来自处理器单元46的控制信号(S)，以使主驱动马达36如上所述来回移动连接器34。
使用中，将光纤12插入在夹片20和22之间，向光纤12施加初始弯曲，曲率半径被已知为足够大而使光纤12将不会遭受多于预定量例如0.1dB的弯曲损耗。该预定初始弯曲损耗限度基于例如电信应用中的有关系统中使用的典型光纤参数和传输波长的整个范围。(将理解，诸如深蓝Teflon涂层的某些光纤涂层和护套会使光衰减到任何弯曲损耗测量都不能实行的程度。)
如果以初始弯曲半径未检测到光或检测到不足够的光，则减小光纤12的弯曲半径，直到检测到预定水平的光。该水平与由处理器单元46确定的、达到的足够信噪比相应。主驱动马达36将以相同的步长进一步减小弯曲半径。在每一步，处理器单元46监视两个检测器44/1和44/2的输出以确定它们中的哪个在提供电信号Pd，对该电信号Pd进行采样，并且计算瞬时光功率，然后计算该瞬时光功率与之前计算的光功率之间的差，以便获得在该采样间隔期间光功率的改变速率，从而得到泄漏光的光功率相对于弯曲半径的改变速率的测量。
因为测量改变速率，而不是绝对损耗，所以插入损耗的确定独立于泄漏光所通过的特定护套或涂层，当然以该护套和涂层使足够的待检测光穿过为条件。在制造期间可以针对特定的检测系统校准来自检测器的信号。尽管原理上所检测的光的光功率将依赖于涂层的类型，但是实际上电信工业中使用的大多数涂层导致非常相似的吸收和散射损耗。在设有缓冲件和护套的情况下，这一点同样适用于该缓冲件和护套。因此，对于每种类型的光缆，可以将一个“默认”校准值存储在处理器46的存储器中，供确定在波导中传播的光的近似绝对光功率使用。
应理解，由于多数涂层、缓冲件以及护套的吸收和散射损耗一般独立于波长，至少在标准远程通信波长范围内独立于波长，所以弯曲损耗的测量基本独立于波长；因此，不需要预先知道在波导中传播的光的波长以获得粗略的功率估计。
然而，为了提高功率测量准确度，可以在波长范围内校准检测器。然后，当测量功率时，用户将输入规定的波长并且处理器46将访问用于规定的波长的校准因子表，使得能将检测器的输出信号转换成相应的光功率。
应注意，尽管不需要准确知道绝对弯曲半径，但是需要知道主马达的步长大小或副马达的抖动幅度引起的弯曲半径改变。这可以通过在工厂内对装置进行标定来获得。
当光功率相对于弯曲半径的改变速率达到预定值时，处理器单元46向马达控制单元56发送信号，以停止驱动马达36。如下文中将解释的，对于电信工业中使用的多数光纤和波长——即1270nm至1625nm，该预定值对应于值在0.1dB至1.0dB之间的弯曲损耗。该预定值可以针对具体的应用进行优化，但是基本独立于波长并基本独立于光纤、被测光纤的涂层和/或护套类型。
可以向操作该装置的用户提供越权选项，以继续减小弯曲半径来增加所检测的信号水平。然后可以给予该用户警告，声明引起的更高弯曲损耗，尤其是对于较长的远程通信波长(例如1625nm)，可能超过系统的损耗预算。然后可以使用上述处理器单元或一个外部设备分析所检测的信号。
应理解，在该情况下，弯曲损耗和插入损耗实际上是同义的。因为插入损耗是更通用的术语，所以在下面的描述中将使用术语插入损耗。在图2A、2B和3中图解了推断插入损耗将在规定范围内的基础。参考图2A和2B，可以看到，对于每个选择的不同光纤和波长，当插入损耗(IL)被测量为弯曲半径或弯曲角度的函数时，曲线的斜率是相似的，至少当插入损耗超过约0.1dB时是相似的。如图3中所示，当EF——Pe除以Pin得到的逸散因子——相对于弯曲半径的导数被绘制成插入损耗IL的函数时，对于远程通信窗中的几乎任意单模光纤类型，在该远程通信窗中的任意波长，我们得到具有不同的拐点和不同的形式的单调增加曲线。然而，在从约0.4dB至约0.7dB的插入损耗范围内，这些曲线具有基本相同的斜率。
如上面所指出的，相信利用该选择范围的光纤和电缆类型进行的测量可以外推到其它光纤和电缆类型，因此图3中所示的特征可以被认为是基本“通用的”，对在标准远程通信传输窗(典型地为1250nm至1625nm)上使用的几乎所有单模石英光纤是有效的。
目前的光网络一般被设计为容易地容忍单个链路中的比如1.2dB的插入损耗。如果测量仪器引起大于1.2dB的插入损耗，可能有链路可能停止运行的风险，尤其是当链路的初始设计余量由于自系统最初被安装以来的介入修复、光缆退化等已很大程度上被危害时。因为上述0.1至1.0dB的弯曲损耗范围小于1.2dB的限度，所以保证了斜率的确落在确保发生足够泄漏而不超过1.2dB的限度的范围内。将理解，本发明不限于这些值，而是可以用于确保不超过为其它值的插入损耗。
应注意，上述技术意味着用户不需要知道正测量的光纤或其它波导的类型，并且不需要例如具有用于不同光纤类型的可互换头或在使用不同波导时具有可互换头。
然而，在涂层、缓冲件和护套损耗是已知的情况下，该装置可以用来使用现在将描述的、图4中图解的关系测量在波导中传播的光的实际功率。
图4示出了光学波导——具体是光纤12——中的弯曲和包括光检测器D1的泄漏光检测系统。Pin表示在该弯曲前在该光纤中传播的光的光功率，Pout是自该弯曲的下游的仍然在该光纤中传播的光的光功率，Pe是在该弯曲区域从光纤芯12’泄漏的泄漏光的功率，Pd是检测器D1检测到的泄漏光的部分的光功率。
通过弯曲该光纤产生的插入损耗(IL)(或弯曲损耗)和逸散因子(EF)(光纤芯中的光的、作为宏弯曲的结果从该光纤芯泄漏的部分)的定义和它们之间的关系如下：
插入损耗(dB)：IL＝10×log(Pout/Pin)       (1)
功率关系：    Pe＝Pin-Pout
                ＝EF×Pin                 (2)
其中
EF＝1-Pout/Pin＝1-10(IL/10)                 (3)
从这些公式中可以看到，如果宏弯曲引起的插入损耗(IL)是已知的，并且收集效率因子CE——即检测到的总泄漏光Pe的部分(Pd)，Pd依赖于检测系统设计和光纤涂层、缓冲件和/或护套类型的光散射与吸收特性——是已知的，可以根据检测到的泄漏光的功率Pd求出在光纤中传播的光的功率Pin。对于更一般的情况：
Pin＝Pd/(EF*CE)                 (4)
将理解，通常会针对最普通的涂层、缓冲件和护套组合校准收集效率因子CE，以便测量光纤中的绝对功率水平；然而，如上所述，可以存储和使用默认值。此外，应注意，逸散因子EF只针对从芯12’泄漏的光部分，而收集效率CE考虑诸如缓冲件、护套等的事物以及检测光学器件的收集角度。
可以通过关于半径为R0的宏弯曲调制波导的弯曲，而不是上述步进方法，简化插入损耗的确定。由于通过调制提供的弯曲半径的峰-峰变化ΔR/R而导致的检测信号Pd的峰-峰变化ΔPd/Pd(dB)将被处理器46使用，以计算插入损耗相对于弯曲半径的斜率。应理解，这可以通过这样实现，即：通过保持恒定的ΔR同时监视ΔPd，或通过调整ΔR使得ΔPd保持恒定，或这两者的某一组合。该抖动方法可以与伺服反馈结合使用，以更容易地将插入损耗保持在规定值，即使例如在光纤中传播的光的光功率改变。
因而，如图1中的虚线所示，副驱动马达66可以串联设置在主驱动马达36和连杆32A和32B的连接器34之间。该副驱动马达整个地被主驱动马达36线性地逐渐移动，并且本身给予连接器64振荡移动，因而在主驱动马达60产生的逐渐增加的线性移动上叠加相应的调制。然后处理器46监视功率调制深度以获得插入损耗斜率，并使用CE值和上面说明的关系来确定功率。
应理解，可以省略副驱动马达66，并且通过适当控制线性驱动马达36，例如通过向高分辨率步进马达36施加适当的合成控制信号(S)，提供线性移动和“抖动”振荡移动两者。
各种其它修改被设想。例如，替代将弯曲半径增加已知量并且监视产生的、所检测的泄漏光的功率Pd的改变，该装置可以减小弯曲角度以导致光功率的预定增量，并且从编码器监视弯曲半径以获得斜率。
同样地，在使用抖动方法的情况下，不是对宏弯曲半径R0施加已知调制ΔR，而是对半径R0施加可变幅度(不是频率)调制ΔR，以便保持固定的功率调制深度ΔPd，以获得斜率。
可以使用体现本发明的装置执行各个新测量过程。
例如，该装置可以用于通过在两个间隔开的位置进行测量——一个位置在损耗事件的上游，另一个位置在损耗事件的下游，来测量局部损耗，例如接头损耗或连接器损耗。在每个位置执行第一种提到的光提取方法，并且由处理器单元记录所提取的光的量。在记录第二测量之后，处理器单元将该第二测量与第一测量进行比较。损耗的准确数值测量只有当该损耗超过测量的误差时才可以获得。然后通过从在上游测量的功率减去在下游测量的功率确定局部损耗。当被接在一起的两个光纤是相同类型并且具有相同的涂层、缓冲件和护套类型时，误差被进一步最小化。在两个位置的光提取可通过不同的测量仪器进行。
该装置也可以用于确定光纤中的传输方向的方法中，尤其是在电信应用中。可以监视来自两个检测器的检测信号，其中在最后弯曲半径下的两个信号的较大者源于下游检测器。可以根据该装置相对于光纤的取向推断传输方向。
该装置可以用于任何期望从光纤提取一部分光信号同时有效地保证该提取过程不会不利地损害通信链路的应用中。例如，在美国专利申请No.2005/0041902(Frigo等人)描述的应用中，本发明将很适于以非侵入方式提取调制信号。
可以设想该装置的变体，在该变体中可以从光纤提取一部分光信号，供随后由外部仪器例如光谱分析仪或通信协议分析器进行分析。除检测器Pd之外，这将还包括增加附加收集光学器件，以收集一些泄漏的光并经由纤维光缆将其引导至上述外部仪器。
将理解，可以通过不同于V形块和夹片22的底面的装置固定和弯曲光纤。例如，可以将光纤插入到柔性管中。事实上，可以不使用弯曲单元10，而使用不同类型的弯曲装置——诸如在上述美国专利申请No.2005/0041902中公开的弯曲装置，该专利申请的内容在这里通过引用的方式纳入本说明书中——来获得受控弯曲和泄漏光的检测，而检测信号以在这里描述的方式进行处理以获得斜率。
在上述实施方案中，使用了两个检测器44，使得该设备是双向的，即该设备相对于所传导的光的传播方向的取向不影响测量。然而，应理解，可以使用单个检测器而不是两个检测器，在这种情况下该设备将是单向的。
如上所述，可能提供限位开关装置54，用于在未检测到泄漏光的情况下将弯曲半径限制到预定最小值。例如，这样的限位装置可以采用驱动马达上的轴编码器的形式或适当放置的机械制动器的形式；替代地，在使用步进马达的情况下，该处理器可以限制步进数。
工业适用性
本发明的实施方案可以降低设备成本，因为该装置可以用来基于几乎所有单模光纤的光功率，在通信窗中的任何波长，在采用除具有不透明纤维保护的纤维保护方案以外的任何纤维保护方案(即，护套、涂层)的情况下，执行各种非破坏性测量。因为该装置不需要校准，所以由于执行这样的在线纤维测试所需的时间减少，成本可以进一步降低。此外，通过消除该装置对固定弯曲半径或绝对功率水平的依赖，超过被测网络的功率预算的可能性被极大地降低。因为相同的原因，由于过弯曲而导致对被测光纤的物理损害的风险也被降低。

Claims (18)

1.用于通过将光学波导(12)弯曲到在该波导中传播的任何光的一部分从该波导泄露的程度来从该波导提取光的装置，其特征在于：
(i)一个弯曲单元(10)，用于根据控制信号(S)弯曲该波导的一部分以及提供与从该波导泄露的光成正比的检测信号(Pd)；
(ii)以及一个控制单元(14)，用于响应于所述检测信号(Pd)从而改变控制信号(S)，以使弯曲单元(10)逐渐减小弯曲半径(R)，
该控制单元计算所述检测信号(Pd)相对于弯曲半径(R)的改变速率，并且使该弯曲单元保持在使上述改变速率基本等于预定值的弯曲半径。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述波导是光纤。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述预定值被选择为使得泄漏光将不会使在波导中的所传播的光展现多于1dB的损耗。
4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其中还包括用于在未检测到泄漏光的情况下将弯曲半径限制到预定最小值的装置。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中弯曲单元包括用于接收波导的一对间隔开的夹片(20，22)以及传动器装置(36，56；36，56，66)，该传动器装置用于使夹片构件移动，以便使其间的波导弯曲，该传动器装置由控制单元(14)控制。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中控制单元(14)控制弯曲单元(10)以逐步地减小弯曲半径，在每一步测量所检测的光的功率值，并且由这些值计算所述改变速率。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中控制单元(14)使弯曲单元(10)对逐渐改变的弯曲半径施加调制，检测所述检测信号(Pd)中的调制，并且根据调制的相应变化计算所述改变速率。
8.根据权利要求7所述的装置，其中控制单元使弯曲单元向波导施加对具有半径R0的宏弯曲的幅度调制ΔR，以便保持固定的功率调制深度(ΔPd)，以获得斜率。
9.根据权利要求7所述的装置，其中控制单元(14)向弯曲单元(10)施加校正反馈控制，以将所引起的弯曲损耗保持在规定范围内。
10.一种通过将光学波导弯曲到在该波导中传播的任何光的一部分从该波导泄露的程度来从该波导提取光的方法，其特征在于步骤：根据控制信号弯曲该波导的一部分并且提供表示从该波导泄露的光的检测信号，在监视该检测信号的同时逐渐减小弯曲半径，直到所述检测信号相对于弯曲半径的改变速率(dPd/dR)达到预定值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述弯曲半径被逐步地减小，在每一步测量所检测的光的功率值，并且使用这些值计算斜率。
12.根据权利要求10所述的方法，其中对逐渐改变的弯曲半径施加调制，检测所述检测信号中的相应调制深度，并且根据调制的相应变化计算斜率。
13.根据权利要求12所述的方法，其中施加对具有半径R0的宏弯曲的幅度调制ΔR，以便保持固定的功率调制深度(ΔPd)，以获得斜率。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中控制单元施加校正反馈控制，以将所引起的弯曲损耗保持在规定范围内。
15.一种测量光学波导的损耗的方法，其特征在于步骤：通过根据控制信号弯曲光学波导的一部分在沿该光学波导的第一位置提取光并且提供表示从该光学波导泄露的光的检测信号，在监视该检测信号的同时逐渐减小弯曲半径，直到所述检测信号相对于弯曲半径的改变速率(dPd/dR)达到预定值，在沿该光学波导的另一位置重复提取和检测步骤；以及
比较每个位置的已记录检测信号，并且通过计算两个检测信号之间的差来计算所述损耗。
16.根据权利要求15所述的方法，其中在第一和第二位置提供检测信号的步骤使用不同的测量仪器。
17.根据权利要求15所述的方法，所述光学波导的另一位置位于接头的另一侧。
18.用于通过将光学波导(12)弯曲到在该波导中传播的任何光的一部分从该波导泄露的程度来从该波导提取光的装置，其特征在于：
(i)一个弯曲单元(10)，用于根据控制信号(S)弯曲该波导的一部分以及提供表示从该波导泄露的光的检测信号(Pd)；
(ii)以及一个控制单元(14)，该控制单元响应于所述检测信号以使弯曲单元逐渐减小弯曲半径，
其中控制单元(14)计算所述检测信号相对于弯曲半径的改变速率(d(Pd)/dR)，并且当上述速率达到预定值时使弯曲单元保持弯曲半径。
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