CN100523892C - 用于监测光纤连接前热处理的系统和方法 - Google Patents

Abstract

描述了用于监测光纤连接前热处理的系统和方法。在所描述的一种方法中，制备第一光纤的前置端用于连接。然后该光纤的前置端被装入热处理站。与此同时，加热该前置端，用光时域反射仪测量从该光纤前置端反射回的反向散射损耗。对该光纤前置端进行持续加热，直至所测得的从该光纤前置端反射回的反向散射损耗达到一预定水平。此时，停止进行热处理。

Description

用于监测光纤连接前热处理的系统和方法

技术领域

本发明一般地涉及光纤技术领域的改进，并尤其涉及一种用于监测光纤连接前进行热处理的系统和方法的优化方面。

背景技术

在光纤工业中，人们一直在不停地寻找各种方法以减少将第一种光纤连接到第二种光纤所导致的光信号损耗。多种不同因素都可以引起联接损失。例如，当第一光纤的模场直径与第二光纤的模场直径不同时就会产生联接损失。

目前已经研究出一种减少由于模场直径不匹配所导致的联接损失的方法，就是对具有窄模场直径的光纤的连接端部进行加热。加热使窄模场光纤的掺杂剂扩散，并使连接端的模场直径扩张。已经有文献对连接后热处理进行了描述，例如，在Krause，John T.等发表于《光波技术杂志》1986年第LT-4卷第7期第837-840页的文章“单模光纤联接损失与熔接时间、温度及指数分布变化的关系”(‘Splice loss of Single-Mode Fiber asRelated to Fusion Time，Temperature and Index Profile Alteration’，Journal ofLightwave Technology，vol.Lt-4，No.7，1986，pp.837-40)，Tam，H.Y.发表于《电子通讯》1991年第27卷第17期第1597-99页的文章“用于减少标准单模光纤和掺铒光纤间联接损失的简单熔合连接技术”(‘Simple fusion splicingtechnique for reducing splicing loss between standard Singlemode fibresandErbium-doped fibre’，Electronics Letters，vol.27，No.17，1991，pp.1597-99)；以及Ando，Yasuhiro发表于《IEEE光子技术通讯》1992年第4卷第8期第1028-31页的文章“在不同单模光纤之间采用局部纤芯热扩散膨胀技术的低损耗光学连接器”(‘Low-loss Optical Connector between Dissimilar Single-Mode Fibres using Local Core Expansion Technique by Thermal Diffusion；，IEEE Photonics Technology Letters，vol.4，No.8，1992，pp.1028-31)。

也可以在连接前实施热处理。在这种情况下，热是施加在具有窄模场的光纤的前置端。通过加热使该光纤模场在前置端产生膨胀，从而当该光纤与具有较大模场直径的第二光纤连接时，使联接损失降低。然而，目前已经证明，采用连接前热处理技术很难取得一致性的结果。例如，在某一种方法中，采用经验性技术来决定最优化的热处理时间。然而，由于各个纤维和不同操作者技术上的差异，即使每次热处理都采用同样的时间也不可能达到所期望的一致性。

发明内容

本发明从几个方面提供了监测光纤连接前热处理的系统和方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种改进的、对具有一前置端和一末端的第一光纤进行连接前热处理的方法，其中制备第一光纤的前置端用于连接，并将其放入热处理站中，对所述第一光纤的前置端施加热，所述方法包括：(a)为第一光纤确定与第一光纤模场的所期望的热膨胀相对应的反射的反向散射损耗的水平；(b)将一个光时域反射仪连接至第一光纤的末端；(c)对第一光纤前置端进行加热时，利用光时域反射仪测量从第一光纤的前置端反射的反向散射损耗；(d)持续加热第一光纤前置端，直至所测得的反射的反向散射损耗达到所确定的水平。

在所描述的一个方法中，制备第一光纤的一个前置端用于连接。然后，将该光纤的该前置端放入热处理站。在对该光纤的前置端进行加热时，用光时域反射仪测量从该光纤前置端反射回的反向散射损耗。对该光纤前置端进行持续加热直至所测得的从该光纤前置端反射的反向散射损耗达到一预定水平，此时，停止热处理。

参考下文的详细描述和附图对本发明的其它技术特征和优点进行清楚的描述。

附图说明

图1和2表示具有不同纤芯直径的第一和第二光纤的横截面图。

图3为由图1和2所示光纤构成的光纤传输线的示意图。

图4为对如图2和3所示具有窄模场直径的光纤进行连接前热处理的示意图。

图5为如图4所示在连接前进行热处理使纤芯膨胀的第二光纤的示意图。

图6为由第一和第二光纤构成的光纤传输线的示意图，其中第二光纤具有经热膨胀的纤芯。

图7-9为一组阐述纤芯热膨胀和光纤末端曲率之间关系的示意图。

图10为按照本发明的一个方面用于监测纤芯膨胀的系统的示意图。

图11-16为一组按照本发明的一个方面阐述光纤传输线的构成的示意图。

图17为按照本发明的一个方面从所制成的一系列光纤传输线中获得的实验结果表格。

图18为本发明的一个方面所提供的制造光纤传输线的方法流程图。

具体实施方式

图1显示了一示例性的第一光纤10的横截面图，其没有按照比例绘制。该光纤包括一个纤芯区12和一个环绕纤芯区的包壳区14。图2表示一示例性的第二光纤20的横截面图，其没有按照比例绘制。第二光纤包括一个纤芯区22和一个环绕纤芯的包壳区14。如图1和2所示，第一光纤的纤芯区12的直径比第二光纤的纤芯区22的直径大得多。

图3表示在连接点32处由第一光纤10与第二光纤20连接而成的光纤传输线30的示意性侧视图。图3清晰地表明第一光纤纤芯12和第二光纤纤芯22在直径上不匹配。这种不匹配导致了大量的联接损失。

目前已经研究出一种降低联接损失的技术，其是对具有小纤芯直径的光纤连接端部实施连接前热处理。所述连接前热处理使光纤的掺杂物扩散，从而引起纤芯直径的膨胀。这种技术在图4中作了说明，其中火焰40或其它热源用于加热第一光纤10连接末端的加热区44。热处理的结果表示在图5中。如图5所示，热处理导致光纤纤芯10的区域44发生锥形膨胀。

图6表示在连接点52处由一段第一光纤10和一段第二光纤20连接在一起而构成的光纤传输线50。第二光纤20经过了如图4和5所示的热处理。如图6所示，第二光纤纤芯22的膨胀部分在连接点52处的直径接近于第一光纤纤芯12的直径。通过这种方式，减少连接点52处纤芯直径的不匹配，可以显著地降低联接损失。

人们所希望的是，由不同操作者所实施的大量连接操作具有一致的结果。目前所采用的用来达到一致性的方法是利用经验性技术来确定如图4和5所示的连接前进行处理的最佳时间。一旦最佳时间被决定下来，它就用于随后的所有加热连接。

然而，已经证明这种方法并不令人满意。由于光纤、设备以及操作者技术间的差异，单纯控制热处理的时间会导致结果的不一致。这就需要在实施热处理时为操作者提供一种连续的、定量反馈的技术。一旦纤芯膨胀达到要求，这种定量技术使操作者切断供热。

按照本发明的一个方面，在进行连接前热处理期间，通过监测具有小纤芯直径的光纤的连接端弯曲程度，对该光纤的锥形部分的形状进行连续监测。锥形部分的形状和连接端部的曲率之间的关系参见图7-9。图7表示一根示意性光纤60的特写视图。光纤60经切割具有一平的连接端部62，该连接端62垂直于光纤60的纵轴。

在图8中，光纤末端加热后引起光纤纤芯64的膨胀。如图8所示，随着光纤纤芯64的膨胀，光纤末端62发生弯曲。在图9中，光纤末端被进一步地加热，并导致光纤纤芯64发生进一步膨胀。如图9所示，随着光纤纤芯64的进一步膨胀，光纤末端62弯曲程度增加。

人们发现，光纤末端的弯曲程度为纤芯膨胀量64提供了可靠性的启示。应该注意，附图7-9没有按比例进行绘制。通常，弯曲程度不会象所显示的那么明显。应该注意，通常，弯曲程度对实施熔合连接并不造成困难。

按照本发明的一个方面，可以用一个光时域反射仪(OTDR)对光纤末端的弯曲程度进行连续监测。就一般光纤而言，一定量的信号损耗发生是由于发送到光纤中的一部分光线被一种称作“反向散射”的物理现象反射回光源所导致的。OTDR通过沿光纤长度发送参考脉冲光并测量反射回的光，以测量反向散射损耗。然后，OTDR用曲线图表示出反向散射损耗相对于时域的曲线。反向散射损耗一般用分贝(dB)表示。

一般来说，通过将光纤缠绕至一卷轴上对其进行包装。将光纤的第一端固定在卷轴上，当光纤缠绕在卷轴上时，该光纤端是可以接近的。接下来光纤被绕卷到卷轴上，第二光纤端可以不缠绕。为了达到目前所讨论的目的，光纤第一端在此被称为光纤的“末端”。光纤第二末端在此被称为光纤的“前置端”或“连接端”。

附图10是根据本发明又一个方面的系统70的示意图。系统70用于对缠绕在卷轴74上的光纤72进行连接前的处理。光纤72的前置端76被剥开、切割并装入热处理站80中。光纤72的末端78与一个OTDR相连。

热处理站80包括一个用于固定光纤72的前置端76的光纤底座84。热处理站80进一步包括一个热源86，在本实施例中由产生可控火焰88的甲醇燃烧器提供。OTDR90沿着这段光纤72发送出光脉冲86，并测量反向散射光线。

最初，当光纤72的前置端76刚被切割开时，前置端76提供一个反射相对较多的反射面。这样，当OTDR82沿着这段光纤发送光脉冲90时，大量的光线从光纤末端反向散射，即有相对较多量的反向反射损耗。随着热处理的进行，光纤末端开始出现如上述图7-9中所讨论的弯曲。上述弯曲可以减少光纤末端的反射，因此降低了反向散射损耗的量。光纤加热部分掺杂物的扩散也可以降低反向散射损耗量。

因此，所希望的光纤末端弯曲程度可以通过监测反向散射损耗量可靠地获得。应在施加热处理之前测量光纤末端的反向散射。对连接端的反向散射进行持续监测，直至反向散射损耗量减少至预定量。此时，关闭热源82。

图11-16为一组阐述本发明的一个实施例的示意图。在这个实施例中，OFS Fitel Super Large Area(SLA)光纤的一前置端连接到OFS FitelInverse Dispersion Fiber(IDF)光纤的一前置端。具有很多不同斜度的IDF在商业上可以购得。在本实施例中使用的IDF具有负的斜度，为SLA光纤正斜度的两倍，因此被称为IDFx2。

SLA的纤芯直径大约为12微米，而IDFx2的纤芯直径大约为6微米。在该实施例中，通过连接前热处理使IDFx2纤芯发生锥形膨胀，这样一来，IDFx2纤芯在连接点处的直径大约有12微米，从而使由纤芯直径不匹配所导致的联接损失降至最低。观察发现，位于IDFx2前置端的适当的锥形IDFx2纤芯对应于由OTDR测得的约为28.0dB的反向散射损耗。

图11为一IDFx2光纤100的前置端的示意图。首先剥开光纤100的外保护层用于连接。如图11所示，采用V ytran热剥器，留置出被剥开的光纤末端102。剥开的光纤末端102的长度为25mm。然后用V ytran切割器切割出适于连接的光纤末端。如图13所示，经剥开和切割的光纤末端102约为18mm长。

接着将经剥开和切割的光纤末端102装入V ytran模场膨胀装置110。膨胀装置110有一长度约为8mm的真空气夹112，用来固定经剥开的光纤102的基部，留出约10mm长的裸露的光纤。膨胀装置110还包括加热部件114，用于向被剥开的光纤102顶端提供甲醇火焰116。

正如上面所描述的，IDFx2 100的末端被安装在监测被反射的反向散射损耗的OTDR 118上。如上文所述，在该实施例中发现，当被反射的反向散射损耗达到阈值28.0dB时，就得到了合适的膨胀模场形状。如图15所示，当模场经过适当膨胀后，IDFx2 100就可以与一SLA光纤120连接。

图15显示了经处理过的IDFx2 100，以及经剥开和切割的SLA光纤120的一个前置端。用Ericsson连接装置制备所述SLA光纤120的裸露端，其长度约为6mm。在图16中，两个光纤末端102和122已装入Ericsson连接装置124中。将光纤末端102和122装入各自的光纤夹126和128中，这样每个光纤末端约暴露有6mm的长度用于连接。然后在连接点130处用适当的连接程序将两个光纤末端连接在一起。

附图17的表格140显示了在12个试样连接中实施本发明所得到的结果。该表格显示了OTDR测得的反向散射损耗和联接损失之间的关联。

附图18表示按照本发明一个方面的方法200的流程图。在步骤202中，制备第一光纤的一前置端用于连接。在步骤204中，将第一光纤的该前置端放入模场膨胀装置中。在步骤206中，将第一光纤的末端连接至OTDR。在步骤208中，监测反向散射损耗，同时对第一光纤的前置端实施连接前热处理。在步骤210中，当反射的反向散射损耗达到一个预定阈值时停止热处理。如上面所讨论的，当达到所述阈值时，将第一光纤与纤芯直径大于第一光纤纤芯直径的第二光纤连接，此时第一光纤的纤芯所发生的膨胀及其形状使联接损失降至最低。在步骤212中，将第一光纤的前置端连接到第二光纤的前置端。

尽管前面的描述包括了使本领域技术人员实施本发明的细节，应该认识到这些描述实际上是对本发明进行说明。在这些说明的教导下，对这些说明所进行的许多修改和变化对本领域技术人员来说是显而易见的。因此，本发明仅仅由下文所附的权利要求进行限定，在现有技术允许的情况下，下文的权利要求包括尽可能宽的范围。

Claims (5)

1.一种改进的、对具有一前置端和一末端的第一光纤进行连接前热处理的方法，其中制备第一光纤的前置端用于连接，并将其放入热处理站中，对所述第一光纤的前置端施加热，所述方法包括：

(a)为第一光纤确定与第一光纤模场的所期望的热膨胀相对应的反射的反向散射损耗的水平；

(b)将一个光时域反射仪连接至第一光纤的末端；

(c)对第一光纤前置端进行加热时，利用光时域反射仪测量从第一光纤的前置端反射的反向散射损耗；

(d)持续加热第一光纤前置端，直至所测得的反射的反向散射损耗达到所确定的水平。

2.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(a)中确定的反射的反向散射损耗的水平对应于第一光纤模场的一部分的锥形热膨胀。

3.如权利要求2所述的方法，其中第一光纤模场的锥形膨胀部分在较窄模场直径和较宽模场直径之间提供一种绝热过渡。

4.如权利要求3所述的方法，其中在步骤(a)中确定的反射的反向散射损耗的水平对应于第一光纤模场的一部分的热膨胀，当第一光纤前置端连接到具有比第一光纤更大的模场直径的第二光纤的前置端时，所述第一光纤模场热膨胀使连接损失降至最低。

5.如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)包括：

在使用光时域反射仪来确定与第一光纤模场的所期望热膨胀相对应的反射的反向散射损耗的水平时，在第一光纤的劈开试样上进行纤芯热膨胀。

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