CN100543439C - 多模光纤的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种精密的测定方法，用于提高多模光纤的DMD测定精度，准确地测定、评价多模光纤的特性。其特征在于，在多模光纤的DMD测定中，监控测定时间内的温度变化，在控制了温度变化量的环境下进行DMD测定。

Description

多模光纤的测定方法

技术领域

本发明涉及准确测定多模光纤的特性的方法。作为宽频带多模光纤的评价方法有DMD(Differential mode delay，差分模延迟)测定，通过利用本发明测定DMD，能降低由测定环境变化造成的影响，从而可以进行准确的测定。

本申请对2004年1月27日申请的JP特愿2004—18512号主张优先权，并在此援引其内容。

背景技术

近年来，作为评价宽频带GI光纤的方法，DMD测定法已被标准化。通过进行该测定，可以保证IEC标准所规定的以10Gbps传输300m的宽频带GI光纤。

因此，进行高精度的DMD测定，从质量保证方面来看是非常重要的。在测定标准中，关于测定精度被规定为：“测定的波动必须小于或等于要测定的DMD值的5％”。

非专利文献1：IEEE 802.3ae

非专利文献2：IEC/PAS 60793—1—49

非专利文献3：TIA—455—220

非专利文献4：信越石英、石英玻璃技术指南-1石英玻璃的化学物理特性，P.7.(http://www.sqp.co.jp/seihin/catalog/pdf/g1.pdf)

非专利文献5：信越石英、石英玻璃技术指南-2石英玻璃的光学特性，P.7.(http://www.sqp.co.jp/seihin/catalog/pdf/g2.pdf)

非专利文献6：IEC 60793—2—10

专利文献1：JP特开2003—195085号公报

发明内容

然而，在前述的非专利文献1～3、6中，没有记载进行高精度DMD测定的具体方法。本发明人实际进行了DMD测定，对其测定精度会不会发生问题进行了研讨。

结果发现了下述的问题：由于DMD测定中光纤温度发生变化，因此光纤的折射率及长度发生变化，从而不能准确进行DMD测定。

即使一点点的温度变化也会引起该问题，因此其在DMD测定及评价中是非常重要的问题。

本发明就是鉴于前述情况而做出的，目的在于提供一种用于提高光纤的DMD测定精度，对多模光纤的特性进行准确的测定及评价的精密测定方法。

为达成前述目的，本发明提供一种多模光纤的测定方法，其特征在于，在多模光纤的DMD测定中，在上述多模光纤的DMD测定时间内测定上述多模光纤的温度，上述温度的变化量ΔT_max满足下式(A)，

${\mathrm{\ΔT}}_{\max }\≤\frac{0.05\×c\×{\mathrm{DMD}}_{\min }}{\mathrm{\β}+\mathrm{\α}\×n}$           …式(A)

其中，α、β、n是与构成上述多模光纤的材料相关的参数，α是线膨胀系数，β是折射率温度系数，n是折射率；c是光速3×10⁸m/s，DMD_min是可由测定器测定的最小DMD值。

在本发明中，上述温度的变化量ΔT_max优选为小于或等于0.4℃。并且，上述温度的变化量ΔT_max进一步优选为小于或等于0.3℃。

在本发明中，优选为将测定的周围环境的温度变化控制为较小值来进行DMD测定，使得测定时间与被测定光纤在测定时的温度变化率的乘积的绝对值减小。

另外，在本发明的方法中，可缩短测定时间来进行DMD测定，使得测定时间与被测定光纤在测定时的温度变化率的乘积的绝对值小于或等于0.4℃。

在此情况下，优选为使上述测定时间小于或等于10分钟，进一步优选为使上述测定时间小于或等于3分钟。

并且，在本发明中，可以在将测定的周围环境的温度变化控制为较小值的环境下，并且缩短测定时间来进行DMD测定，使得测定时间与被测定光纤在测定时的温度变化率的乘积的绝对值小于或等于0.4℃。

并且，在本发明中，优选为在进行DMD测定前，将被测定光纤置于测定环境下，使该光纤的温度与测定环境的温度基本上相等后再进行DMD测定。

根据本发明，在多模光纤的DMD测定中，通过边将测定时间、测定光纤的温度变化率的乘积的绝对值保持在较小值边进行测定，可以进行高精度的DMD测定。

并且，通过控制周围环境的温度，使得测定温度的变化减小，可以进行高精度的DMD测定。

另外，通过缩短测定时间，能减小对测定光纤的温度变化的影响，可以进行高精度的DMD测定。

这样，通过以较高的测定精度来实施多模光纤的DMD测定，可以保证产品的高质量，而且将提高生产的成品率。

附图说明

图1是表示多模光纤的温度变化量与脉冲的传输时间变化量比的关系的图。

图2是表示多模光纤的测定时间为10分钟的情况下的温度变化率与脉冲的传输时间变化量比的关系的图。

图3是表示多模光纤的测定时间分别为10分钟、5分钟、3分钟的情况下的温度变化率与脉冲传输时间变化量比的关系的图。

图4是表示在多模光纤的DMD测定中，被测定光纤的激励位置的光纤的立体图。

图5是例示在多模光纤的DMD测定中，DMD测定波形的图。

附图符号说明：

1被测定光纤(多模光纤)，2纤芯区域，3包层区域，4激励位置

具体实施方式

本发明的多模光纤的测定方法的特征在于，在多模光纤的DMD测定中，在测定时间与被测定光纤在测定时的温度变化率的乘积的绝对值小于或等于0.4℃、优选小于或等于0.3℃的条件下，进行DMD测定。

由于温度变化而给DMD测定带来影响的原因在于，要测定的光纤受温度变化的影响，光纤的折射率及长度发生变化。即，原因就是由于温度变化而使得光纤中的传输时间在温度变化前后不同。对于使用脉冲在时间域内进行测定的DMD测定而言，该偏移直接反映于测定，而无法辨别通过DMD测定所测定的模式色散导致的变化。因此，温度变化会使DMD测定的结果受到影响。

因此，首先通过计算來定量求得温度变化给DMD测定带来的影响。

接下来对该计算及计算结果进行说明。

长度为L、折射率为n的光纤，在温度仅发生△T的变化时，其长度L’、折射率n’用线膨胀系数α和折射率温度系数β，分别通过下式(1)、(2)来表示。

L’＝L+ΔL.＝L+α·L·ΔT             ···(1)

n’＝n+Δn＝n+β·ΔT                 ···(2)

另外，温度变化前、温度变化后的光纤传输时间t(L，n)、t(L+△L，n+△n)如下式(3)、(4)所示。这里，c为高速。准确地讲，光纤中的传输速度因模式而不同，在将某一模式的群折射率设为n_g时，则为c/n_g，由于这里仅涉及传输时间的差，所以微小的差不会成为问题。由此，设n_g≈n，并导出式(3)、(4)。

$t(L,n)=\frac{L\·n}{c}\·\·\·\left(3\right)$

$t(L+\mathrm{\ΔL},n+\mathrm{\Δn})=\frac{(L+\mathrm{\ΔL})\·(n+\mathrm{\Δn})}{c}\·\·\·\left(4\right)$

由此，温度变化前后的光纤传输时间的差△t如下式(5)所示。式(5)的第二行是忽略了第一行右边的最后一项而近似整理出的式子。

$\mathrm{\Δt}=t(L+\mathrm{\ΔL},n+\mathrm{\Δn})-t(L,n)=\frac{1}{c}\{L\·\mathrm{\Δn}+n\·\mathrm{\ΔL}+\mathrm{\ΔL}\·\mathrm{\Δn}\}\·\·\·\left(5\right)$

                 $\≈\frac{1}{c}\{L\·\mathrm{\Δn}+n\·\mathrm{\ΔL}\}$

这里，为了满足测定标准(非专利文献2)的要求，即“测定的波动必须小于或等于要测定的DMD值的5％”，而推导出下式(6)。这里，DMD_min((ps/m))是假定进行测定的最小DMD值。

$\frac{\left|\mathrm{\Δt}\right|}{{\mathrm{DMD}}_{\min }\×L}\≤0.05\·\·\·\left(6\right)$

由此，由式(6)的条件可以求得最大的温度变化量△T_max。这里，△T_max是满足式(6)的最大变化量的绝对值。

由上可知，“测定时间t_measurement”与“测定中的光纤的温度变化率k_fiber”必须满足下式(7)。

|t_measurement×k_fiber|≤ΔT_max           ···(7)

具体的△T_max是由要测定的DMD_min和式(1)～(5)的α、β、n所决定的值。

假定被测定光纤为石英系光纤，以下试求具体值。作为线膨胀系数α和折射率温度系数β、折射率n，分别代人合成石英的值α＝0.51×10^-6(K^-1)、β＝9.8×10^-6(K^-1)、n＝1.45250(波长850nm下)(参照非专利文献4、5)。使温度变化为0～1.0℃来进行计算。图1表示式(6)的左边的计算结果。这里，DMD_min分0.30ps/m、0.20ps/m两种情况进行计算。该DMD_min值采用了DMD测定要求的测定精度所需要的值(参照后述的关于DMD测定的补充说明。)。从计算结果可知，为了将测定偏移控制为小于或等于DMD_min的5％，在该值为0.30ps/m、0.20ps/m时，容许温度变化必须分别控制在±0.4℃、±0.3℃。

以下，基于该结果说明解决方法。

本发明的第一方法，在周围环境的温度得到控制了的位置进行DMD测定，由此降低DMD测定的测定误差。

作为表示该第一方法的有效性的实施例，进行了如下的测定。使用单模光纤向被测定光纤的中心射入波长850nm的脉冲光，以十分钟、两分钟的间隔测定射出脉冲的时间波形，从而测定其与最初测定的脉冲中心的偏移。该实验并非是DMD测定本身，而是通过使测定光纤传输脉冲光来求式(5)的△t。测定中使用依据IEC60793—2—10(参照非专利文献6)的Ala.2的石英系的50/125GI光纤3000m，控制测定周围温度，使得温度变化率为+1.0℃/小时(以下简记为h)、+2.0℃/h、+3.0℃/h、+4.0℃/h、+5.0℃/h左右，并进行测定。测定结果如表1所示。

【表1】

并且，从该结果求每单位时间的脉冲中心的偏移量，假设测定时间t_measurement＝10分钟，DMD_min＝0.30ps/m、0.20ps/m，求出脉冲变化量对DMD_min的比(％)的结果如图2所示。

图2的值是由表1的五次测定平均求得的值。如果求得的量用公式表示，则下式(8)成立。在下式(8)中，表示△t＝t_measurement×每单位时间的脉冲的偏移量。

$\frac{\left|\mathrm{\Δt}\right|}{{\mathrm{DMD}}_{\min }\×L}\·\·\·\left(8\right)$

这里，脉冲的偏移量使用了用测定光纤的长度进行了归一化的量。从该结果可知，如果测定时间为10分钟，温度变化率为+1.0℃/h左右，则测定的偏移相对于DMD_min小于或等于5％。与其相对，如果温度变化率为+3.0℃/h左右，则测定的偏移相对于DMD_min远远超过5％。

本发明的第二方法通过缩短测定时间来降低DMD测定的测定误差。

作为该第二方法的实施例，在前述第一实施例的实验中，假定测定时间为10分钟、5分钟、3分钟的情况下，与图2同样地求出相对于温度变化的脉冲的传输时间变化量比。其结果如图3所示。

由该结果可知，如果缩短测定时间，则DMD测定所受的影响将减小，如果使测定时间为3分钟，则温度变化率即使为5.0℃/h，测定精度也可小于等于5％。

本发明的第三方法通过兼用前述第一、第二方法来进一步降低测定精度。

作为第三方法的实施例，在第二方法的实施例所列举出的图3中，观察温度变化率为1.0℃/h且测定时间为3分钟的情况，可知测定精度小于或等于1％。

从该结果可知，通过兼用第一、第二方法，可以实现精度非常高的DMD测定。

作为第三方法的第二个实施例，实际进行了DMD测定。测定使用在波长850nm下，半径0～23μm的DMD值为0.15ps/m、0.24ps/m这样非常小的值的两种光纤来进行。这里列举出的DMD值为，在测定时间为3分钟且温度变化率小于或等于±1.0℃/h的环境下，使用第三方法进行十次测定的平均值。下面，设该条件下求得的值为DMD_ideal。并且，设用DMD_ideal以外的条件测得的DMD值为DMD_measurement。下面要评价的测定误差值为通过下式(9)求得的值。

$\frac{{\mathrm{DMD}}_{\mathrm{measurement}}-{\mathrm{DMD}}_{\mathrm{ideal}}}{{\mathrm{DMD}}_{\mathrm{ideal}}}\×100[\%]\·\·\·\left(9\right)$

在测定条件为以下的四个条件下进行。这里，温度变化率2.0℃/h为在具有空调设备的房间内的最大变动幅度，温度变化率4.0℃/h为在野外的大约变动幅度。这里所示的值是实际测定时监控温度所得的最大变动幅度，当然温度变动有可能因季节、时间带、气候等而不同。

[1]是测定时间为10分钟、温度变化率为±2.0℃/h的变动；[2]是测定时间为10分钟、温度变化率为±4.0℃/h的变动；[3]是测定时间为5分钟、温度变化率为±4.0℃/h的变动；[4]是测定时间为3分钟、温度变化率为±2.0℃/h的变动。

测定结果如表2所示。

【表2】

[1]测定时间10分钟、温度变化率±2.0℃/hour的变动

[2]测定时间10分钟、温度变化率±4.0℃/hour的变动

[3]测定时间5分钟、温度变化率±4.0℃/hour的变动

[4]测定时间3分钟、温度变化率±2.0℃/hour的变动

从表2的结果可知，缩短测定时间，温度变化小的测定误差也小。

另外，在DMD测定中，由于波长850nm下的光纤传输损耗约为2.4dB/km这样的较大值，因此为了减小测定干扰，需要增加测定平均化的次数，测定很费时间。在该实施例中，作为减少测定时间的方法，通过增大光源的输出并使用测定灵敏度高的检测器来解决该问题。作为减少测定时间的方法，除此以外也可以提高检测器的数据采样速度等。

(关于DMD测定的补充说明)

DMD测定是由IEC/PAS 60793—1—49(参照非专利文献2)标准化了的测定方法，其是用于测定多模光纤的模色散的方法。所谓的DMD(Differential mode delay，差分模延迟)被定义为模式之间的延迟时间差，即，在被测定光纤的径向位移(offset)的某个范围内(R_inner～R_outer)，最快模式与最慢模式的脉冲迟延时间差。

(DMD测定方法)

如图4所示，使用具有纤芯区域2和设置于其外周的包层区域3的被测定光纤1，使光从激励光纤(单模光纤)向该被测定光纤1的纤芯区域2的某个位置(激励位置4)射入，并测定其脉冲响应。使该激励位置4从R_inner＝0μm(纤芯中心)到R_outer＝23μm进行径向变化，并测定各点的脉冲响应。该脉冲响应如图5所示，按位移位置进行记录。

(DMD算出方法)

从测定得来的数据中，将相当于位移的峰值功率的25％的点设为快速转折点、慢速转折点(fast edge、slow edge)。将某一位移范围内(图5中为R＝1～5μm)的快速转折点(fast edge)中的最快点设为T_fast，将慢速转折点(slow edge)中的最慢点设为T_slow。此时的DMD值如下式(10)所示。

DMD＝(T_slow-T_fast)-ΔT_REF       ···(10)

用入射脉冲的脉冲幅度△T_pulse和波长色散的色散△t_chrom将△T_REF表示于下式(11)。

ΔT_REF＝(ΔT² _pulse+Δt² _chrom)^1/2          ···(11)

关于如上算出的DMD，分别算出径向位移在R＝5～18μm的范围(inner)和R＝0～23μm的范围(outer)的DMD。

(DMD的标准)

依据IEC 60793—2—10(参照非专利文献6)的Ala.2的、以10Gbps可传输300m的光纤，由DMD的计算方法算出的两个DMD必须满足表3中的六个模板(template)中的一个。

【表3】

 

模板号	内部掩模DMD(ps/m)forR<sub>INNER</sub>＝5μm toR<sub>OUTER</sub>＝18μm	外部掩模DMD(ps/m)forR<sub>INNER</sub>＝0μm toR<sub>OUTER</sub>＝23μm
			1	≤0.23	≤0.70
2	≤0.24	≤0.60
			3	≤0.25	≤0.50
4	≤0.26	≤0.40
			5	≤0.27	≤0.35
6	≤0.33	≤0.33

Claims (5)

1.一种多模光纤的测定方法，其特征在于，在多模光纤的DMD测定中，在上述多模光纤的DMD测定时间内测定上述多模光纤的温度，上述温度的变化量ΔT_max满足下式(A)，

$\mathrm{\Δ}{T}_{\max }\≤\frac{0.05\×c\×{\mathrm{DMD}}_{\min }}{\mathrm{\β}+\mathrm{\α}\×n}$           …式(A)

其中，α、β、n是与构成上述多模光纤的材料相关的参数，α是线膨胀系数，β是折射率温度系数，n是折射率；c是光速3×10⁸m/s，DMD_min是可由测定器测定的最小DMD值。

2.根据权利要求1所述的多模光纤的测定方法，其特征在于，上述温度的变化量ΔT_max小于或等于0.4℃。

3.根据权利要求1所述的多模光纤的测定方法，其特征在于，上述温度的变化量ΔT_max小于或等于0.3℃。

4.根据权利要求1所述的多模光纤的测定方法，其特征在于，使上述测定时间小于或等于10分钟。

5.根据权利要求1所述的多模光纤的测定方法，其特征在于，使上述测定时间小于或等于3分钟。

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