CN1034695C - 光纤耦合器的制造方法 - Google Patents

Abstract

制造光纤耦合器的一种方法，首先把一批光纤熔融并延伸至所需的分流比后将一定量的光纤引入这批光纤中之一的第一端；其次使引入的光于此光纤的第二端反射并返回而再次通过其内这批光纤形成的耦合器，在此光纤的第一端探测返回的光；最后据此探测出的光量与入射光量之比来控制此耦合器延伸作业的终止，其中在这批光纤中至少之一的末端侧设置有一防反射装置。

Description

光纤耦合器的制造方法

本发明涉及光纤耦合器的一种制造方法，即通过对集束的光纤部分进行加热、熔融与延伸来制造光纤耦合器的一种所谓熔融延伸法。

光纤耦合器乃是一种用来对通过一批光纤之光进行分流与耦合的装置。为了制造出具有所需分流比之光纤耦合器，必须在熔融延伸过程中对此种分流比进行监控。

一种已知的用来监控此分流比的方法为透射监控法，披露于日本特许(公开)昭63-175812号中。在此方法中，如图2所示，将用来制造光纤耦合器5之光纤4与4′的组合体的一端或第一端同光源1耦合，而将其另一端或第二端同光电探测器6与6′耦合。利用光电探测器6与6′接收的光功率，由计算机来计算此耦合器的分流比。另一种已知的用来监控分流比的方法是反射监控法，描述于日本特许申请，平1-275616号中。在此方法中，如图3所示，将光导入用于制造光纤耦合器5之光纤4与4′的组合体第一端内，光在第二端被反射，此反射的光被引导通过耦合器5与一分流耦合器2，到过光电探测器6与6′。根据光电探测器的探测结果，即可测定耦合器的分流比。

在图2所示的透射监探法中，每当制造一耦合器时，就需在接头“a”与“b”处进行连接。这种连接工作需要提高的技巧，有时还会造成测量误差。反射监控法的优点是毋须这样一种连接工作，但缺点在于：来自光源1的光当通过光纤而在端部9′以及在开端9处被反射时，所反射的光在耦合器5内将相互干扰，造成分流比的测量误差。

为此，本发明之目的在于利用反射监控法的不需在每次构成耦合器时都要进行连接工作的优点，但能减少传统反射监控法中所发生的测量误差。

上述目的将通过后附权利要求1、7、10、11与13中所述的有创造性的方法与设备来实现。

下面对照附图详述本发明的，用来在反射监控法中减少测量误差的各种方法与设备，在附图中：

图1示范性地阐明根据反射监控法来制造耦合器的一种方法，它是本发明依照权利要求1之方法的一个特例；

图2示范性地阐明根据一种传统的透射监控法来制造耦合器的方法；

图3示范性地阐明一种根据传统的反射监控法来制造耦合器的方法；

图4示明瑞利散射光功率相对于光纤长度的关系；

图5示意性地表明用来实施本发明的一种制造光纤耦合器之方法中，光纤耦合器制造设备的略图；

图6为一流程图，示明根据本发明的一种制造方法来制造光纤耦合器时的步骤系列；

图7为一曲线图，表示了据本发明制造方法所制的光纤耦合器与据常规方法所制光纤耦合器二者的分流比；

图8示意地表明一种光测量系统的略图，用来阐明制造本发明之光纤耦合器的另一种方法；

图9给出了一个表，对比了在传统反射监控测量系统中与本发明的一种反射监控测量系统中，所接收之光功率的测量结果；

图10示意地表明一种光测量系统的略图，用来阐明制造本发明之光纤耦合器的又一种方法；

图11给出了一个表，对比了在传统反射监控测量系统中与本发明的一种反射监控测量系统中，所接收之光功率的测量结果；

图12为一曲线图，表明了脉冲光的瑞利散射特性；

图13示意地表明了实施本发明一种制造光纤耦合器的方法时，所用的一种光纤耦合器制造设备的略图；

图14为一流程图，示明了据本发明的一种制造方法来制造光纤耦合器的工序系列；

图15为一曲线图，表明了据本发明的一种制造方法与据一种传统方法所制的光纤耦合器二者的分流比；

图16示意地表明了反射监控法系统另一基本结构的略图；而

图17示意地表明了反射监控法系统又一基本结构的略图。

图1为用来说明依据权利要求1的反射监控法的示意图。长单模光纤4与4′分别卷缠到绕线架上。光纤4的第一端通过一分离耦合器2连至光源1，而它的第二端则通过一耦合器5连至一反射装置8，这通常要把光纤的端部切割平整。分流耦合器2中分流光纤的第一端连至一光电探测器6，而其第二端则同一防反射装置了耦合。光纤4′的第一端与光电探测器6′连接，而其第二端则经耦合器5与防反射装置3′相连。

从光源1发出的光通过分流耦合器2耦合器5，为反射装置8所反射。所反射的光导至由光电换能元件构成的光电探测器6与6′，据此来测量反射光量。将此种光量供给一计算机7，计算出分流比。所算出的分流比即用来控制制造耦合器5的设备。

根据权利要求1，提供了一种制造光纤耦合器的方法，它包括以下几个步骤：第一步，当一批光纤经熔融与延伸，达到所需的分流比时，将规定量的光引入到其中至少一根光纤的第一端；第二步，使上面引入的光在此光纤的第二端反射，返转并再次通过这样形成的耦合器，并在此光纤的第一端探测此返回的光；第三步，用来控制此耦合器的延伸率，得以根据所探出之光量与入射光量之比而终止延伸；其中，至少是在一批光纤4与4′中之一的末端侧设置一种防反射装置，或是在除已导入光之光纤的所有其它光纤的末端侧设置防反射装置3与3′。

为了实现上述防反射装置，可以将此种光纤的末端浸没于黑墨水一类光吸收材料或硅油之类折射率匹配油中，可以将光纤的末端弯曲来减小其直径而导致光损耗，或可以斜切或者抛光光纤的末端。

本发明根据权利要求1所采用的一种较为特别的装置形式是，在相应的制造方法中采用很长的光纤，将光源与光电探测器设在一批光纤的第一端侧，而在这批光纤的第二端侧来形成一耦合器的成形部分。

在图1所示的本发明据权利要求1的制造方法中，卷缠在绕线架之光纤4′在末端上的菲涅耳反射，例如可以通过将此末端浸没于折射率匹配油中来防止。这种菲涅耳反射仅仅是由位于光纤4末端处的反射装置8而引起的。这样就不再会发生反射光的干扰，而光电探测器6′的测量结果就不会变化在耦合器2的远端侧还设有防反射装置3，使光电探测器6的测量值同样能稳定。

为了断定本发明据权利要求1的有益效果，对图3中所示传统的反射监控测量系统与图1中所示本发明的反射监控测量系统，测量和比较了二者为光电探测器6与6′所接收之光功率的稳定性。光源1为能产生0.85μm波长之光的LD(激光二极管)光源。卷缠到绕线架上的光纤4与4′为0.85μm波段的单模光纤。据本发明的反射监控测量系统，制造了一种分流比为50％的光纤耦合器。在光纤4的接近其末端的部分处于振动状态下，测量了光电探测器6与6′所接收的光量。测量的结果是：在传统的反射法中，光电探测器6所接收的光量在-37.6至-44.6dBm(毫瓦分贝)的范围内变化，而光电探测器6所接收的光量是在-34.3至-41.7dBm范围内变化。在本发明的方法中，光电探测器6接收的光量是在-38.0dBm处而几乎无变化，而光电探测器6′接收的光量则几乎不变地为-35.0dBm。利用光电探测器6与6′的测量结果求出了分流比的变化范围。在传统的反射监控法中，此分流比在23％至76％的范围内有大幅度改变，而在本发明的反射监控法中，由于接收的光量稳定，分流比的变化几乎不存在。

如上所述，本发明据权利要求1的光纤耦合器的制造方法，能够消除导致测量误差的菲涅耳反射光的干扰，后者实为反射监控法的缺点；但同时却能利用其不需在每次构成耦合器时进行连接工作的优点。因此，这种方法能提高光纤耦合器的制造效率和改进分流比的测量精度。

在图3所示的方法中，来自光纤4开端的待探测的反射光乃是一种弱菲涅耳反射光。因此，在光纤4很长的情形下。所探测到的反射光会显著地受到光纤4与4′内瑞利散射的影响，而这将造成测量误差。

从光纤入射端输入到其中的光会在此光纤的末端被反射而返回到这一入射端。所返回的光包括来自该末端的菲涅耳反射光以及普遍存在于整个光纤内的瑞利散射光。菲涅耳反射的光功率Pr由下式给定：

Pr＝Po·α·γ.其中，γ为菲涅耳反射系数，α为光纤透过率(＝透射时发射的光功率/透射时入射的光功率)，Po为入射的光功率。

上式表明，当光纤很长而它的透过率很小时，菲涅耳反射光功率便变得极小。如图4所示，瑞利散射光功率随光纤的增长而变大。因而在采用长光纤时，瑞利散射的光有很大影响。据此可知，要地在光纤内只有瑞利散射光功率可以测量出，则从既含瑞利散射光功率又含菲涅耳反射光功率的那种光功率中，只能计算出菲涅耳反射光功率。

为此，本发明之据权利要求7的方法即是以适才所述的原理为基础，而目的在于提供一种制造光纤耦合器的方法，使得瑞利散射在监控分离比中的影响降至最低限度。

为了达到上述目的，根据权利要求7提供了制造光纤耦合器的一种方法，其中，当通过加热、熔融和延伸一批光纤组成的耦合器成形部时，探测通过此耦合器成形部的光量，并根据所探测出的这一光量来控制此耦合器成形部处理过程的终止；这一方法包以下几步：第一步，在加热和熔融耦合器成形部之前，从它的至少一根光纤的第一端导入一定量的光，在此光纤的第一端探测光纤中的瑞利散射光量；第二步，在加热与熔融耦合器成形部分后，使从此光纤第一端导入的一定量的光通过耦器成形部分，它到光纤的第二端处即被反射，而后使之再次通过此耦合器成形部分，并在一批光纤的各第一端测定反射光量；第三步，将第一步中探测出的光量以及在第二步出探测出的各相应光量加以校准，根据已校准的这些光量的有关比值，控制此耦合器成形部分延长过程的终止。

在这一方法中，最好是在光纤的第二端消除菲涅耳反射的条件下来探测瑞利散射光。而且，最好是通过将此光纤的第二端浸没于某种折射率匹配液中来消除菲涅耳反射。

如上所述，在耦合器成形部分加热与熔融，补助地光纤的第一端；来探测光纤中的瑞利散射光量。可以用数值形式求出光纤中导致的瑞利散射光。然后，在耦合器成形部加热与熔融之后，从光纤的第一端输入一定量的光，并在一批光纤的第一端探测所反射的光量。从反射光的探测值减去瑞利散射光的探测值，就能求得制造中的耦合器内的菲涅耳反射光量。根据这样求得的菲涅耳反射光量业计算此光纤耦合器的分流比，将可提供一种精确的分流比。

参看图5，首先来描述实施本发明依据权利要求7的耦合器制造方法所用到的制造光纤耦合器的一种设备，在定制造设备中，采用了一对卷缠到绕线架2上之长单模光纤1。当光纤从此绕线架上拉出时，次第形成了分流比为1∶1(50％)的一批光纤耦合器。在本实施例中，采用了两根精确一致的光纤。为便于说明，称位于图中上方的光纤为第一光纤并记为1a，而称图中下方的光纤为第二光纤并记为1b。光纤1a与1b的第一端与各种用来监控待形成之光纤耦合器3之分流比的以及用来控制耦合器成形作业的装置耦合。此两根光纤的第二端则浸没于折射率匹配油槽4a-4b中，用来防止菲耳反射。第二光纤1b的第或其它端常浸没在折射率匹配油槽4b中。第一光纤1a的第一端浸入于折射率匹配油槽4a中，并在此后给定的制造过程中从其中取出。上述光纤1a的第一端是在要于其第二端处消除菲耳反射时浸入此油槽中，而当菲耳反射在该处有效地起作用时从此油槽中取出。在光纤1a与1b的靠近折射率匹配油槽4a与4b的一处，形成一耦合器成形部5。此耦合器成形部5是按以下方式形成的：在光纤1a与1b的待形成此耦合器成形部的那些部分上，将其上的覆盖除去，并在此处将光纤集来。用燃烧器之类的适当加热装置将这样形成的耦合器形成部加热并熔融，同时使之延伸，这样便形成了耦合器。为此目的，将此耦合器成形部5装配到一配备为燃烧器6与处理台7的处理机架8上。

第一光纤1a的第一端1a通过一测量用耦合器9连接到SLD(超发光二极管)之类的光源10上。从光源10发出一定量的光，并通过此测量耦合器9将其从光纤1a的第一端导入此光纤1a之内。对于耦合器9在第一光纤1a侧的分流情形中，此耦合器的第一端连接到第一光纤1a上，而其第二端则置于折射率匹配油槽4c中，以防止光在此第二端反射。至于此耦合器在监控装置侧的分流，此时这一耦合器的第一端连到光源10上，而其第二端连接着一第一光电探测器11。第二光纤16的第一端则连至一第二光电探测器12。在本实施例中，这些光电探测器都是由光电换能元件构成，且连到一台计算机13上以计算分流比。

在第一光纤1a之第二端处所反射的光，于耦合器成形部分中分流成进入第一光纤1a的光和进入第二光纤的光。这一反射的光通过第一光纤1a，再次分流进入其接受探测处的光电探测器11中。这一反射的光还通过第二光纤1b，同时进入第二光电探测器12，并在此接受探测。第一光电探测器11探测两种类型的光，一种是只含瑞利散射光的照射光，另一种光含有照射的瑞利散射光与菲耳反射光。为了探测前者，将第一光纤1a的第二端浸入折射率匹配油槽4a中以消除菲耳反射光。为了探测后者。将此第二端从油槽4a中取出，使进入的光有效地发生菲耳反射。

第一与二光电探测器11与12探测出的值输入到计算机13中，用来计算分流比。此计算机应用后面给定的公式来计算分流比。当所计算的值达到预定的分流比(本实施例中为50％)时，计算机即输出一控制信号，停止与此计算机耦连的延伸控制14的延伸作业。

上述延伸控制器14耦连着延伸机架8，响应计算机13的控制信号来驱动此机架8。机架9配备有用来加热耦合器成形即5的燃烧器6以及延伸台7。利用此机架8，耦合器成形部5得以加热、熔融与延伸。上述延伸控制器14在收到计算机13的停止控制信号后，根据这一信号即终止机架8的作业。

下面简述权利要求7之监控方法的原理。设在光纤耦合器制成之前为第一光电探测器11探测出的光功率为P0，而当此耦合器于制造过程中为第一第二光电探测器探测出的光功率为P1与P2，则光纤耦合器3的分流比(定义为支线中光功率之比)，亦即在此耦合器制造过程中为计算机13所计算出的分流比，表示为：

分流比＝(s/(t＋s)×100％其中，t＝(P1/P0)，S＝(α1/α2)S0(p2²/Po·P1)  在上述式子中，21与22为第一与第二光纤1a与1b的透过率(发射出的光功率/入射的光功率)，而S0为干线的透过率(干线发射出的光功率/干线入射的光功率)。利用上述公式由计算机13进行计算，当达到所需的分流比时，计算机即输出一信号，终止耦合器成形部的处理作业。事实上，上述光功率P0、P1与P2要用后面给定过程中所探测出的瑞利散射光的数值，以减除的公式加以校正。

下面对照图6所示流程来描述耦合器的制造步骤序列。开始时，将光纤1的覆盖层部分地剩除形成耦合器成形部5(步骤201)。将耦合器形成部5的两端装定到机架8的延伸台7与7上(步骤202)。随后，将第一光纤1a的第二端浸入折射率匹配油槽4a中(步骤203)，再行接通先源10(步骤204)。出现于第一光纤1a中的瑞利散射光用第一光电探测器11予以探测(步骤205)。将第一光纤1a的第二端从油槽4a中抽出(步骤206)，使之适合于发生菲耳反射。然后由第一光电探测器11探测反射光P0(步骤207)。在这样的状态下，用燃烧器6(步骤208)加热和熔融耦合器成形部5(步骤208)，并加以延伸(步骤209)。在此延伸过程中，用第一与第二光电探测器11与12探测出光功率P1与P2(步骤210)。将所探测出的值输入计算机13。应用上述光功率值(P0、P1与P2)以及所探测出的用来校正前者的瑞利散射光值，由计算机来算出分流比(步骤211)。在延伸过程中重复光功率P1-P2的探测作业并计算分流比，直至后者达到50％(步骤212)。当达到这一50％的值时，计算机即对处理延伸控制器14输出一停止信号。响应这一停止信号，延伸控制器14便停止机架8的延伸作业(步骤213)。将这样形成的光纤耦合器3模压上或粘合上一防护件(未示明)，例如石英玻璃制的外壳(步骤214)。

重复以上各制造步骤，从两根卷缠到绕线架上的长光纤，可相续形成许多光纤耦合器3。应该注意到，只当制造第一个光纤耦合器3时，才需将测量用耦合器9与第二光电探测器耦连到第一与第二光纤1a与1b上，而在制造第二个及之后的耦合器时，就可省去上述耦连工作。

据上述实施例的制造方法，业已制成了一批光纤耦合器3，同时测量了它们的分流比。光源10为0.85μm波长的超发光二极管。第一与第二光纤都是0.85μm波段的1公里长的单模光纤。耦合器9亦为0.85μm波段的单模耦合器。

在上述条件下，在监控分流比的同时制造出不同分流比的一系列光纤耦合器。由透射监控法测量了所制成之光纤耦合器的分流比。测量结果标绘于图7，其中以黑点表示用本发明方法所制光纤耦合器的分比，而以中空的黑圈表示传统反射监控法所制耦合器的分流比。从图中看出，本实施例之反射监控法的测量结果与本实施例之透射监控法的测量结果理想的一致，这就是说，用本发明的反射监控法所制成的光纤耦合器有着精确的分流比。传统反射监控法的测量结果则与传统透射监控法的测量结果不一致。因此，传统反射监控法所制的光纤耦合器的分流比是不够精确的。根据以上事实，本实施例的反射监控法已成功地消除了瑞利散射光的影响。

从以上所述可知，在本发明的权利要求7的方法中，光纤内引起的瑞利散射光是事先予以探测的。在耦合器成形部延伸过程中来监控分流比时，即用测出的瑞利散射光值来校正所探测得的反射光值。因此，瑞利散射光的影响可以降至最低限度，而所制得的光纤耦合器具有精确分他流。

现在来描述本发明权利要求10的方法，同时来认识此方法的优点。必须指出，正如上面讨论到的，在反射监控法中，当反射光从一批光纤的端部返回时，这种光是用光纤耦合器耦合的。在此情形下，反射的光将相互干扰，因而反射光的功率会变化。来自用于形成耦合器的在绕线架上之光纤的瑞利散射光会相互干扰，或者这种瑞利散射光会与反射光相互干扰，因而接收到的光功率要发生变化。接收到的光功率的这种变化会在反射监控法中造成测量误差。

为了解决上述问题，本发明据权利要求10提供了一种制造光纤耦合器的方法，它能够消除反射光间的互扰、瑞利散射光间的互扰以及反射光与瑞利散射光间的互扰，同时还能利用反射监控法的优点：应用低相干光作为入射到光纤第一端上的光，而不必在每一光纤耦合器的制造中部需进行光纤的连接工作。

具体地说，提供了这样一种制造纤耦合器的方法，其中，在通过加热、熔融和延伸一批光纤来形成光纤耦合器时，将光人一根纤的第一端导入其中，使之通过耦合器成形部，并在此光纤的第二端被反射，这时在此光纤的第一端探测反射光，并根据这一探测值来控制延伸作业，其中入射到光纤第一端上的光为低相干光。

图8示明实施例本发明上述有创造性之方法的一种设备之说明性实施例。为了精确地计算分流比，必须精确地测量从绕在架上的光纤2a或2b之远端返回的菲耳反射光，所用探测仪器为图8中的示的光电探测器6a或6b。要是所用的光源为高相干型，则菲耳反射光就将从光纤2a与2b两者返回而在制造过程中耦合到光纤耦合器3中，这样的光将相互干扰。此外，来自绕线架上光纤的瑞利散射光也会相互干扰，则时瑞到散射光与菲耳反射光也将相互干扰。这样干扰的结果将使光电探测器6a与6b处接收的光功率变化，引致测量误差。

采用低相干型的光源时，就可防止菲耳反射光与瑞利散射光的相互干扰，可使接收到的光功率在光电探测器6a与6b中不发生变化。

图8中，参考数号1a指低相干型SKC光源。分流比的测量原理与参看图3所描述的相同。由于在本实施例中，是以低相干型的SLD为先源，因此测量不受干扰与光功率变化的影响，从而可以保证从事精确的测量。在图8的情形中，采用SUD为光源是为了获得低相干光，但任何其它适当的光源也是可以用于此同一目的的。

为了断定本发明的上述有益效果，应用图8中所示的反射测量监控系统测量和比较了光电探测器6a与6b的光功率稳定性，一次用高相干光，一次用低相干光，其中所用LD(激光二极管)的工作波长为0.85μm。

此测量系统中，用作制造条件下的光纤耦合器3的供测量用的光纤耦合器，都是0.85μm波段的单模耦合器。绕线架上的光纤2a与2b也因为0.85μm波段的单模光纤，长5公里。在两次测量中制得了分流比为50％的光纤耦合器。在用于测量目的之绕线架上之光纤2a与光纤耦合器3发生变化的条件下，由光电探测器6a与6b测量了接收的光功率。测量的结果列出于图9的表中。从表中看出，由光电探测器6a与6b测量出的所接收的光功率，当采用低相干、光时为稳定的，而当采用高相干光时则在一定的范围内变化。

利用图9表中所示光电探测器6a与6b的测量结果，计算了分流比的变化。在用高相干光的监控法中，分流比的变化范围为46％-53％。在本发明的监控法中，则已断定分流比无变化，这是由于所接收的光功率是稳定的。

从上述可知，本发明的制造耦合器的方法成功地消除了由菲耳反射光与瑞利散射光干扰造成的不利影响(这样的干扰在反射监控法中会导致测量误差)，同时却利用了反射监控法的优点。因此，本发明的这一制造光纤耦合器的方法能够提高制造效率和改进分流比的测量精度。

权利要求11的反射监控法，对于反射监控法中来自一批光纤的反射光相互干扰而使反射光的功率变化的问题，提供了另一种解决方法，供形成耦合器用在绕线架上之光纤的瑞利散射光会相互干扰，而瑞利散射光和反射光也会相互干扰，使得接收的光功率将发生变化，所接收到的光功率的这种变化便可在反射监控法中造成测量误差。

根据权利要求11，本发明提供了一种制造光纤耦合器的方法，它能够消除因反射光间的、瑞利散射光间的以及反射光与瑞利散射珧间的互扰所导致的测量误差，同时还能利用反射监控法不必要在每次制造光纤耦合器时都需作纤维连接工作的优点。

在权利要求11的光纤耦合器制造方法中，当加热、熔融与延伸一批光纤来形成光纤耦合器时，使从一根光纤一端的第一端引入其中的光通过耦合器成形部，并在此光纤的第二端被反射，此时在光纤的第一端探测此掇射光、并根据这一探测值来控制延伸作业，其中，因菲涅耳反射光与瑞利散射光的干扰而造成接收的光功率变化，是在强制条件下引致并随时间而均化，由此使所接收的光稳定化。

如权利要求12所述，通过改变经光纤与光纤耦合器传播的光的相位、偏振与频率三者中的至少一个，可以强制性地引起因菲涅耳反射光与瑞利散射光的干扰而导致的所接收之光功率的变化。

图10表明的实施权利要求11中方法的一种设备。为了精确地算出分流比，必须精确地侧量由绕线架上光纤远端返回的菲涅耳反射光，后者由图10所示光电探测器6a或6b探测。要是所用的光源为高相干型，菲涅耳反射光会从光纤2a与2b两者返回，而在制造过程中耦合到光纤耦合器5中。除此，来自绕线架上光纤中的瑞利散射光将相互干扰，而这种瑞利散射光与匪涅耳反射光也将相互干扰。干扰的结果使得光片探测器6a与6b所接收的光功率变化，导致测量误差。

根据本发明权利要求11中的方法，使得将导致干扰的菲涅耳反射光与瑞利散射光2相位、偏振与频率三者中至少有一个改变，由此而强制性地引起菲涅耳反射光与瑞利散射光所造成的光功率变化。例如，要是用偏振/相位调制器在高速下改变菲涅耳反射光与瑞利散射光的偏振和相位，则干扰的光之功率也会以高速变化。当这种干扰光的功率的变化速度相对于光电探测器6a与6b的均化时间足够的高，则各光电探测器6a与6b所接收的光功率就被均化而取一稳定值。结果是，即含菲涅耳反射光与瑞利散射光发生干扰，光电探测器6a与6b所接收的光也不会有变化。

图10中，参考数号8代表一利用了压电元件的偏振/相位，调制器。在图10所示的实施例中，偏振/相位调制器是插在光源1与光纤耦合器3之间。由于干扰光的功率因偏转/相位调制器8而高速的改变，使得光电探测器6a与6b所测得的是均化了和与稳定化的光功率，因而实现了精确的测量。

在图10所示实施例中，采用了压电元件的偏振/相位调制器被用作为改变干扰光功率的装置，它可以由至少能改变光的相位、偏振与频率中之一的另一种装置代替。此外，这种偏振/相位调制器，亦可设置在异于图10所示插入位置的任何其它处于光源，至光电探测器6a与6b光路的位置上。

为了断定本发明的权利要求11中方法的有利影响，在有和没有调制器8的条件下，应用图10中所示反射监控测量系统测量和比较了光电探测器6a与6b的光功率稳定性。两种情形下都用0.85um波长的LD为光源。

用作为制造中的光纤耦合器3的供测量用的光纤耦合器，在以上两种情形下都是0.85um波段牟单模耦合器。绕线架上的光纤2a与2b都是5公里长，同样是0.85um的单模光纤。偏振/相位调制器8是由卷绕了0.85um波段单模光纤之管状的压电元件构制成。在此两种测量系统中，制造了分流比为50％的光纤耦合器。在绕线架上之光纤2a与供测量用的光纤耦合器3之间引起的振动的条件下，由光电探测器6a与6b测量了接收的光功率。测量的结果列出于图11的表中。从表中看出，应用了调制器8时由光电探测器6a与6b所测量的接收光功率是稳定的，而在未采用调制器8时，测量出的结果收在表中示出的范围内变化。

应用图11所示光电探测器6a与6b的测量结果计算了分流比的变化，在没有调制器8的监控方法中，分流比在46％至53％的范围内变化。在有调制器8的监控方法中，则肯定了分流比无变化，因为接收光功率是稳定的。

从上述可知，权利要求11的耦合器制造方法成功地消除了，将在此种反射监控法中导致测量误差的菲涅耳反射反射光与瑞利散射光的不利影响，同时都利用了反射监控法的有利特点。因此，这种耦合器制造方法能够提高光纤耦合器的制造效率，同时可改进分流比的测量精度。

下面讨论权利要求13中的方法，如已述及的，当图1中的光纤4很长时，所探测出的反射光显著地受到光纤4与4′中瑞利散射的影响。这种瑞利散射会造成测量误差。

当有脉冲先导入长的光纤内时，会在整个光纤内造成瑞利散射。于是，返回到光纤入射端的瑞利散射光(作为反射光探测)取呼12所示的时间相关波形。当脉冲光重复地进入光纤内而脉冲发生间隔以逐渐减小时，成批脉冲光的散射光就会相互重叠，而时间相关性质将渐次消失，同时，菲涅耳反射只发生光纤的第二端或远端。因此，要是脉冲光重复地入射到光纤上，菲涅耳反射光会返回到入射端，同时保持其原有的波形，即与入射光的波形相同。因此，要是采用脉冲发生间隔短的调制光，即采用高调制频率调制的光时，瑞利散射光是作为无时间相关性的固定功率之光来探测的，而菲涅耳反射光是作为具有原始波形的调制光功率来探测的。

权利要求13的方法是以上述原理为根据的，而其目的在于提供一种能在监控分流比时使瑞利散射影响最小的制造光纤耦合器的方法。

为了实现上述目的，在权利要求13的制造光纤耦合器的方法中，在加热、熔融和延伸一批光纤所成的耦合器成形部时，探测通过耦合器成形部的光量，并根据所探测出的光量来控制此耦合器成形部延伸过程的终止；此方法包括：

第一步，将预定量的已调制光从一批光纤中至少一根的第一端导入；

第二步，当此已调制光通过前述耦合器成形部时，在所说光纤的第二端反射，再次通过该耦合器成形部，在这批光纤中之一的第一端探测此反射光；与

第三步，根据所探测出的反射光量与入射的一定量已调制光之比，来控制耦合器成形部延伸过程的终止。

在上述方法中，进行反射光的探测最好与入射的已调制光同步。反射光最好在探测前放大。此外，最好把锁定放大器用于这一放大目的。

已调制的光从一光纤的第一端进入，而与从此光纤第二端之反射光同步的已调制波是在光纤的第一端探测。这样，光的进入与探测可以只在光纤的第一端进行。此外，是把一种已调制光用于测量目的而又探测这种已调制光，因而菲涅耳反射光与瑞利散射光可以有区别地探测。

如果此种反射光是与入射的已调制光同步地探测，则菲涅耳反射光能够被选用于探测目的。这时，要是将此已调制光放大，则只有待测量的菲涅耳反射光配被放大，而使瑞利散射的影响降至最低限度。

下面参看图13描述用来实施权利要求13中光纤耦合器制造方法一种相应设备。在这一光纤耦合器的制造设备中，采用了卷缠在绕线架上2的一对长的单模光纤1。从绕线架上拉出光纤的同时，相续地制得了分流比为1∶1(50％)的一批光纤耦合器了。在本实施例中，用到的这两根光纤精确的一致，为便于说明，称位于图中上方的光纤为第一光纤，记为1a；称位于图中下方的光纤为第二光纤，记为1b。光纤1a与1b的第一端耦连到用来监控待制造的光纤耦合器3的分流比以及用来控制耦合器成形作业的各种装置上。这两根光纤的第二端是开放的。第一光纤1a的开端仅仅是空开着，但第二光纤1b的开端则浸入于折射率匹配油槽4中。第一与第二光纤1a与1b的耦合器成形部形成在光纤1a与1b的靠近折射率匹配油槽4的一处。形成耦合器成形部5时，要将待形成这一部分处的光纤的覆盖层剥除，并在此处将光纤紧密结合。用燃烧器之类适当的加热装置加热和熔融按以上方式形成的耦合器成形部，并把它延伸，便可形成一光纤耦合器。为此目的，将耦合器形成部5设置于一配备有一燃烧器6和几个延伸台7的延伸机架8上。

第一光纤1a的第一端通过一侧量用耦合器9连至一已调制光原10，例如一种半导体激光器装置上，光源10的上游侧则连接一调制信号源11。由半导体激光器构成的已调制光源10响应调制信号源11的信号，发射高频的已调制光(脉冲光)。这就是说，根据调制信号源11的调制信号可从光源11产生所需的脉冲光，它经过测量量用耦合器9，从光纤1a的第一端进入此光纤中。对于耦合器9在第一光纤1a侧的分流，是将此耦合器的第一端连到第一光纤1a上，而将其第二端浸入于折射率匹配油槽4中以防止光在此第二端反射。对于耦合器9在监控装置侧的分流，是将此耦合器的秕一端连到光源10上，而将其第二端连接着第一光电探测器12，第二光纤1b的第一端连接阗第一第二不电探测器13。这两个光电探测器12与13是由光电换能元伯构成，用来将导引到其上的反射光转换为电信号。更具体地说，来自第一光纤1a第二端的反射光通过耦合器成形部分，并在其中分流。分流的光被导引到第一与第二光纤1a与1b，此分流的反射光通过第一光纤1a，进一步为测量用耦合器9分流，再引导到第一光电探测器12，在这里接受探测。这一分流的反射光在通过第二光纤1b之后，则被引导到第二光是民探测器13处理探测。

第一锁定放大器14连到它上游侧处的第一光电探测器12上。第二锁定放大器14则连至其上游侧处的第二光电探测器13上。这两台放大器14与15耦连阗一台用来计算分流比的计算机16，起到放大前述反射光中菲涅耳反射光的作用，此外，放大器14与15与调制信号源11耦连，根据调制信号源11的信号同步运行。这就是说，此两台放大器拾取并放大这样的已调制光，此种已调制光来自光电探测器12与13所探测出的反射光，且业已从光源11用于光纤对1上。于是，这两台放大器放大了其中还含有瑞利散射光的所探测出之光中的菲涅耳反射光，使得瑞利散射光量低于菲涅耳反射光量，由此便减小了瑞利散射光的影响。根据锁定放大器14与15所放大有反射光量，应用后面给出的公式，用计算机16计算了分流比，当计算出的值达到预定的分流比(本实施例中为50％)时，此计算机即输出一控制信号，使与此计算机耦连的一台延伸控制器17终止其延伸作业。

上述延伸控制器17与延伸机架8耦连，响应计算机16的控制信号来驱动此机架8。机架8配备有用来加热耦合器形成部5的燃烧器6，还配有延伸台7。利用此机架，可加热、熔融和延伸耦合器成形部5。延伸控制器17在接收到计算机16的控制信号后，即据此终止机架8的延伸作业。

下面简述权利要求13中监控法的原理。设在上述光纤耦合器制成的前为第一光电探测器探测到的光功率为90，而在此耦合器制造中为第一与第二光电探测器12与13探测出的光功率为P1与P2，则在耦合器制造过程中由计算机16所计算的光纤耦合器3的分流比(由分支中功率之比确定)表示为：

分流比＝(S/(t＋s))×100％

式中，t＝(P1/P0)^1/2，

S＝(α1/α2)S0(P2/P0.P1)^1/2

上式中，α1与α2为第一与第二光纤1a与1b的透过率(发射出的光功率/入射的光功率)，而S0为干线的透过率(干线发射出的光功率/干线入射的光功率)。计算机16即用上述有关公式进行计算。当达到所需的分流比时，此计算机即输出信号，终止耦合器成形部的延伸作业。实际上，光功率P0、P1、P2乃是第一与第二锁定放大器所放大的值。

下面对照图14所示流程来叙述耦合器的一系列制造步骤，开始时，部分地剥除光纤对1的覆盖层以形成耦合器成形部分(步骤201)。将耦合器成形部分的两端装定到机器8的延伸台7与7上(步骤202)。继后，接通调制光源10(步骤203)。由第一光电探测器11探测从第一光纤1a第二端返回的反射光P0(步骤204)。之后，在此状态下，由燃烧器6加热和熔融耦合器民形部分(步骤205)，并予以延伸(步骤206)。在此延伸过程，由第一与第二光电探测器12与13来探测光功率P1与P2(步骤207)。将探测得的值输入计算机16，应用这些光功率值计算出分流比(步骤208)。重复延伸过程中光功率P1与P2的探测作业，同时重复计算分流比，直至此分流比达到50％(步骤209)。在分流比达到了50％时，计算机16输给延伸控制器17一停止信号，响应此停止信号，延伸控制器17即终止机架8的延伸作业(步骤210)。将这样形成的光纤耦合器3模压或粘接上石英玻璃制的外壳之类(未示明的)防护件(步骤211)。

重复上述一系列制造步骤，从卷缠到绕线架2上的两根长光纤相继制成了一批光纤耦合器3。注意到测量耦合器9与第二光电探测器13仅当在制造第一个光纤耦合器3时，才耦合到第一与第二光纤1a与1b之上，而在制造第二个和此后的耦合器时，就可省除这种耦连工作。

根据上述实施例的制造方法，业已制造出一批光纤耦合器3，同时测量了它们的分流比。所和光源10为0.85um波长的超发光二极管。由调制信号源11将一矩形波，200KHZ的调制信号加到光源10上，响应此信号，光源10发出矩形波，200KHZ的脉冲光。第一与第二光纤均为0.85um波段的1公里长的单模光纤。测量用耦合器9亦为0.85um波段的单模光纤。

在上述条件下，于监控分流比的同时制得子不同分流比的一批光纤。用透射监控法测量了所制光纤耦合器的分流比。测量结果标给于图15，其中以黑点表明由本发明方法所制光纤耦合器的分流比，而以中空黑圈表明传统反射控制法所制光纤耦合器的分流比，从图中看出，本实施例的反射监控法与透射监控法二者的测量结果理想的一致，因此根据本实施例之反射监控法已制出了具有精确流的光纤耦合器；而传统的反射监控法与透射监控法二者的测量结果则一致，因此据传统反射监控法所制的光纤耦合器的分流比则有一定程度的不精确。

从以上所述可知，已调制的光是从形成光纤耦合器之光纤和第一端引入的，而在第二端探测它的反射光。根据此探测出的光时和一定的入射的已调制光量之比，来控制此耦合器成形部延伸作业的终止。因此，简化了光纤与监控装置的连接工作。可以区别开地控测匪涅耳反射光与瑞利散射光。要是仅仅选择和探测菲涅耳反射光，就可使瑞利散射光的影响减至最低限度，所制得的光纤具有精确的分流比。

根据以上所述以及各权利要求，显然本发明提供了若干给在反射监控法时获得较佳测量结果的方法与设备。

尽管对本发明提供的几个方法与设备已逐一分别讨论，但显然，不可将这些方法中的若干个结合应用，使得这种反射监控法能获得更佳的结果。

本发明业已对照根据图3所示传统结构之反射监控法系统的若干实施例作了说明。但其它结构，例如图16与17所示的结构，也可作为适合本发明之原理的基本结构。

在图16所示结构中，在包括光纤2b在内的光路中，另外插入有一供测量用的光纤耦合器，在光电探测器6a与6b中分别插接有特性相同的光纤耦合器4a与4b，得以在相同增益下测量反射光功率。

在图17所示结构中，另外采用了光开关10a、10b、与10c。来自光源1的激光，通过控制光开关10a能有选择地导引到光纤2a或光纤2b。通过控制开关10b与10c，可以有选择地对光纤耦合器3测量反射光功率或入射光功率。

Claims (16)

1.一种制造光纤耦合器的一种方法，它包括：

第一步，在将一批光纤熔融与延伸至达到所需的分流比时，把一预定量的光从这批光纤中至少一根的第一端引入；

第二步，上述的引入的光在该光纤的第二端被反射，返回并再次通过拟形成的耦合器，此时在该光纤的第一端探测此返回的光；与

第三步，根据所探测出之光量与引入的入射光量之比，控制上述耦合器延伸作出终止，

其中，第二光纤的第二端连接于防反射装置(3′)，第一光纤的第二端连接于反射装置(8)，从而防止来自第一光纤的第二端的光与来自第二光纤第二端的光之间的干涉。

2.如根据权利要求1所述的制造光纤耦合器的方法，其中的防反射装置是设在除已引入有光的这根光纤之外其它所有光纤的末端侧。

3.如权利要求1或2所述的制造光纤耦合器的方法，其中的防反射装置是通过把述及的这根光纤的末端浸入于光的吸收材料折射率匹配油中来实现。

4.如权利要求1或2所述的光纤耦合器制造的方法，其中的防反射装置是通过弯曲相关光纤的末端，以减小其直径，由此而引起光损耗来实现的。

5.如权利要求1或2所述的光纤耦合器制造方法，其中的防反射装置是通过斜切或抛光相关光纤的末端来实现。

6.如权利要求1或2所述的光纤耦合器制造方法，其中采用了长的光纤，在此种光纤的第一端侧设有光源与光电探测器，而在光纤的第二端侧形成有一耦合器成形部分。

7.一种制造光纤耦合器的方法，其中，在加热、熔融与延伸由一批光纤构成之耦合器成形部分来形成一光纤耦合器时，探测通过此耦合器成形部的光量，并根据探测出的光量控制此耦合器形成部分延伸过程的终止，此方法包括：

第一步，在加热与熔融此耦合器成形部分之前，从这批光纤中的至少一根的第一端引入一定量的光，并在此光纤的第一端探测这一光纤的瑞利散射光量；

第二步，在上述耦合器成形部分加热与熔融之后，使引入述及之光纤第一端的一定量的光通过所说的耦合器成形部分，在此光纤的第二端反射并再次通过这一耦合器形成部分，然后在这批光纤的第一端探测反射光量；与

第三步，校正第一与第二步中各自探测出的光量，并根据所校正的这些光量之比值，  来终止此耦合器成形部分的延伸过程。

8.如权利要求7所述的制造光纤耦合器的方法，其中，在探测瑞利散射光时，于所述光纤的第二端消除菲涅耳反射。

9.如权利要求8所述的制造光纤耦合器方法之一，其中，通过将此所说光纤之第二端浸入于某种折射率匹配液中，来消除此光纤第二端上的菲涅耳反射。

10.制造光纤耦合器的一种方法，它在通过加热、熔融和延伸一批光纤来形成光纤耦合器时，使光从一光纤的第一端引入其中，再通过一耦合器成形部分并在此光纤的第二端反射，于此同时，在紫光纤的第一端探测此反射光，并根据此探测值控制延伸作业，其中，入射到此光纤第一端的光是低相干光。

11.制造光纤耦合器的一种方法，它在由加热、熔融和延伸一批光纤来形成一光纤耦合器时，使光从一光纤的第一端引入，经过一耦合器形成部分，在此光纤的第二端反射，于此同时，在这一光纤的第一端探测此反射光，并根据此探测值来控制延伸作业，其中，在强制条件下，造成所接收之光功率因菲涅耳反射光与瑞利散射光之干涉而发生的变化并使之随时间而均化，由此使接收的光稳定化。

12.如权利要求11所述的光纤耦合器制造方法，其中，是由改变经所述光纤与耦合器传播之光的相位、偏振与频率三者中至少之一，来强制造成所接收之光功率因菲涅耳反射光与瑞利散射光之干涉而发生的变化。

13.制造光纤耦合器的一种方法，其中，在由加热、熔融和延伸一批光纤组成之光纤耦合器形成部分来形成一光纤耦合器时，探测通过此耦合器形成部的光量，并据此探测得的光量来控制此耦合器形成部延伸作业的终止，此方法包括：

第一步，从这批光纤中至少之一的第一端引入一预定量的已调制光；

第二步，此已调制光在通过所说耦合器成形部分时于所述光纤的第二端反射，并再次通过此耦合器成形部分，在这批光纤之一的第一端探测此反射光；与

第三步，根据所探测之反射光量与入射的已调制光量之比，来控制此耦合器成形部分的延伸作业的终止。

14.如权利要求13所述的光纤耦合器制造方法，其中，进行反射光的探测是与入射的已调制光同步。

15.如权利要求14所述的光纤耦合器的制造方法，其中，所述的反射光在探测前已予放大。

16.如权利要求15所述的光纤耦合器的制造方法，其中，是将一锁定放大器用于上述放大目的。

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