CN105180875B - 一种抗弯曲多模光纤数值孔径的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗弯曲多模光纤数值孔径的测试方法，属于光纤光缆测试技术领域。该方法通过对较短光纤打圈滤掉高阶模以及对数据进行数学运算方式代替100m段长光纤NA测试，建立不同剖面结构、不同长度光纤、不同打圈半径和圈数下的较短光纤与100m光纤的数值孔径值的数学联系，从而在需要测试被测光纤的数值孔径时，只需在相应打圈半径和圈数下测得其较短长度光纤的数值孔径值，并查找到对应的运算系数(即D₁和D₂)，利用上述数学运算公式即可计算得到对应的100m段长光纤的数值孔径值，对于各种剖面结构及不同工艺方法制造的光纤的测试均可方便实现，测试结果可行，并且能够大大提高生产测试效率，节约光纤。

Description

一种抗弯曲多模光纤数值孔径的测试方法

技术领域

本发明属于光纤光缆测试技术领域，更具体地，涉及一种抗弯曲多模光纤数值孔径的测试方法。

背景技术

标准规定多模光纤的数值孔径(Numerical Aperture，NA)测试方法为远场光分布法，其测试原理及过程为：取长度为95m到105m的测试光纤，用850nmLED光源对光纤一端满注入，光纤另一端输出的光用可沿角度转动的探测器扫描远场光分布，转动不同的角度θ，得到对应的光强P，最后给出如图1所示的P和sinθ的曲线，取最强光强的5％处的光强所对应的sinθ为光纤的NA。然而上述方法采用的测试光纤长度较长所以测试效率较低，且会浪费光纤，因而需要寻找更加简便高效的替代测试方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种抗弯曲多模光纤数值孔径的测试方法，其目的在于采用较短长度光纤打圈结合远场光分布法，替代现有的100m光纤测试方法，由此解决测试效率较低且浪费光纤的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种抗弯曲多模光纤数值孔径的测试方法，包括如下步骤：

(1)选择剖面结构为R₁的样本光纤；

(2)取长度为L₁₀₀米的第一样本光纤，测量其数值孔径值

(3)取长度为L₂₁米的第二样本光纤，分别用不同的打圈半径X和圈数Y打圈，并测量不同的打圈半径X和圈数Y下所述第二样本光纤的数值孔径值

(4)建立所述第一样本光纤的数值孔径值和不同的打圈半径X和圈数Y下所述第二样本光纤的数值孔径值的关系：求取在不同打圈半径X和圈数Y下的D₁和D₂的值,D₁，D₂为常数；

(5)重复上述步骤(3)和步骤(4)，建立该剖面结构R₁的不同长度L₂米第二样本光纤在不同打圈半径X和圈数Y下的D₁和D₂的取值表{D₁，D₂，R₁，L₂，X，Y}；

(6)重复步骤(1)至(5)，利用上述方法求取不同剖面结构R的不同长度L₂米第二样本光纤在不同打圈半径X和圈数Y下的D₁和D₂的值；从而建立不同剖面结构的光纤在不同打圈半径X和圈数Y下的D₁和D₂的取值表{D₁，D₂，R，L₂，X，Y}；

(7)若需要测量某种剖面结构R_test的待测光纤的数值孔径，取长度为L_2-test米的待测光纤，测量其在打圈半径X_test和圈数Y_test下的数值孔径值从上述取值表中取相应的D₁和D₂的取值，并利用公式求取其对应的数值孔径

通过本发明方法，通过对较短光纤打圈滤掉高阶模以及对数据进行数学运算方式代替100m段长光纤NA测试，可以得到接近于100m段长光纤NA测试的可靠测试结果，能够大大提高生产测试效率，并且节约了光纤。

而且通过本发明方法，只要在事先建立较短光纤与较长光纤间的数学运算关系，在需要测试被测光纤的数值孔径时，只需在相应打圈半径和圈数下测得其较短长度光纤的数值孔径值，并查找到对应的运算系数(即D₁和D₂)，利用上述数学运算公式即可计算得到对应的100m段长光纤的数值孔径值，对于各种剖面结构及不同工艺方法制造的抗弯曲多模光纤的测试均可方便实现，测试结果可行，并且能够大大提高生产测试效率，节约光纤。

附图说明

图1是现有技术中多模光纤的NA测试原理示意图；

图2为本发明实施例中一种抗弯曲多模光纤的折射率剖面；

图3为本发明实施例中另一种抗弯曲多模光纤的折射率剖面；

图4为本发明实施例中另一种抗弯曲多模光纤的折射率剖面；

图5为本发明实施例中27盘光纤NA测试结果，其中X＝7.5mm，Y＝3圈，D₁＝0，D₂＝1；

图6为本发明实施例中25盘光纤NA测试结果，其中X＝5mm，Y＝1圈，D₁＝0.065，D₂＝0.656；

图7为本发明实施例中18盘光纤NA测试结果，其中X＝10mm，Y＝5圈，D₁＝-0.002，D₂＝1；

图8为本发明实施例中35盘光纤NA测试结果，其中X＝12.5mm，Y＝5圈，D₁＝0.055，D₂＝0.755；

图9为本发明实施例中43盘光纤NA测试结果，其中X＝15mm，Y＝10圈，D₁＝0.060，D₂＝0.700；

图10为本发明实施例中27盘光纤2m替代法和100m测试值之间的残差；

图11为本发明实施例中25盘光纤2m替代法和100m测试值之间的残差；

图12为本发明实施例中18盘光纤2m替代法和100m测试值之间的残差；

图13为本发明实施例中35盘光纤2m替代法和100m测试值之间的残差；

图14为本发明实施例中43盘光纤2m替代法和100m测试值之间的残差。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明所述抗弯曲多模光纤是宏弯损耗性能得到优化的GI50μm光纤，为了提高宏弯性能，往往会在常规GI50μm多模光纤的折射率剖面上设计下陷包层，如图2～4所示。记R1为芯层半径，其范围在22～27μm；R2为包层半径，范围在122～128μm；R_内为下陷包层内边缘到光纤中心的距离，R_外为下陷包层外边缘到光纤中心的距离，△3_MIN为下陷包层最低相对折射率。

其中纤芯为折射率渐变芯，相对折射率分布如下式(1)所示：

Δ(r)＝Δ(r₀)(1-[∣r-r₀∣/(r₁-r₀)]^α)(式1)

其中Δ(r)为相对折射率，单位％；r为半径；r₀为Δ(r)最大点处的半径，r₁是芯层边界部分Δ(r)为零的点。α值范围1.9～2.3之间。

折射率下陷的环形部分具有由下式(2)定义的分布体积V₃：

其中Δ3(r)为下陷包层区域的相对折射率。

分布体积V₃范围(50～300)％-μm²。需要注明的是，此处的V₃是一个积分式定义的与折射率和包层尺寸相关的值，并不是物理学概念上的体积。

这种下陷环的设计对防止传导模式由弯曲引起的衰减起到了保护作用，但是当采用满注入方式进行光的传导时，会在下陷环内边缘到芯区之间或者内包层激发泄漏模(leaky mode)。这些泄漏模需要经过较长距离的传输才能衰减掉。因此使用较短长度的光纤来测量NA值会有较大的误差。

因此本发明提出了用较短段长光纤(光纤长度短于100m，范围为1-99m，例如本实施例中选2m为例)打圈滤掉高阶模以及对数据进行数学运算方式代替100m段长光纤NA测试的方法。具体原理描述如下：

2m光纤打圈半径X，圈数Y

X范围(3mm～15mm)，优选范围(5mm～10mm)

Y范围(1～10圈)，优选范围(1～5圈)

如果2m光纤打圈得到的NA数据和100m光纤测试得到的NA数据差异比较大，可以通过寻找二者之间的数学关系式，直接由2m光纤打圈NA数据计算出100m的NA。

通过大量的光纤测试，得到2m光纤打圈NA和100mNA之间的统计关系，如下式(3)所示：

NA_100m＝D₁+D₂×NA_2m(式3)

其中NA_2m，NA_100m分别代表2m段长光纤打圈和100m段长NA数据，D₁，D₂代表常数。

D₁适用范围-0.011～0.075，优选范围-0.009～0.065。

D₂适用范围0.500～1.000，优选范围0.600～0.656。

具体地，对于具有相同剖面结构的抗弯曲多模光纤，由于制作工艺的不同会导致其数值孔径不同，或者在光纤拉制过程本身所产生的细微偏差也会造成其数值孔径值不同，因此基于上述原理利用较短光纤段测量其数值孔径可以采用如下方法：

记R为光纤剖面结构，L₁₀₀为第一样本光纤长度，L₂为第二样本光纤长度。

(1)选择剖面结构为R₁的样本光纤；

(2)取长度为L₁₀₀米的第一样本光纤，测量其数值孔径值

(3)取长度为L₂₁米的第二样本光纤，分别用不同的打圈半径X和圈数Y打圈，并测量不同的打圈半径X和圈数Y下所述第二样本光纤的数值孔径值

(4)建立所述第一样本光纤的数值孔径值和不同的打圈半径X和圈数Y下所述第二样本光纤的数值孔径值NA_(L21，R1)的关系：求取在不同打圈半径X和圈数Y下的D₁和D₂的值,D₁，D₂为常数；

(5)重复上述步骤(3)和步骤(4)，建立该剖面结构R₁的不同长度L₂米第二样本光纤在不同打圈半径X和圈数Y下的D₁和D₂的取值表{D₁，D₂，R₁，L₂，X，Y}；

(6)重复步骤(1)至(5)，利用上述方法求取不同剖面结构R的不同长度L₂米第二样本光纤在不同打圈半径X和圈数Y下的D₁和D₂的值；从而建立不同剖面结构的光纤在不同打圈半径X和圈数Y下的D₁和D₂的取值表{D₁，D₂，R，L₂，X，Y}；

(7)若需要测量某种剖面结构R_test的待测光纤的数值孔径，取长度为L_2-test米的待测光纤，测量其在打圈半径X_test和圈数Y_test下的数值孔径值从步骤(6)获得的取值表中取相应的D₁和D₂的取值表{D₁，D₂，R_test，L_2-test，X_test，Y_test}，并利用公式求取其对应的数值孔径

在上述测量方法中，所述第二样本光纤的长度L₂的范围为1m到99m，优选为2m。

根据标准的规定，所述第一样本光纤的长度L₁₀₀的范围为100m±5％。

在上述测量方法中，所述打圈半径X的范围为3mm～15mm；其优选范围为5mm～10mm。

在上述测量方法中，所述圈数Y的范围为1～10圈，优选范围为1～5圈。

下面通过几组实验验证本发明方法的准确性：

分别选择5组光纤进行2m光纤打圈替代法和100mNA的测试，每组光纤的数量从18盘到43盘不等。5组光纤分别采用2m光纤直接测试NA，100m光纤直接测试NA以及使用2m打圈替代法得到的NA测试结果见图5～9所示：

从图5～9可以看出，对于5组光纤，采用2m光纤打圈替代法得到的NA和100m直接测试得到的NA非常接近。2m打圈替代法和100m实测值之间的差值称为“残差”，5组数据的残差分布分别见图10～14所示：

从图10～14可以看出，采用2m打圈替代法得到的5组光纤的NA和100m实际测试值之间的残差都在-0.003～0.003之间，而标准IEC60793-2-10对A1a多模光纤的NA规范要求(公差)为0.175～0.215，残差占公差的比例只有15％(0.006/0.04＝0.15)，如果把NA控制指标要求缩严到0.172～0.212，则替代法对光纤NA的合格判定准确率会非常高。

因而本发明方法提供的2m替代法测试抗弯曲多模光纤的100mNA，得到的结果可靠，大大提高了生产测试效率，并且节约了光纤。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗弯曲多模光纤数值孔径的测试方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)选择剖面结构为R₁的样本光纤；

(2)取长度为L₁₀₀米的第一样本光纤，测量其数值孔径值

(3)取长度为L₂₁米的第二样本光纤，分别用不同的打圈半径X和圈数Y打圈，并测量不同的打圈半径X和圈数Y下所述第二样本光纤的数值孔径值

(4)建立所述第一样本光纤的数值孔径值和不同的打圈半径X和圈数Y下所述第二样本光纤的数值孔径值的关系：求取在不同打圈半径X和圈数Y下的D₁和D₂的值,D₁，D₂为常数；

(5)重复上述步骤(3)和步骤(4)，建立该剖面结构R₁的不同长度L₂米第二样本光纤在不同打圈半径X和圈数Y下的D₁和D₂的取值表{D₁，D₂，R₁，L₂，X，Y}；

(6)重复步骤(1)至(5)，利用上述方法求取不同剖面结构R的不同长度L₂米第二样本光纤在不同打圈半径X和圈数Y下的D₁和D₂的值；从而建立不同剖面结构的光纤在不同打圈半径X和圈数Y下的D₁和D₂的取值表{D₁，D₂，R，L₂，X，Y}；

(7)若需要测量某种剖面结构R_test的待测光纤的数值孔径，取长度为L_2-test米的待测光纤，测量其在打圈半径X_test和圈数Y_test下的数值孔径值从所述步骤(6)中获得的取值表中取相应的D₁和D₂的取值，并利用公式求取其对应的数值孔径

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二样本光纤的长度L₂的范围为1m到99m。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二样本光纤的长度L₂为2m。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一样本光纤的长度L₁₀₀的范围为95m到105m。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述打圈半径X的范围为3mm～15mm。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述圈数Y的范围为1～10圈。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述D₁的适用范围为-0.011～0.075。

8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述D₁的范围为-0.009～0.065。

9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述D₂的适用范围为0.500～1.000。

10.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述D₂的范围为0.600～0.656。