CN1360676A - 波导纤维测量设备 - Google Patents

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Abstract

揭示了一种用于测量光纤性质的设备。该设备不使用通常在测量某些波导纤维性质时需要的孔径,透镜和反射镜。该设备在待测光纤的注入端使用了一个光开关,并在待测光纤的输出端使用了另一个光开关。这些光开关对从中通过的光保持模功率分布,特别是模斑尺寸。这设备可用于测量多模波导光线的带宽或衰减,这两者都受被注入和被检测的模功率分布的影响。

Description

波导纤维测量设备
                      对相关申请的交叉参考
本发明要求1999年4月9日提交的美国临时申请60/128,504和1999年4月16日提交的美国临时申请60/129,706的优先权。
                           发明背景
1.发明领域
本发明一般涉及用于测量波导纤维光学性质的设备，尤其涉及对光源或探测器进行光切换的设备。
2.技术背景
波导纤维的光学测量总是制造过程中的一个化费大的部分。这对于包括带宽、衰减、数值孔径、纤芯直径和差模延迟在内的多模光纤测量尤其如此。传统的光学测量系统采用光学台与由透镜和可移反射镜组成的光学元件组块，用以折叠光路并为各种测量合并信号。与测试光纤建立的一种连接是在探测器之前的最后一个透镜前面采用一个XYZ平移台。大家知道，平移台对温度敏感，并且受其可移部件的后冲作用。使光纤的光注入端与一个适于所需测量的光源相连。
因为多模光纤的某些光学性质(即，带宽和衰减)对注入敏感，所以一般希望用不止一种注入条件进行测量。通常还希望用不止一种波长进行测量，因此必须作多次注入端的连接。
因此，这些测量台的明显缺陷是对准慢、难以对准与保持对准，并且规模大，即它们具有一平方米左右的表面积。为了保持可靠性，这种光学台必须相对一标准台用标准化光纤作周期性地校准。常常需要做费时、费钱的反复测量。
目前，用于多模光纤性能标准的标准光学规范包括用模斑尺寸和数值孔径可以激发多模光纤中所有模式的注入条件所做的测量。这种注入条件称为过注入条件，在工业标准“光纤测试方法(FOTP)54”中有定义。衰减测量采用有限或限制注入，称为有限相间注入(LPS)，在FOTP50中有定义。LPS注入类似于下述的模斑尺寸为30μm的注入。
最近，为激光光源优化多模光纤的需求增加了带宽测量时不同注入条件的数目，从而增加了测量台上的连接数目，与这类光学台一起构成许多问题。
因此，需要一种光纤测量设备，便于设备中各部件和待测光纤的连接和对准。在具有不同波长或注入条件的光源之间切换波导纤维的注入端应该快速且可靠。
本发明满足了化费较少，速度较快和可重复性更高的波导纤维测量要求。
                        发明简述
本发明的一个方面是一种测量光纤的设备，它被测光纤的注入端使用一个N×1光开关，并在被测光纤的探测器端使用一个1×M光开关。把具有所要波长和注入条件(即，模斑尺寸和数值孔径)的每个光源接到N×1开关之N个端口中的一个端口上。把各探测器接到M×1开关之M个端口中的一个端口上。结果，光纤可以接在两个开关之间，并在做所有所需测量时保持连接。
注入端开关经选择用于维持光源的注入条件，即模功率分布。探测器一端的开关经选择用于维持从待测光纤出射的光的模功率分布。对于某些测量，首先把一参考光纤连接在开关之间，以建立例如一基准注入功率或注入脉宽。因此，在带宽测量中，将经过待测光纤的脉冲的脉宽与参考脉宽作比较。衰减测量亦可作相同的比较，但将出射光纤的功率与注入功率相比较，
在本发明的一个实施例中，注入光的模斑尺寸或数值孔径随光源而变化。也有一些光源是单模激光器。在一较佳实施例中，单模激光光源的模斑尺寸在约8μm到30μm的范围内。
在另一实施例中，可以限制注入光的模斑尺寸或数值孔径，使得并非多模光纤的所有模式都载有功率，即并非被被激发。
测量设备的另一个实施例包括一个通过1×2耦合器与诸开关耦合的OTDR，因此注入光纤每一端的光可以形成反射功率的迹线。OTDR连接的详述将在下面图1的描述中陈述。
本发明的附加特性和优点将在随后的详细描述中陈述，且对本领域的技术人员来说，其中一部分从描述中容易明白，或都通过实践在此描述的发明而认识到，包括随后的详细描述、权利要求书及附图。
要明白，前面的一般描述和下面的详细描述两者都仅仅是本发明的示范例子，并试图为理解本发明要求保护的本质和特性提供综述或构架。所包括的附图是有助于进一步理解本发明，它们包括在说明书中并构成说明书的一部分。附图图示了本发明的一个实施例，与文字部分一起用来解释本发明的原理和工作情况。
                        附图简述
图1是本发明波导纤维测量设备的一个实施例的简图。
                   较佳实施例的详细描述
现在将对本发明的较佳实施例作出详细参考，实施例的一个例子图示于附图中。
本发明测量设备的示范实施例示于图1，并用参考数字10来代表整个设备。
                          定义
依照本发明，本发明用于测量波导纤维的设备包括一个将功率注入待测光纤的N×1开关2。正如本文实施的和图1所示的，通过1×2连接器12把每个光源4光耦合到N×1开关之N个输入端中的一个。在光时域反射计(OTDR)6的情况下，通过开关12实现与1×M开关8之输出端的第二种光连接。这个安排使人们能从待测光纤的每一端获得OTDR的迹。在开关2的N个输入端处也示出了在以一个或几个波长测量待测光纤之差模色散(DMD)时用的光源14。
可以用接头18将光纤与测量设备10光连接。这些接头可以是熔接接头或者本领域公知的任何一种机械接头。可以把可变衰减器20放在线路中，在注入光功率对探测器22来说太高的情况下使用。过驱动探测器最可能发生在当得到上述参考光信号时。开关24被放置成可以将来自现用探测器的光功率发送给数据存储器和分析装置26。一般来说，分析和存储装置包括一示波器和一个具有模—数接口的计算机。这些分析装置包括用于计算带宽衰减的计算机程序，是本领域公知(参见上面引用的FOTP)，因此这里不再进一步讨论。
图1设备使用的注入条件或模功率分布的例子如下。在开关2的一个输入端将一标准的阶跃型折射率单模光纤用作光纤尾纤28，可以获得模斑尺寸约为9.3μm和数值孔径(NA)约为0.14的一个极受限制的注入条件。于是，通过使标准单模光纤与在测多模光纤结合并使单模光纤纤芯相对于多模光纤纤芯作偏移，可以获得多种限制注入。
将芯轴周围包裹着纤芯为50μm的多模光纤用作尾纤28，可以获得中等限制的注入条件。在直径为5mm的芯轴周围包裹这种光纤5圈可提供30μm(直径)的模斑尺寸和0.13的数值孔径。
将纤芯直径大于约100μm且数值孔径大于约0.30的阶跃型折射率多模光纤用作尾纤28，获得了过注入。例子
利用在图1中实施的设备来进行测量。开关2是一JDS，DP8T开关PN：SC1618-D2SP SN：B6B0366。将JDS开关，1×2开关PN：SW12-Z000311 SN：JC034991和1×8开关PN：SBO 108-Z000329：GB029604分别用作开关2，反复测试。可变衰减器20是一个JDS，PN：HA9-Z046 SN：KC000660。用四个不同的注入条件测量纤芯为62.5微米、外直径为125μm的光纤的带宽。正如上面所描述的，这四种条件是：
●由TIA/EIA FOTP所限定的标准过注入情况；
●中等限制注入条件，它用纤芯为50μm的光纤绕直径为5mm的芯轴5圈
  获得的30μm的光斑；
●限制注入条件，它是通过使标准阶跃型折射率单模光纤的纤维相对于
  纤芯为62.5μm的光纤偏移4μm而产生的；以及
●极受限制的注入条件，它是通过使用标准阶跃型折射率单模光纤而建
  立的。
测试的结果公布于表1。给出了每种注入条件和每种开关类型下带宽测量结果相对于在参考设备上所得结构的百分偏差。由可变衰减器导致的带宽测量结果的百分偏差在表1的最后一行中给出。百分偏差表示为BW850nm/BW1300nm的形式。在1300nm波长处的测量不是用单模光纤注入进行。
                                      表  1
    注入     过注入     30μm       4μm偏离       SMF
    DP8T     1％/5％   -19％/-8％     -11％/-6％     -20％/-
    1×2     1％/1％   -23％/-6％     -6％/-3％     -21％/-
    1×8     4％/2％   -48％/-15％     -31％/-15％     -33％/-
 可变衰减器     1％/5％     0％/1％     -1％/0％     1％/-
表明了在系统末端处的衰减器的影响是很小的，在所有例子中都少于5％。大多数开关呈现出低的偏差，特别在过注入的情况下。
总之，本发明通过光纤开关提供了一种将多种波长下的光源与具有多种注入条件的光源相组合的方法，从而消除了对室外、光学元件组块的需求。这为进行多模光纤带宽测量提供了手段，据此，对于这些条件所有置换下一次完整测量，一根测试光纤必须与测试设备连接一次。
本发明也提供了利用光纤开关技术组合多种光学测量的方法。因此，通过对测试设备的一次连接，就可完成多种测量。例如，光时域反射计(OTDR)或差模延迟(DMD)测量可以通过与开关之附加端口的连接与带宽和衰减结合起来。
这设计消除了光学台并为诸部件使用单个电子设备架。于是，一次连接提供了在各种注入条件、各种波长和各种测量中切换手段，不需要室外光学元件。通过消除在室外光路中所损失的功率，测量的动态范围有显著的提高。本领域已知动态范围是在保持可作测量的信噪比时能够存在于测量路径上的衰减量。
因此，测量系统的动态范围直接转化为能测量的光纤长度。
在不偏离本发明的精神和范围下，可对本发明作出修改和变化，这对在本领域中的技术人员来说是显然。因此，本发明试图覆盖发明的修改和变化，只要他们落在后附权利要求书以及其等效技术方案的范围之内。

Claims (11)

1.一种用于测量波导纤维光学性质的设备，其特征在于，包括：
第一光开关，它具有N个输入端和至少一个输出端；
多个激光器或发光二极管光源，多个光源中的每个光源都与所述N个输入端中的一个输入端光学耦合；
第二光开关，它具有至少一个输入端和M个输出端；
多个光探测器，每个所述探测器都与所述第二光开关之M个输出端中的一个输出端光学耦合；
测光装置，它用于接收来自任何一个所述光探测器的光，一段参考光纤或一段待测光纤光学耦合在所述第一开关之至少一个输出端和所述第二开关之一至少一个输入端之间；其中
所述第一和第二开关可以保持从中通过的光的模功率分布。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，测量一多模光纤，并且注入该多模光纤的模功率分布的模斑尺寸和数值孔径足以把功率注入该多模光纤的所有允许模式。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，测量一多模光纤，并且限制模功率分布的模斑尺寸和数值孔径，使得多模中的一些允许模式不载功率。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，数量预选的所述激光器是单模激光器，它们提供模斑尺寸在约8μm到30μm范围内的光。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括一可变衰减器，它光耦合到开始于所述光源之一并终止于所述光探测器之一的光路中。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述测光装置被构造成用于测量待测多模光纤的带宽。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述测光装置被构造成用于测量待测多模光纤的衰减。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括具有至少一个输入端和至少二个输出端的第三开关；以及
光时域反射计，它与所述第三开关的至少一个输入端光学耦合；其中
所述第三开关中至少二个输出端中的一个与所述第一开关的一个输入端光学耦合，并且所述第三开关中至少二个输出端中的一个与所述第二开关的一个输出端光学耦合。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，第一或第二开关中的任一个是模块化单元。
10.如权利要求1所述的设备，还包括用于在所述第一耦合器之N个输入端中的任何二个输入端之间自动切换的装置。
11.如权利要求1或10中的任一个，还包括所述第二开关M个输出端的任何二个之间的自动接通或关断的方法。
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