CN1497275A - 使用旋转调幅拉伸光纤的方法和装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种使用旋转调幅拉伸光纤，以便从预制棒开始制造光纤的方法，该方法包括步骤：使用加热或者其他方式，熔化光纤预制棒的一部分(例如一个末端)，并且对其进行拉伸；以及通过重复依据预定的旋转函数、同时改变旋转频率，对熔化/拉伸光纤进行旋转的旋转调幅过程，建立旋转。

Description

使用旋转调幅拉伸光纤的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种制造光纤的方法，更具体地说，涉及一种使用旋转函数(spin function)的光纤制造方法，其中，对光纤进行扭曲，并且使光纤的偏振模色散最小。

背景技术

“偏振模色散”是由光纤中的几何缺陷造成的微分群延迟现象。它还可以由光纤中传播的退化(degenerated)的光信号的偏振模中的传播速度的差别而导致。微分群延迟造成分别构成光信号的偏振模的叠加。

偏振模色散由构成光纤的材料的色散造成。这是由于(1)材料自身的折射特性，以及(2)由以各种形式(诸如施加到光纤上的拉力和轴向力、以及由于外部温度的变化造成的热应力等)作用在光纤上的外部影响造成的光纤结构的结合变化。

偏振模色散扩展了光信号的频谱宽度，并且导致了光信号之间的干扰。结果，偏振模色散限制了长距离传输、以及波分复用型的光通信网络。波分复用对光通信中的固定不变波长的频带进行复用。

用于使偏振模色散最小的通用方法是当拉伸光纤时，对光纤进行“旋转”(spin)。用于对光纤进行旋转的方法的两个实例为：(1)通过使用具有单一频率的旋转函数的方法；(2)通过使用由正弦函数调制其幅度或者频率的旋转函数的方法。提供给光纤的旋转量通常由每单位长度的扭曲的数量来表示(转/米)。

例如，授予Dany L.Henderson等人的标题为《Frequency and AmplitudeModulated Fiber Spins for PMD Reduction》的美国专利No.5,943,466中公开了一种通过对旋转的幅度和频率进行调制，对光纤进行旋转的方法。在该专利中，由正弦函数对旋转函数的幅度和频率进行调制。

通常，对光纤进行旋转取决于其幅度和频率由正弦函数调制的幅度和频率的旋转函数。

以下给出旋转函数，其中，将正弦函数f_msin(2πz/Λ)与频率项f₀z进行相加，并且由正弦函数对旋转函数的频率进行调制：

α(z)＝α₀sin[2π(f₀z)+f_msin(2πz/Λ)]    (1)

其中，α(z)表示对光纤进行旋转的频率和幅度的转换函数；α₀是转换的幅度(以转/米为单位)；f₀是中心频率；f_m是调制频率；Λ是调制周期，并且z是沿着拉伸光纤的方向测量的长度。

以下给出的是其幅度由α₀sin(2πz/λ)表示的正弦函数进行调制的另一旋转函数：

α(z)＝[α₀sin(2πz/λ)]sin(2πfz)    (2)

图1和2是示出利用这些正弦函数的旋转函数的调幅的曲线图。在以上的公式(2)中，按照利用项[α₀sin(2πz/λ)]的正弦函数的方式，对幅度进行调制。图1和2示出依据这些正弦函数对以每单位长度的光纤的转数表示的扭曲的数量进行调制的旋转函数。

以上所述的由正弦函数对幅度和频率进行调制的传统方法都依据距离，使一阶偏振模色散最小。

然而，诸如通过使用正弦函数对幅度和频率进行调制来对光纤进行扭曲的现有技术的方法具有以下缺点。例如，当使用正弦函数时，虽然降低了具有单一波长的光信号的偏振模色散，但是偏差(deviation)的降低并不明显；并且没有控制在多个信道中输入的波长频带中出现的二阶偏振模色散。而且，在特定的部分或者频率中，偏振模色散发生得特别强烈。因此，以上提到的方法不适用于通常使用的波分复用型的通信网络。

发明内容

本发明通过对光纤进行旋转的方法，减少或者克服以上提到的许多限制，其中不仅对依据距离的一阶偏振模色散进行适当地控制，而且对依据波长出现的二阶偏振模色散进行适当地控制。

依据本发明的原理，提出了一种使用旋转调幅拉伸光纤的方法，以便从预制棒开始对光纤进行制造，所述的方法包括步骤：使用加热和其他方式熔化光纤预制棒的一部分(例如一端)，对其进行拉伸，并且通过重复依据预定的旋转函数、同时改变旋转频率，对熔化/拉伸的光纤进行旋转的旋转调幅过程，建立旋转。

附图说明

从结合附图所采用的以下详细描述中，本发明将变得显而易见，

图1是示出利用现有技术系统的正弦函数的旋转函数的调幅的曲线图；

图2是示出利用现有技术系统的正弦函数的旋转函数的另一调幅的曲线图；

图3是示出作为依据本发明的原理对其旋转频率进行调制的许多正弦函数的叠加的结果的旋转函数的叠加的曲线图；

图4示出依据本发明的优选实施例，使用转轮(wheel)对光纤进行多次旋转装置；以及

图5示出依据本发明的另一实施例，使用两个转轮对光纤进行多次旋转的装置。

具体实施方式

在本发明的以下描述中，为了解释而不是限定的目的，阐明了诸如特定体系结构、界面、技术等特定细节，以便提供对本发明的完全理解。然而，本领域的技术人员将会意识到：可以脱离这些具体细节，在另外的实施例中实施本发明。而且，还就会意识到：为了解释的目的，对图中的特定方面作了简化，而本发明的整个系统环境将包括不必在这里完全示出的许多已知功能和配置。在图中，即使出现在不同的图中，也使用相同的参考符号表示相同或者相似的元件。

依据本发明，依据具有各个频率和幅度的旋转函数，对光纤进行具有不同频率和幅度的旋转。这可以由以下提供的公式来表示：

α(z)＝α₀sin(2πf₀z)+α₁sin(2πf₁z)    (3)

其中，α(z)表示对光纤进行旋转的频率和幅度的旋转函数；α₀是旋转的幅度(以转/米为单位)；f₀是中心频率，f_m是调制频率；Λ是调制周期；并且z是沿着光纤拉伸的方向测量的长度。

在以上公式(3)中的项α₀sin(2πf₀z)是施加到光纤的一阶旋转函数。并且项α₁sin(2πf₁z)是其频率和幅度不同于一阶旋转函数的频率和幅度的二阶旋转函数。在施加一阶旋转函数之后，将二阶旋转函数施加到光纤上。因此，首先以对应于一阶旋转函数的初始角度，通过转轮或者其他传统方式对光纤进行旋转。然后，利用具有不同频率和幅度的二阶旋转函数，对光纤进行另一旋转。因此，使用以上的公式(3)，本发明可以制造具有不同的频率和幅度的两种类型的旋转的光纤。

图3是示出两种不同的旋转函数叠加的曲线图。特别地，示出了具有预定频率的第一旋转函数320、以及其频率不同于第一旋转函数的第二旋转函数330。作为对两个旋转函数进行叠加的结果，光纤具有非周期的旋转。

以下给出了表示许多具有不同频率和幅度的旋转函数进行组合的公式：

$\mathrm{\α}\left(z\right)=\underset{n=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_n\sin \left(2\mathrm{\π}{f}_{n}z\right)----\left(4\right)$

此公式包括随着阶数n增加到预定的值m，项α_n和f_n的和。因此，具有不同的频率和幅度的许多旋转函数将对光纤进行许多对应的旋转。

依据本发明的一个方面，提供的从预制棒开始的光纤的制造方法包括：熔化、拉伸和旋转建立过程，其中，旋转建立过程包括依据预定的旋转函数、同时改变旋转频率，对熔化/拉伸光纤进行多次旋转的步骤。

通过对光纤的预制棒的末端进行加热、并且使其熔化，同时转动预制棒，实现熔化和拉伸过程。

通过重复依据预定的旋转函数、同时改变旋转的频率，对熔化/拉伸光纤进行预定数量的旋转的步骤，可以实现旋转建立过程。

此外，通过依据预定的旋转函数、同时改变光纤和拉伸轴之间的角度，对光纤进行旋转，也可以实现旋转建立过程。在对光纤进行拉伸的路径上的一定范围内进行角度变化。

在利用公式(3)的本发明的说明性的实施例中，依据具有不同频率和幅度的两个旋转函数，对光纤进行两次不同的旋转。在利用公式(4)的本发明的说明性的实施例中，依据具有不同频率和幅度的多于两个的旋转函数，对光纤进行多于两次的旋转。

对光纤进行的各个旋转为具有不同频率和幅度的不对称配置。

图4是示出依据本发明的一个实施例，使用单一的转轮520对光纤进行各种旋转的装置。可以将转轮520的倾斜相对于光纤的垂直拉伸方向，调整到各个倾斜轴512、513。因此，转轮520可以具有对应于各个旋转函数(例如，使用上述的公式(4))的多个倾斜轴512、513，从而对光纤进行具有不同的频率的多个旋转。因此，通过简单地调整转轮520的倾斜轴512、513，可以实现对光纤进行具有不同频率和幅度的各个旋转。

现在参考图5及以上所示的公式(3)，描述依据本发明的另一实施例，使用旋转调幅对光纤进行拉伸的装置。该装置包括：以预定频率和幅度对光纤进行旋转的第一转轮631、以及按照不同于第一转轮631的频率和幅度，对光纤进行另一旋转的第二转轮630。

更具体地说，可以通过调整使第一转轮631进行倾斜，以便具有在由以上公式(3)的α₀sin(2πf₀z)项的频率和幅度允许的范围内的、相对于垂直拉伸轴610的各个倾斜轴。因此，对光纤进行具有对应于指定倾斜轴的预定频率和幅度的旋转。

此外，第二转轮630在由以上公式(3)的α₁sin(2πf₁z)项的频率和幅度允许的范围内，对光纤进行其频率和幅度不同于由第一转轮630提供的频率和幅度的另一旋转。

换句话说，通过调整使第一和第二转轮倾斜，以便具有不同的倾斜轴，从而对光纤进行具有不同频率和幅度的各个旋转。

此外，可以如同以上公式(4)对许多旋转函数进行组合，并且为了实现此目的，设置许多另外的转轮。

依据本发明，其优点在于，通过在拉伸光纤时，依据具有不同频率和幅度的旋转函数，重复对光纤进行具有非对称的配置的各个旋转的步骤，不仅可以降低一阶偏振模色散，而且还可以降低二阶偏振模色散。此外，还可以改善更高阶(即，高于二阶)的偏振模色散的特性。

虽然已经参考特定的实施例对本发明进行了展示和描述，但是本领域的技术人员将会理解：在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对细节和形式进行各种改变。

Claims (12)

1.一种使用旋转调幅拉伸光纤，以便从预制棒开始制造光纤的方法，包括步骤：

熔化光纤预制棒的一部分，并且对其进行拉伸；以及

通过至少一次地重复依据预定的旋转函数、同时改变旋转频率，对熔化/拉伸光纤进行旋转的旋转调幅过程，建立旋转。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括使光纤进行具有非对称(asymmetric)配置的旋转的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：使光纤进行非对称配置的旋转的步骤包括：使旋转函数的幅度和频率不同。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：建立旋转的步骤包括：对其频率和幅度相互不同的两个或者多个旋转函数进行组合，并且由如下公式来表示：

$\mathrm{\α}\left(z\right)=\underset{n=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_n\sin \left(2\mathrm{\π}{f}_{n}z\right)$

其中，α(z)是旋转函数的和；αn是旋转的幅度；fn是旋转的频率；z是光纤的长度，以及，m是大于1的整数，并且用于表示在左手侧的旋转函数的阶数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的光纤的一部分为末端。

6.一种为了从预制棒开始制造光纤，对光纤进行拉伸的方法，所述的方法包括步骤：

熔化光纤预制棒的一部分；

对光纤进行拉伸；以及

依据预定的旋转函数，同时改变光纤和拉伸轴之间的角度，建立对光纤的旋转。

7.一种通过使用旋转调幅对光纤进行旋转，以便对光纤进行拉伸的装置，包括：

第一转轮，用于以第一频率对光纤进行第一旋转；以及

第二转轮，用于以第二频率对光纤进行第二旋转。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：第一旋转还包括第一幅度。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：第二旋转还包括第二幅度。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：可以将第一转轮、或者第二转轮、或者同时将第一转轮和第二转轮相对于光纤的拉伸轴，调整到多个倾斜轴。

11.一种为了从预制棒开始制造光纤，对光纤进行拉伸的方法，所述的方法包括步骤：

对光纤进行拉伸；以及

对拉伸的光纤进行旋转，

其中依据预定的旋转函数进行旋转，并且所述的旋转函数包括至少两个组成部分(component)，每一个组成部分具有不同的旋转频率。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：进行旋转的步骤还包括：每一个组成部分具有不同的幅度。

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