JP4018298B2 - Optical fiber twist detection method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏波保存光ファイバなどの光ファイバにおいて、長手方向の捻じれを検出する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、偏波保存光ファイバの場合、例えば図4に示すように、コア11とクラッド12とからなる光ファイバ10において、クラッド12内の長手方向に丁度コア11を挟み込む形で左右に応力付与部13,13を設けたものがある。これは、所謂PANDA形の偏波保存光ファイバと言われるもので、その他にもいろいろな構造のものがあって、いずれにしても応力付与部の導入によって、非軸対称性を呈するようになる。
【0003】
この非軸対称性により、偏波保存光ファイバの使用にあたっては、その方向性(向き、或いは捻じれ角)が問題となり、例えば接続時などには、両光ファイバの端面同志の向きを一致させたり、或いは逆に故意にある特定の角度(90°や30°などのずれ角)を持たせたりすることが必要となる。つまり、偏波方向の向きを知る必要が生じる。
【0004】
従来、このような偏波保存光ファイバの向きを検出するには、通常以下のような方法が既に提案されている。
【0005】
(1)口出しされた光ファイバ裸線に側方から測定光を照射し、その透過光を光学顕微鏡やCCDカメラなどの映像として捉え、偏波保存光ファイバの向きを直接観察する方法。
【0006】
(2)光ファイバの長手方向からの偏光を直接光学的に測定することによって、光ファイバの精密な方向性を検出する方法。
【0007】
(3)さらには、図5に示すように、光源21からの平行な測定光r1を偏波保存光ファイバの光ファイバ裸線10部分に照射し、その透過光r2の輝度分布をCCDカメラ22などによって捉え、これをコンピュータ内蔵のコントローラ23などで演算して、例えば図6に示すような輝度分布特性曲線Iとしてグラフ化し、このグラフ化処理された実測の輝度分布データの特徴的なプロファイルと、予め方向性(向き)の既知であるモデルプロファイルとの比較により、偏波保存光ファイバの向きを検知する方法。
【0008】
この輝度分布を用いる方法については、本出願人は既に提案しており(特開平02−196204号)、例えば上記と同様のPANDA形の偏波保存光ファイバの場合を例にとると、図7に示すように、光ファイバ裸線10の左右の応力付与部13,13と平行する側方から測定光r1を照射した場合、各構成部分の僅かな屈折率の相違により、上記図6に示す輝度分布特性曲線Iにおいて、中心からずれた2箇所に輝度分布のピーク部分Ia,Ibが現れる。なお、図7中24はCCDカメラ22のピント面である。
【0009】
この左右のピーク部分Ia,Ibは、左右の応力付与部13,13の位置関係に対応するもので、左右のピーク値がほぼ同一であれば、左右の応力付与部13,13は測定光r1に対して平行であると言え、また、左右のピーク値が異なれば、左右の応力付与部13,13が測定光r1に対してある角度でずれていると判断することができる。したがって、図6の輝度分布特性曲線Iでは、中心の輝度強度とピーク値の差dが最も大きくなるところを基準として、実測された輝度分布のプロファイルとモデルプロファイルとの比較を行っている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記各方法の場合、次のような改善すべき問題点があった。
(1)先ず、透過光による映像を直接観察する方法では、対象となる光ファイバ径が数十μmと極めて小さく、また、光ファイバ構造の非軸対称性を形作る応力付与部における屈折率の変化も微差であることから、得られる画像のエンジ部分が不明瞭となり易く、正確な向き(捻じれ角)が得られ難かった。
【0011】
(2)次に、偏波面の偏光を直接光学的に測定する方法では、光ファイバの端面から伝送光を取り出す必要があるため、側方からの測定が行えず、光ファイバ自体を切断したり、切削する必要があり、手間が掛かり作業性が悪かった。また、事前に向きの変化の予測が付け難いという問題もあった。
【0012】
(3)さらに、輝度分布データの特徴的なプロファイルによる上記図5の方法では、予め種々の構造の光ファイバについての捻じれ角既知のモデルプロファイルパターンを用意しておく必要があり、結構面倒であった。また、試料となる光ファイバに固有の歪みとモデルプロファイルパターン間に差が生じ易く、これが誤差として影響するなどの問題もあった。
【0013】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、光ファイバの切断や切削を不要とし、また、予め捻じれ角既知のモデルプロファイルを用意する必要もなく、かつ、高精度で光ファイバの長手方向の捻じれを検出することができる光ファイバの捻じれ検出方法を提供せんとするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の本発明は、上下のドラムなどのクランプ間に張られた光ファイバ裸線に側方から測定光を照射してその透過光を検出することにより光ファイバの捻じれを検出する方法であって、
前記クランプ間の連続した1本の光ファイバ裸線の長手方向の適宜離間した少なくとも第1の部位と第2の部位における周方向からの各透過光データを求め、これらの各透過光データ間の相関係数を演算して、前記光ファイバ裸線の長手方向の第1の部位と第2の部位の間における捻じれを検出することを特徴とする光ファイバの捻じれ検出方法にある。
【0015】
請求項2記載の本発明は、前記光ファイバ裸線を回転させて前記第1の部位と第2の部位における周方向からの各透過光データを求めることを特徴とする請求項1記載の光ファイバの捻じれ検出方法にある。
【0016】
請求項3記載の本発明は、前記測定光側を前記光ファイバ裸線の周りに回転させて前記第1の部位と第2の部位における周方向からの各透過光データを求めることを特徴とする請求項1記載の光ファイバの捻じれ検出方法にある。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明に係る光ファイバの捻じれ検出方法を実施するための装置系の一例を示したもので、基本的には、上記図5に示した装置系と類似し、同一構成部分には同一の符号を付してある。
【0018】
かゝる本発明では、光ファイバ裸線10を上下で固定するドラムなどのクランプ25,25を回転手段(図示省略)によって回転させるようにすると共に、昇降手段(図示省略)によって上下動させるように構成してある。なお、図中26,27は光学系をなすレンズなどの光学部品である。
【0019】
このような装置系において、本発明の場合、先ず、光ファイバ裸線10の第1の部位であるa点に測定光r1を照射し、この状態で、光ファイバ裸線10を360°回転させる。そして、このときの輝度分布をCCDカメラ22などによって捉え、この透過光データをコンピュータ内蔵のコントローラ23などで演算処理して、図2に示すように、輝度分布特性曲線IIとしてグラフ化する。
【0020】
次に、光ファイバ裸線10を少々下げ(図1中xだけ下降させ)、第2の部位であるb点に測定光r1を照射し、この状態で、やはり光ファイバ裸線10を360°回転させる。そして、このときの輝度分布をCCDカメラ22などによって捉え、この透過光データをコンピュータ内蔵のコントローラ23などで演算処理して、図2に示すように、輝度分布特性曲線IIIとしてグラフ化する。
【0021】
この後、これらの各透過光データに対して、以下のような数学的な処理を加えて、光ファイバの捻じれを判定、検出する。
【0022】
上記輝度分布特性曲線II〜IIIの各透過光データのサンプル数がn個であるとすれば、曲線II〜IIIは、次のような配列式a,bで表される。
【0023】
【数1】
【0024】
【数2】
【0025】
次に、上記式bにおいて、d個だけデータをずらしたのもをb(d)として表す。なお、ここで、b(n)=bであり、dは1〜nの整数である。また、b(d)は実測データbからθ=(360/n)×dだけ光ファイバ測定の原点を回転した時の配列式である。この配列式は、次のように表される。
【0026】
【数3】
【0027】
この後、上記式aと式b(d)の相関係数Co(a,b(d))を求める。この式Co(a,b(d))は、次のように表される。
【0028】
【数4】
【0029】
この相関係数Co(a,b(d))の横軸を光ファイバ裸線の長手方向軸のずれ角θ〔=(360/n)×d(ただし、d=1〜n)〕として演算した結果をグラフ化すると、図3の如くであった。この相関係数Co(a,b(d))の値の中で最も大きい相関値Comax (a,b(dmax ))が得られた時のθ軸方向のずれ角θmax は、上記輝度分布特性曲線IIのプロファイルと、上記輝度分布特性曲線IIIから角θだけずらしたプロファイルが最も一致した時のθである。すなわち、上記図1の第1の部位であるa点と第2の部位であるb点からd個ずらした点での光ファイバ内の内部構造における長手方向(θ軸方向)のずれの角、即ち捻じれの角として捉えることができる。さらに、a〜b間の距離xで除算すれば、長手方向の捻じれの割合が得られる。
【0030】
因みに、コア径=8μm、クラッド径=125μm、左右の応力付与部径=35.5μmであるPamda形の光ファイバをサンプルとして、第1の部位a〜第2の部位b間の距離xを50mmとし、また、サンプル点n=360として試験したところ、応力付与部の長手方向の捻じれ角は、約0.2°/mmとして求められた。
【0031】
なお、上記実施の態様では、測定光の照射点はa,b点の2箇所であったが、本発明では3箇所以上とすることも可能である。また、上記実施の態様の場合、光ファイバ裸線を回転させる構成であったが、本発明はこれに限定されず、測定光を照射する光源側と透過光を受けるCCDカメラ側などの装置系を連動して光ファイバ裸線の周りに回転させるようにしてもよい。
【0032】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る光ファイバ捻じれ検出方法によれば、次のような優れた効果が得られる。
【0033】
(1)先ず、光ファイバ裸線の全周(360°)からの透過光データに対して数学的な処理を施して、光ファイバの捻じれを求めるものであるため、従来の一方からの測定光の照射による単一透過光データによる方法に比較して、高精度の検出結果が得られる。
【0034】
(2)また、捻じれの検出にあたって、従来のように、予め方向性の既知であるモデルプロファイルが必要とされないため、コア偏心、屈折率分布や応力付与部の大きさ、形状及び位置などのモデルプロファイルからのずれなどに影響されずに検出できるという利点がある。
【0035】
(3)上記モデルプロファイルが必要とされないことによって、事前に内部構造の不明な光ファイバ裸線に対しても何ら問題なく対応することができる。
【0036】
(4)もちろん、透過光による映像を直接観察するものではないため、光ファイバ径が小さいことや応力付与部における屈折率の変化の小さいことによる問題なども根本的に解消される。
【0037】
(5)また、偏波面の偏光を直接測定するものではないため、光ファイバ自体を切断したり、切削する必要もなく、良好な作業性が得られる。
【0038】
(6)このように光ファイバの捻じれが高精度で検出できる結果、光ファイバ接続や伝送光の偏波保存を高精度で保障することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る光ファイバの捻じれ検出方法を実施するための装置系の一例を示した概略説明図である。
【図2】 図1の装置系により得られた透過光データのグラフである。
【図3】 図2の透過光データの数学的な処理によって得られた相関係数を示したグラフである。
【図4】 偏波保存光ファイバの一例を示した斜視図である。
【図5】 従来の光ファイバの捻じれを検出する方法を示した概略説明図である。
【図6】 図5の検出方法により得られた透過光データのグラフである。
【図7】 図5の検出方法における光ファイバ裸線への測定光の照射状態を示した概略説明図である。
【符号の説明】
10 光ファイバ裸線
11 コア
12 クラッド
13 応力付与部
21 光源
22 CCDカメラ
23 コントローラ
r1 測定光
r2 透過光[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for detecting a twist in a longitudinal direction in an optical fiber such as a polarization maintaining optical fiber.
[0002]
[Prior art]
As is well known, in the case of a polarization-maintaining optical fiber, for example, as shown in FIG. 4, in an
[0003]
Due to this non-axisymmetric property, the directionality (direction or twist angle) becomes a problem when using polarization-maintaining optical fibers. For example, when connecting, the end faces of both optical fibers must be aligned. Or, conversely, it is necessary to intentionally give a certain angle (shift angle such as 90 ° or 30 °). That is, it is necessary to know the direction of the polarization direction.
[0004]
Conventionally, in order to detect the direction of such a polarization-maintaining optical fiber, the following methods have already been proposed.
[0005]
(1) A method of directly observing the direction of a polarization-maintaining optical fiber by irradiating measurement light onto the bare optical fiber from the side and capturing the transmitted light as an image of an optical microscope or a CCD camera.
[0006]
(2) A method for detecting the precise directionality of the optical fiber by directly optically measuring the polarization from the longitudinal direction of the optical fiber.
[0007]
(3) Further, as shown in FIG. 5, the parallel measurement light r1 from the
[0008]
The applicant has already proposed a method using this luminance distribution (Japanese Patent Laid-Open No. 02-196204). For example, in the case of a PANDA-type polarization maintaining optical fiber similar to the above, FIG. As shown in FIG. 6, when the measurement light r <b> 1 is irradiated from the side parallel to the left and right
[0009]
The left and right peak portions Ia and Ib correspond to the positional relationship between the left and right
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, each of the above methods has the following problems to be improved.
(1) First, in the method of directly observing an image by transmitted light, the target optical fiber diameter is as small as several tens of μm, and the refractive index changes in the stress applying part that forms the non-axisymmetric property of the optical fiber structure. Therefore, the engine portion of the obtained image tends to be unclear, and it is difficult to obtain an accurate orientation (twist angle).
[0011]
(2) Next, in the method of directly optically measuring the polarization of the polarization plane, since it is necessary to take out the transmitted light from the end face of the optical fiber, measurement from the side cannot be performed, and the optical fiber itself is cut. It was necessary to cut, and it took time and workability was bad. There is also a problem that it is difficult to predict the change in direction in advance.
[0012]
(3) Furthermore, in the method of FIG. 5 based on the characteristic profile of the luminance distribution data, it is necessary to prepare model profile patterns with known twist angles for optical fibers having various structures in advance, which is quite troublesome. there were. Further, there is a problem that a difference inherent between the distortion and the model profile pattern inherent in the optical fiber as a sample is likely to occur, and this affects as an error.
[0013]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and does not require cutting or cutting of an optical fiber, does not require preparing a model profile with a known twist angle in advance, and is highly accurate. Thus, an optical fiber twist detection method capable of detecting the twist in the longitudinal direction of the optical fiber is provided.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention , twisting of an optical fiber is detected by irradiating measurement light from the side onto a bare optical fiber stretched between clamps such as upper and lower drums and detecting the transmitted light. A method,
Each transmitted light data from the circumferential direction in at least the first part and the second part which are appropriately separated in the longitudinal direction of one continuous optical fiber between the clamps is obtained, and between these transmitted light data In the optical fiber twist detection method, the correlation coefficient is calculated to detect twist between the first portion and the second portion in the longitudinal direction of the bare optical fiber.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, the transmitted light data from the circumferential direction in the first part and the second part is obtained by rotating the bare optical fiber. The method is to detect the twist of the fiber.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, the transmitted light data from the circumferential direction in the first part and the second part is obtained by rotating the measurement light side around the bare optical fiber. An optical fiber twist detection method according to claim 1.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an example of an apparatus system for carrying out the optical fiber twist detection method according to the present invention, which is basically similar to the apparatus system shown in FIG. Are denoted by the same reference numerals.
[0018]
In the present invention, the
[0019]
In such an apparatus system, in the case of the present invention, first, the measurement light r1 is irradiated to the point a which is the first part of the bare
[0020]
Next, the bare
[0021]
Thereafter, the following mathematical processing is applied to each transmitted light data to determine and detect the twist of the optical fiber.
[0022]
If the number of samples of each transmitted light data of the luminance distribution characteristic curves II to III is n, the curves II to III are represented by the following arrangement formulas a and b.
[0023]
[Expression 1]
[0024]
[Expression 2]
[0025]
Next, in the above formula b, the data shifted by d pieces is represented as b (d). Here, b (n) = b, and d is an integer of 1 to n. Further, b (d) is an array formula when the origin of the optical fiber measurement is rotated from the actual measurement data b by θ = (360 / n) × d. This array formula is expressed as follows.
[0026]
[Equation 3]
[0027]
Thereafter, the correlation coefficient Co (a, b (d)) of the above formula a and formula b (d) is obtained. This equation Co (a, b (d)) is expressed as follows.
[0028]
[Expression 4]
[0029]
The horizontal axis of the correlation coefficient Co (a, b (d)) is calculated as the deviation angle θ [= (360 / n) × d (where d = 1 to n)] of the longitudinal axis of the bare optical fiber. A graph of the results is shown in FIG. The deviation angle θmax in the θ-axis direction when the largest correlation value Comax (a, b (dmax)) among the values of the correlation coefficient Co (a, b (d)) is obtained is the luminance distribution characteristic. This is θ when the profile of the curve II and the profile shifted from the luminance distribution characteristic curve III by the angle θ most closely match. That is, the angle of deviation in the longitudinal direction (θ-axis direction) in the internal structure in the optical fiber at a point shifted from the point a being the first part and the point b being the second part in FIG. That is, it can be understood as a twisted corner. Further, by dividing by the distance x between a and b, the ratio of twist in the longitudinal direction can be obtained.
[0030]
Incidentally, using a Pamda type optical fiber having a core diameter = 8 μm, a clad diameter = 125 μm, and a left and right stress applying part diameter = 35.5 μm as a sample, the distance x between the first part a and the second part b is 50 mm. In addition, when the sample point n = 360 was tested, the twist angle in the longitudinal direction of the stress applying portion was determined to be about 0.2 ° / mm.
[0031]
In the above embodiment, the measurement light is irradiated at two points a and b. However, in the present invention, the number of irradiation points may be three or more. In the case of the above embodiment, the configuration is such that the bare optical fiber is rotated. However, the present invention is not limited to this, and the apparatus system such as the light source side for irradiating measurement light and the CCD camera side for receiving transmitted light. May be rotated together around the bare optical fiber.
[0032]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the optical fiber twist detection method according to the present invention provides the following excellent effects.
[0033]
(1) First, since the transmission light data from the entire circumference (360 °) of the bare optical fiber is subjected to mathematical processing to determine the twist of the optical fiber, measurement from one of the conventional methods is performed. Compared with the method using single transmitted light data by light irradiation, a highly accurate detection result can be obtained.
[0034]
(2) In addition, when detecting a twist, a model profile whose directionality is known in advance is not required as in the prior art, so the core eccentricity, the refractive index distribution, the size, shape, and position of the stress applying portion, etc. There is an advantage that detection can be performed without being affected by deviation from the model profile.
[0035]
(3) Since the model profile is not required, it is possible to cope with an optical fiber bare wire whose internal structure is unknown in advance without any problem.
[0036]
(4) Of course, since the image by the transmitted light is not directly observed, the problems due to the small optical fiber diameter and the small change in the refractive index at the stress applying portion are fundamentally solved.
[0037]
(5) Since the polarization of the polarization plane is not directly measured, it is not necessary to cut or cut the optical fiber itself, and good workability can be obtained.
[0038]
(6) As a result of the fact that the twist of the optical fiber can be detected with high accuracy, it is possible to guarantee the optical fiber connection and the polarization preservation of the transmitted light with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing an example of an apparatus system for carrying out an optical fiber twist detection method according to the present invention.
FIG. 2 is a graph of transmitted light data obtained by the apparatus system of FIG.
3 is a graph showing a correlation coefficient obtained by mathematical processing of transmitted light data in FIG. 2; FIG.
FIG. 4 is a perspective view showing an example of a polarization maintaining optical fiber.
FIG. 5 is a schematic explanatory view showing a conventional method for detecting twisting of an optical fiber.
6 is a graph of transmitted light data obtained by the detection method of FIG.
7 is a schematic explanatory view showing a state of irradiation of measurement light onto a bare optical fiber in the detection method of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記クランプ間の連続した1本の光ファイバ裸線の長手方向の適宜離間した少なくとも第1の部位と第2の部位における周方向からの各透過光データを求め、これらの各透過光データ間の相関係数を演算して、前記光ファイバ裸線の長手方向の第1の部位と第2の部位の間における捻じれを検出することを特徴とする光ファイバの捻じれ検出方法。A method of detecting twisting of an optical fiber by irradiating measurement light from the side to a bare optical fiber stretched between clamps such as upper and lower drums and detecting the transmitted light,
Each transmitted light data from the circumferential direction in at least the first part and the second part which are appropriately separated in the longitudinal direction of one continuous optical fiber between the clamps is obtained, and between these transmitted light data A method for detecting twisting of an optical fiber, comprising calculating a correlation coefficient to detect twisting between a first part and a second part in the longitudinal direction of the bare optical fiber.
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