JP6395908B2 - 光ファイバ・モード・コンディショナ - Google Patents

Description

光学ネットワーク・テストおよび測定用途において、ＬＥＤ光源用途でも、または、ＯＴＤＲ用途でも、ファイバ減衰測定の一貫性を改善する目的で、光源のマルチモード励振状態を正確に制御することが重要である。

ここで、生じる課題は、モード・グループの総数が高精度で励振されるように、ＬＥＤ光源でも、または、レーザ光源でも、マルチモード光源の励振状態を制御することである。マルチモード・ファイバにおいて、モード・グループを制御することは、光源および電力計を用いて、反復可能で正確な、かつ、一貫した損失測定を行う鍵となる。

励振状態を制御するための最も一般的な方法は、特定の直径および巻数のマンドレル・ラップを用いることである。マンドレルの図である図１を参照すると、マンドレル１２は、ファイバ１４の多数の巻き付けを受けるように構成される。この方法は、減衰測定を一貫性のないものにする疎結合の高次モードをストリッピングする。しかしながら、この方法は、光源から光源への一貫した損失測定を供せない。なぜなら、各光源は、ファイバが光源に結合される方法および光源のメーカーに依存する独特な励振状態を有するからである。５０％もの高い変動が起こり得る。エンサークルド・フラックス（ＥＦ）など、１０％までの変動減少を要求する、出現しつつ標準に対して、励振状態を制御するための新しい方法が必要とされる。

ここで生じる第２の課題は、異なるマルチモード・ファイバ・サイズおよび異なる波長に対処できる光源を提供することである。顧客が、１つの光源、すなわち、例えば５０μｍファイバと共に使用でき、かつ同じ励振コードから、８５０ｎｍおよび１３００ｎｍなどの２つの波長に対して満足な制御された励振状態を有する１つの光源を使用できることは有利である。

従来のＥＦ準拠モード・コントローラは、それらを任意のＬＥＤ光源と共に使用できるように、汎用的であるように意図された。しかしながら、これらの装置は、大きくて重く、かつ、使用および製造が困難である。

ＯＴＤＲに関連して生じる問題は、装置の出力部における挿入損失である。ある損失量が、装置の出力部および入力部間で予想されるが、損失が「基準グレード終端」に留まることが重要である。基準グレード終端は、０．１ｄＢ未満の損失を達成する終端である。標準要件に従って、基準グレード終端が、励振コードのインターフェース接続部で必要とされる。

図１に示すように、マルチモード光源の励振状態を制御するための先行技術は、特定のサイズのマンドレルのまわりに、例えば５巻きだけテスト・コードを巻くこと、であった。このマンドレルは、ファイバ・ケーブルが巻かれる、２０ｍｍなどの固定外径の円形装置を必要とした。この構成は、マンドレルの高さを増加させるスタッキング効果を生成する。

本発明によれば、励振状態を制御するための改善された方法および装置が提供される。ファイバ曲げ装置が、ファイバに対して調整可能な湾曲点を提供し、それにより、湾曲量の調整によって、励振状態の調整を所望の量にすることが可能になる。次に、ファイバは、所望の程度の湾曲で固定される。

したがって、本発明の目的は、改善された励振状態制御装置および方法を提供することである。

本発明のさらなる目的は、調整可能な励振状態コントローラを提供するための改善された方法および装置を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、再現可能な励振状態を提供するための改善された装置および方法を提供することである。

本発明の主題は、この明細書の最終部分で特に指摘され、かつ、明瞭に主張されている。しかしながら、動作の構成および方法の両方とも、そのさらなる利点および目的と共に、添付の図面に関連して得られた以下の説明を参照することによって、最もよく理解され得る。添付の図面において、類似の参照文字は、類似の構成要素を指す。

先行技術による、ファイバが巻かれたマンドレルの図である。 本開示によるテスト・システムの図である。 本開示によるモード・スクランブラの図である。 本開示による線形モード・スクランブラを示す。 本開示による線形モード・スクランブラを示す。 本開示による線形モード・スクランブラを示す。 一部を切り取られた拡大断面中心部を備えた線形可変マンドレルにおける特定の例の図である。 線形可変マンドレル実施形態がどのように外観図に現れるかの図である。 本開示におけるＯＴＤＲ実施形態のブロック図である。 固定モード・スクランブラ、可変マンドレル、および１００メートルのファイバ実施形態の断面図である。 ループの例示的な変形量の図である。 ＯＴＤＲ ＭｏｄＣｏｎの実施形態における部分水平断面図である。 図１１のＭｏｄＣｏｎの端面図である。

本発明の好ましい実施形態によるシステムには、調整可能な制御された励振状態を提供するために、テスト・セットアップにおいて制御された湾曲をファイバに与えるためのシステムおよび方法が含まれる。

改善された方法は、ファイバ・ループ形状が変更されるか、または湾曲が固定されるかもしくは可変に制御され、それによりスタック構成の必要性を排除する方法である。

ＥＦなどの特定の励振状態を達成する原理は、光源が、全モード励振、すなわち、均一なモード分布で励起されるモードの最大数を有して、要求される励振に達するために必要なモードをストリッピングするモード・フィルタが後続する全モード励振を発することを必要とする。この原理は、全モードまたは限定モードのＬＥＤまたはレーザ光源のいずれかに一般に適用することができる。

本開示によるシステムのブロック図である図２を参照すると、供給源に関わらず、独特なＬＥＤ光源を用いてＥＦ準拠を達成するための好ましい方法は、８５０ｎｍおよび１３００ｎｍにおける二波長結合器（ＬＥＤ）１６を、例えばサイズ１０５／１２５μｍのステップ・インデックス・ファイバ１８と連結することである。ステップ・インデックス・ファイバは、２つの目的のために働く。第１に、それは、マンドレルを備えたテスト・コードをテスタ隔壁に連結できるように、テスタ隔壁において全モード励振を提供する。第２に、ステップ・インデックス・ファイバは、５０μｍまたは６２．５μｍのテスト基準コードであって、それ相応にそれぞれ巻かれたテスト基準コードと共に光源を使用できるようにする。このように、ステップ・インデックス・ファイバは、予測可能なモード分布を励振することによって、光源間の変動を低減する。ステップ・インデックス・ファイバは、ＬＥＤ光源に適切に直接装着される。ステップ・インデックス・ファイバにモード・スクランブラ（すなわち、図３におけるように、曲がりくねったやり方でステップ・インデックス・ファイバ２１が通り過ぎる３つの隣接ピン２０）を追加することは、全てのモードが等しく励起されるように、モード電力配分を改善する。これは、全ての制御ポイント（放射状ポイント）において目標により近いＥＦ応答を提供する。この３ピン装置は、任意の都合のよい位置でステップ・インデックス・ファイバに装着されるように作製することができる。

図４から図６に示す線形可変マンドレルは、突出するファイバ・ケーブルの各端部に固定基準グレード・コネクタを有し、かつ調整可能な内部プランジャを用いて内部ファイバを湾曲させ、一方でＥＦ応答を監視し、そのポイントで位置決めねじが固定されて内部容量がポッティングされる。マンドレルの目的は、個別ファイバ間の変動を微調整することであり、次にそれらのファイバは、任意の適切な光源と共に用いることができる。換言すれば、各可変マンドレルおよびテスト・コードは、公称波長の標準二波長ＬＥＤを用いて、工場でそれ相応に調整される。これらの可変マンドレルおよびテスト・コードのそれぞれは、今や、現場で、メーカーの独特な製造のＬＥＤ光源のいずれとも共に用いることができる。この装置は、別のメーカーのＬＥＤ光源で用いることができない。可変マンドレルおよびテスト・コードは、グレード・インデックス・ファイバ５０／１２５μｍまたは６２．５／１２５μｍで製造してもよい。グレード・インデックス・ファイバの各サイズは、±１μｍ以下の制御されたコア許容範囲を備えたファイバを用い、その結果、変動性は低減され、それは、可変マンドレルのチューニング範囲、ひいてはそのサイズの低減を支援する。この可変マンドレルは、顧客が今日は何を使用するかに応じて、比較可能なサイズ、重量、および使いやすさを有する。しかしながら、高さは、テスト・コードの厚さにまで著しく低減され、それは、３ｍｍであってもよい。

線形モード・スクランブラを示す図４から図６の図において、ファイバ２２は、プランジャ２８の上を通りながら本体２６内のチャンバ２４を通過する。プランジャ２８は、ファイバに隣接する曲面の下に凹部を有する。プランジャは、方向軸３０に沿って上下に移動可能であり、それによって、上方への移動は、ファイバを一層湾曲させ、下方への移動は、ファイバをより少なく湾曲させる。図４は、完全に引っ込んだ位置におけるプランジャを示し、図５は、プランジャの部分的な伸張およびファイバの対応する部分的な湾曲を示し、他方、図６は、プランジャの完全に伸張した位置、およびそれに伴うファイバの完全な湾曲を示す。

装置の較正用に、適切なテスト器具が接続され、プランジャは、所望の伝送条件を提供するようにファイバを湾曲させるために調整される。プランジャの調整によって必要なモード分布設定が完了すると、ファイバは、必要ならば、適所に永続的に固定することができる。これは、ＬＶＭアセンブリの入力および出口端部で任意の適切な手段によってファイバをクランプで固定することによって、かつ／またはファイバのまわりの空間に適切な化合物を注入してファイバをポッティングすることによって、達成することができる。

線形可変マンドレル（ＬＶＭ）は、光ファイバの短い長さの湾曲半径を変えて、ファイバ内におけるモード分布のチューニングを提供する適切な手段を提供する。全モード励振状態を提供する適切な光源と共に用いられた場合に、ＬＶＭは、ファイバからの光出力モード分布の設定を、確立されたエンサークルド・フラックス標準に準拠するようにできる実時間調整可能なモード・フィルタとして働く。高速で正確なモード分布設定が、調整方法の無段階特性の結果として達成される。

半径Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は、モード・フィルタリングの異なる範囲を提供するために、および異なる外部クラッディングまたはジャケット直径のファイバに対処するために、個々のＬＶＭ設計内で指定することができる。Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３の場合に、最小の等しいファイバ・ループ直径は、Ｌ≒（Ｒ１＋Ｒ４）を仮定すると、直径２×Ｒ１の固定マンドレルのまわりに一巻きファイバを巻くことに等しく、ここでＲ４＝（Ｒ１＋ｄ）であり、ｄは、ファイバ外部クラッディングまたはジャケット直径である。ファイバ・コアの実際の湾曲半径は、ほぼＲ１＋（ｄ／２）である。最大の等しいファイバ・ループ直径は、ファイバ経路が直線状である場合に、無限大である。したがって、上記で指定した基準に準拠するＬＶＭに関して、等しいマンドレル直径の調整範囲は、２Ｒ〜∞である。

動作原理は、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３が等しいことも、Ｌ≧Ｒ１＋Ｒ４）であることも要求しない。しかしながら、これらのパラメータに対する変更は、利用可能な調整範囲に影響する。所与の全体的ＬＶＭパッケージ寸法内の調整範囲を最大限にするために、Ｒ４≧（Ｒ１＋ｄ）であるのが得策である。Ｒ４＜（Ｒ１＋ｄ）は、必ずしも、いくらかのマンドレル調整を妨げない。実際的な考慮だけによって、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３の寸法が制限される。小さすぎると、ファイバに永続的な損傷を引き起こす可能性があり、大きすぎると、ファイバ内のモード分布に対して有する影響が最小になろう。

実施例１
図７および図８を参照すると、ＬＶＭ原理の例示的な実施形態が示されている。この例において、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は、８ｍｍであり、かつＲ＝８ｍｍで可能な完全な調整範囲が必要ではないと判定されたので、Ｌ＜（Ｒ１＋Ｒ４）である。これによって、よりコンパクトな外部パッケージ寸法が可能になる。ファイバは、直径３ｍｍのゴツゴツしたジャケットを有する。

図７は、線形可変マンドレルの特定の例における一部の拡大図であり、ファイバは、図７に拡大断面図で示された中心部３０に入り、プランジャ２８は、適切な状態を提供するために、所望の量までファイバ２２を湾曲させるために上昇される。図８は、線形可変マンドレル実施形態が、外観図にどのように現れるかの図であり、中央可変マンドレル部分の特定の長さが、４７ｍｍであり、線形可変マンドレルの直径は、７ｍｍである。

図９は、ＯＴＤＲシステムに適用される本開示の概念のブロック図であり、パルス・レーザ光源３２は、固定モード・スクランブラ＋モード・フィルタ＋長いファイバ・ブロック３４に供給され、このブロック３４の出力は、出力コネクタ３６に供給される。

ＯＴＤＲにおいて用いられるレーザなど、限定モード励振用のＥＦなどの特定の励振状態を達成するための原理は、より多くのモード励起が必要とされることを除いて、ＬＥＤ用に前に説明した方法および装置に類似している。別の変更は、テスト中のネットワークにおける第１のコネクタを特徴づけることができるように、通常は励振コードとして用いられる典型的には約１００メートルのファイバ長さを追加することである。

レーザ光源などの個別の限定モード励振用に、全モード励振を生成するために必要とされる、モード・スクランブラを備えた内部ステップ・インデックス・ファイバが、全モード励振を提供するために用いられ、図９に示すように、モード・フィルタが後に続く。しかしながら、ＯＴＤＲにとって、任意のタイプの内部機器修正が、光学性能を変更し、したがって、外部モード・コンディショナが必要とされる。したがって、アセンブリ全体は、外部装置として維持される。

図９において、外部モード・コンディショナ（ＭｏｄＣｏｎ）３４は、固定コネクタで終端される２つの固定ファイバ・ケーブルを有する。入力部ではステップ・インデックス・ファイバが用いられ、一方で出力部では５０／１２５μｍまたは６２．５／１２５μｍサイズのグレード・インデックス・ファイバが用いられる。内部において、ステップ・インデックス・ファイバは、均一に分布された全モード励振が達成されるように、独特な方法で一点においてファイバを湾曲させるばね付き留め具で装着される。この方法は、挿入損失を低減し、曲がりくねったやり方で多数の湾曲を用いること、またはファイバ上にファイバ圧力を印加することなどの前述の方法に勝る改善である。次に、ステップ・インデックス・ファイバは、１００メートルなどの長いファイバ長さに融着接続されるが、その目的は、ＯＴＤＲとテスト中の第１のコネクタとの間に光学距離を設けることである。１００メートルの長さのちょうど手前で、モード・フィルタが、高次モードをストリッピングし、かつ所望のＥＦ準拠の励振を達成する。この場合にモード・フィルタに関し、ファイバの多重ループは、形状が楕円形になるように、プランジャで変形される。さらなるモード・フィルタリングが開始されないように、１００メートルのファイバが、１００ｍｍのような十分に大きな直径を有することがまた重要である。

所望の結果を達成する好ましい方法は、１００メートルのファイバ長さの左側にモード・フィルタを移動させることによって達成される隔壁接続における挿入損失を、モード・フィルタが出力ファイバに追加しないように、ファイバ・セクション、モード・スクランブラ、ファイバ長さ、およびモード・フィルタを順番に並べることである。これは、いくつかの国際標準によって要求されるような０．１ｄＢ未満の挿入損失である「基準グレード終端」が必要な場合に、重要である。これは、モード・フィルタをモード・スクランブラ近くに移動させること、および次に長さの長いファイバを追加することによって、行うことができる。長さの長いファイバの出力がＥＦ用に監視され、他方で、モード・フィルタが調整されるので、モード・フィルタがそれ相応に配置されることは問題ではない。

固定モード・スクランブラ、可変マンドレル、および１００メートルのファイバ実施形態における断面図である図１０を参照すると、レーザ光源（またはＯＴＤＲ）４０の出力部に一端部を装着した入力ステップ・インデックス・ファイバ３８が、独特な湾曲形状を有する固定モード・スクランブラ４２を通過し、それに応じた形をファイバが有する。この独特な形状は、損失が最小化される一方でモード励起が最大化されるように、画定される。この一位置クランプ技術は、いくつかの曲げ位置を必要とする、より複雑な他の方法と等しいモード分布を生成する。固定モード・スクランブラには、例えば、小さなピンによってファイバを変形させるスプリング・バイアスまたは固定クランプを含むことができる。次に、ステップ・インデックス・ファイバは、融解接続スリーブの代わりに上塗りプロセスを用いて、４４において、５０／１２５μｍまたは６２．５／１２５μｍグレード・インデックス・ファイバ４６上に融着接続される。これに続くのは、１００メートルの長さのグレード・インデックス・ファイバ４８、すなわち、励振ファイバとして用いられ、曲げ損失を最小化するためにループされ、かつ所望の励振状態を提供するために、例えば、ループ５２を可変的に変形する調整可能なプランジャ５４によって変形され、モード・フィルタ５０として用いられる変形可能ファイバ・ループ５２から発するグレード・インデックス・ファイバ４８である。

図１１は、プランジャの調整によるチューニング後の変形可能ループ５２の例示的な変形量を示す。

図１２は、ＯＴＤＲ ＭｏｄＣｏｎ実施形態における例の部分断面図であり、装置は、テスト機器およびネットワーク・ケーブルに接続する入力／出力コネクタ５８、６０を有する容器５６で囲まれている。ステップ・インデックス・ファイバ６２は、例えば、１００メートルの長さを容器内に収容するために繰り返しループされる１００メートルのファイバに接続される。ファイバ・ループ６４は、励振状態の調整を提供するために、調整可能なプランジャ６６とインターフェースし、他方、固定モード・スクランブラ６８は、ファイバとインターフェースされた、スプリング７０でバイアスされたピン７２の形態で設けられる。容器５６は、例えば、１３０ｍｍの長さ寸法を有する。図１３は、例示的な８８ｍｍの幅および１２ｍｍの高さを備えた容器５６の端面図である。

したがって、光学光源用の制御された励振状態を提供する改善された方法および装置が提供される。

ＬＥＤ光源用に、本方法および装置は、顧客が今日用いているものと比較して、サイズおよび重量を低減し、かつ、使いやすさを提供することによって、サイズ、重量、および使用問題の困難性を解決する。

ＯＴＤＲなどのレーザ光源の場合に関して、この方法および装置は、モード・スクランブラ、モード・フィルタ、およびファイバ長さの要素を組み合わせる改善された方法を統合するという問題を解決する。ＯＴＤＲをＥＦ準拠にし、かつ、それに応じて励振状態を制御することによって、永続的なファイバ・リンクまたはチャネルに対してなされる減衰測定は、光源および電力計の組み合わせとよく相関する。

本発明の好ましい実施形態を図示し、説明したが、本発明のより広い態様において、本発明から逸脱することなく、多くの変更および修正をなし得ることが、当業者には明白であろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨および範囲内に入る全てのかかる変更および修正をカバーするように意図されている。

１２ マンドレル
１４ ファイバ
１６ 二波長結合器（ＬＥＤ）
１８ ステップ・インデックス・ファイバ
２０ ピン
２１ ステップ・インデックス・ファイバ
２２ ファイバ
２４ チャンバ
２６ 本体
２８ プランジャ
３０ 方向軸
３２ パルス・レーザ光源
３４ 固定モード・スクランブラ＋モード・フィルタ＋長いファイバ・ブロック
３６ 出力コネクタ
３８ 入力ステップ・インデックス・ファイバ
４０ レーザ光源（またはＯＴＤＲ）
４２ 固定モード・スクランブラ
４６ グレード・インデックス・ファイバ
４８ グレード・インデックス・ファイバ
５０ モード・フィルタ
５２ 変形可能なファイバ・ループ
５４ 調整可能なプランジャ
５６ 容器
５８ 入力コネクタ
６０ 出力コネクタ
６２ ステップ・インデックス・ファイバ
６４ ファイバ・ループ
６６ 調整可能なプランジャ
６８ 固定モード・スクランブラ
７０ スプリング
７２ ピン
ｄ ファイバ外部クラッディングまたはジャケット直径
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 半径

Claims (3)

1. ステップ・インデックス・ファイバの一部が配置されている固定モード・スクランブラであって、該固定モード・スクランブラが、該ステップ・インデックス・ファイバの所望の程度の湾曲を達成するため、該ステップ・インデックス・ファイバの一部を変形し、及び、前記ステップ・インデックス・ファイバの第１の端が、光源の出力部に直接接続している、固定モード・スクランブラと、
   第１及び第２の端を有するチューニング可能なモード・フィルタであって、該チューニング可能なモード・フィルタの第１の端が、前記ステップ・インデックス・ファイバの第２の端で、前記固定モード・スクランブラに直接接続しており、第１のファイバ・ループを含むチューニング可能なモード・フィルタと、
   第１及び第２の端を有するグレード・インデックス・ファイバであって、該グレード・インデックス・ファイバの第１の端が、前記チューニング可能なモード・フィルタの第２の端に接続している、グレード・インデックス・ファイバと、
   前記グレード・インデックス・ファイバの第２の端に接続された励振ファイバであって、第２のファイバ・ループを含む励振ファイバとを含む光ファイバ・モード・コンディショナ。
2. 前記チューニング可能なモード・フィルタが、更に、所望の励振状態を達成するために、前記第１のファイバ・ループを調整可能に変形するよう設定された調整可能なプランジャを含む請求項１に記載の光ファイバ・モード・コンディショナ。
3. 前記励振ファイバの長さが、約１００メートルである請求項１に記載の光ファイバ・モード・コンディショナ。

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