專利名稱：波導(dǎo)纖維測量設(shè)備的制作方法
對相關(guān)申請的交叉參考本發(fā)明要求1999年4月9日提交的美國臨時申請60/128,504和1999年4月16日提交的美國臨時申請60/129,706的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及用于測量波導(dǎo)纖維光學(xué)性質(zhì)的設(shè)備，尤其涉及對光源或探測器進行光切換的設(shè)備。
2.技術(shù)背景波導(dǎo)纖維的光學(xué)測量總是制造過程中的一個化費大的部分。這對于包括帶寬、衰減、數(shù)值孔徑、纖芯直徑和差模延遲在內(nèi)的多模光纖測量尤其如此。傳統(tǒng)的光學(xué)測量系統(tǒng)采用光學(xué)臺與由透鏡和可移反射鏡組成的光學(xué)元件組塊，用以折疊光路并為各種測量合并信號。與測試光纖建立的一種連接是在探測器之前的最后一個透鏡前面采用一個XYZ平移臺。大家知道，平移臺對溫度敏感，并且受其可移部件的后沖作用。使光纖的光注入端與一個適于所需測量的光源相連。
因為多模光纖的某些光學(xué)性質(zhì)(即，帶寬和衰減)對注入敏感，所以一般希望用不止一種注入條件進行測量。通常還希望用不止一種波長進行測量，因此必須作多次注入端的連接。
因此，這些測量臺的明顯缺陷是對準慢、難以對準與保持對準，并且規(guī)模大，即它們具有一平方米左右的表面積。為了保持可靠性，這種光學(xué)臺必須相對一標準臺用標準化光纖作周期性地校準。常常需要做費時、費錢的反復(fù)測量。
目前，用于多模光纖性能標準的標準光學(xué)規(guī)范包括用模斑尺寸和數(shù)值孔徑可以激發(fā)多模光纖中所有模式的注入條件所做的測量。這種注入條件稱為過注入條件，在工業(yè)標準“光纖測試方法(FOTP)54”中有定義。衰減測量采用有限或限制注入，稱為有限相間注入(LPS)，在FOTP50中有定義。LPS注入類似于下述的模斑尺寸為30μm的注入。
最近，為激光光源優(yōu)化多模光纖的需求增加了帶寬測量時不同注入條件的數(shù)目，從而增加了測量臺上的連接數(shù)目，與這類光學(xué)臺一起構(gòu)成許多問題。
因此，需要一種光纖測量設(shè)備，便于設(shè)備中各部件和待測光纖的連接和對準。在具有不同波長或注入條件的光源之間切換波導(dǎo)纖維的注入端應(yīng)該快速且可靠。
本發(fā)明滿足了化費較少，速度較快和可重復(fù)性更高的波導(dǎo)纖維測量要求。
發(fā)明簡述本發(fā)明的一個方面是一種測量光纖的設(shè)備，它被測光纖的注入端使用一個N×1光開關(guān)，并在被測光纖的探測器端使用一個1×M光開關(guān)。把具有所要波長和注入條件(即，模斑尺寸和數(shù)值孔徑)的每個光源接到N×1開關(guān)之N個端口中的一個端口上。把各探測器接到M×1開關(guān)之M個端口中的一個端口上。結(jié)果，光纖可以接在兩個開關(guān)之間，并在做所有所需測量時保持連接。
注入端開關(guān)經(jīng)選擇用于維持光源的注入條件，即模功率分布。探測器一端的開關(guān)經(jīng)選擇用于維持從待測光纖出射的光的模功率分布。對于某些測量，首先把一參考光纖連接在開關(guān)之間，以建立例如一基準注入功率或注入脈寬。因此，在帶寬測量中，將經(jīng)過待測光纖的脈沖的脈寬與參考脈寬作比較。衰減測量亦可作相同的比較，但將出射光纖的功率與注入功率相比較，在本發(fā)明的一個實施例中，注入光的模斑尺寸或數(shù)值孔徑隨光源而變化。也有一些光源是單模激光器。在一較佳實施例中，單模激光光源的模斑尺寸在約8μm到30μm的范圍內(nèi)。
在另一實施例中，可以限制注入光的模斑尺寸或數(shù)值孔徑，使得并非多模光纖的所有模式都載有功率，即并非被被激發(fā)。
測量設(shè)備的另一個實施例包括一個通過1×2耦合器與諸開關(guān)耦合的OTDR，因此注入光纖每一端的光可以形成反射功率的跡線。OTDR連接的詳述將在下面

圖1的描述中陳述。
本發(fā)明的附加特性和優(yōu)點將在隨后的詳細描述中陳述，且對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其中一部分從描述中容易明白，或都通過實踐在此描述的發(fā)明而認識到，包括隨后的詳細描述、權(quán)利要求書及附圖。
要明白，前面的一般描述和下面的詳細描述兩者都僅僅是本發(fā)明的示范例子，并試圖為理解本發(fā)明要求保護的本質(zhì)和特性提供綜述或構(gòu)架。所包括的附圖是有助于進一步理解本發(fā)明，它們包括在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附示了本發(fā)明的一個實施例，與文字部分一起用來解釋本發(fā)明的原理和工作情況。
附圖簡述圖1是本發(fā)明波導(dǎo)纖維測量設(shè)備的一個實施例的簡圖。
較佳實施例的詳細描述現(xiàn)在將對本發(fā)明的較佳實施例作出詳細參考，實施例的一個例子圖示于附圖中。
本發(fā)明測量設(shè)備的示范實施例示于圖1，并用參考數(shù)字10來代表整個設(shè)備。
定義依照本發(fā)明，本發(fā)明用于測量波導(dǎo)纖維的設(shè)備包括一個將功率注入待測光纖的N×1開關(guān)2。正如本文實施的和圖1所示的，通過1×2連接器12把每個光源4光耦合到N×1開關(guān)之N個輸入端中的一個。在光時域反射計(OTDR)6的情況下，通過開關(guān)12實現(xiàn)與1×M開關(guān)8之輸出端的第二種光連接。這個安排使人們能從待測光纖的每一端獲得OTDR的跡。在開關(guān)2的N個輸入端處也示出了在以一個或幾個波長測量待測光纖之差模色散(DMD)時用的光源14。
可以用接頭18將光纖與測量設(shè)備10光連接。這些接頭可以是熔接接頭或者本領(lǐng)域公知的任何一種機械接頭?？梢园芽勺兯p器20放在線路中，在注入光功率對探測器22來說太高的情況下使用。過驅(qū)動探測器最可能發(fā)生在當?shù)玫缴鲜鰠⒖脊庑盘枙r。開關(guān)24被放置成可以將來自現(xiàn)用探測器的光功率發(fā)送給數(shù)據(jù)存儲器和分析裝置26。一般來說，分析和存儲裝置包括一示波器和一個具有?！獢?shù)接口的計算機。這些分析裝置包括用于計算帶寬衰減的計算機程序，是本領(lǐng)域公知(參見上面引用的FOTP)，因此這里不再進一步討論。
圖1設(shè)備使用的注入條件或模功率分布的例子如下。在開關(guān)2的一個輸入端將一標準的階躍型折射率單模光纖用作光纖尾纖28，可以獲得模斑尺寸約為9.3μm和數(shù)值孔徑(NA)約為0.14的一個極受限制的注入條件。于是，通過使標準單模光纖與在測多模光纖結(jié)合并使單模光纖纖芯相對于多模光纖纖芯作偏移，可以獲得多種限制注入。
將芯軸周圍包裹著纖芯為50μm的多模光纖用作尾纖28，可以獲得中等限制的注入條件。在直徑為5mm的芯軸周圍包裹這種光纖5圈可提供30μm(直徑)的模斑尺寸和0.13的數(shù)值孔徑。
將纖芯直徑大于約100μm且數(shù)值孔徑大于約0.30的階躍型折射率多模光纖用作尾纖28，獲得了過注入。例子利用在圖1中實施的設(shè)備來進行測量。開關(guān)2是一JDS，DP8T開關(guān)PNSC1618-D2SP SNB6B0366。將JDS開關(guān)，1×2開關(guān)PNSW12-Z000311 SNJC034991和1×8開關(guān)PNSBO 108-Z000329GB029604分別用作開關(guān)2，反復(fù)測試。可變衰減器20是一個JDS，PNHA9-Z046 SNKC000660。用四個不同的注入條件測量纖芯為62.5微米、外直徑為125μm的光纖的帶寬。正如上面所描述的，這四種條件是●由TIA/EIA FOTP所限定的標準過注入情況；●中等限制注入條件，它用纖芯為50μm的光纖繞直徑為5mm的芯軸5圈獲得的30μm的光斑；●限制注入條件，它是通過使標準階躍型折射率單模光纖的纖維相對于纖芯為62.5μm的光纖偏移4μm而產(chǎn)生的；以及●極受限制的注入條件，它是通過使用標準階躍型折射率單模光纖而建立的。
測試的結(jié)果公布于表1。給出了每種注入條件和每種開關(guān)類型下帶寬測量結(jié)果相對于在參考設(shè)備上所得結(jié)構(gòu)的百分偏差。由可變衰減器導(dǎo)致的帶寬測量結(jié)果的百分偏差在表1的最后一行中給出。百分偏差表示為BW850nm/BW1300nm的形式。在1300nm波長處的測量不是用單模光纖注入進行。
表 1
表明了在系統(tǒng)末端處的衰減器的影響是很小的，在所有例子中都少于5％。大多數(shù)開關(guān)呈現(xiàn)出低的偏差，特別在過注入的情況下。
總之，本發(fā)明通過光纖開關(guān)提供了一種將多種波長下的光源與具有多種注入條件的光源相組合的方法，從而消除了對室外、光學(xué)元件組塊的需求。這為進行多模光纖帶寬測量提供了手段，據(jù)此，對于這些條件所有置換下一次完整測量，一根測試光纖必須與測試設(shè)備連接一次。
本發(fā)明也提供了利用光纖開關(guān)技術(shù)組合多種光學(xué)測量的方法。因此，通過對測試設(shè)備的一次連接，就可完成多種測量。例如，光時域反射計(OTDR)或差模延遲(DMD)測量可以通過與開關(guān)之附加端口的連接與帶寬和衰減結(jié)合起來。
這設(shè)計消除了光學(xué)臺并為諸部件使用單個電子設(shè)備架。于是，一次連接提供了在各種注入條件、各種波長和各種測量中切換手段，不需要室外光學(xué)元件。通過消除在室外光路中所損失的功率，測量的動態(tài)范圍有顯著的提高。本領(lǐng)域已知動態(tài)范圍是在保持可作測量的信噪比時能夠存在于測量路徑上的衰減量。
因此，測量系統(tǒng)的動態(tài)范圍直接轉(zhuǎn)化為能測量的光纖長度。
在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下，可對本發(fā)明作出修改和變化，這對在本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說是顯然。因此，本發(fā)明試圖覆蓋發(fā)明的修改和變化，只要他們落在后附權(quán)利要求書以及其等效技術(shù)方案的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于測量波導(dǎo)纖維光學(xué)性質(zhì)的設(shè)備，其特征在于，包括第一光開關(guān)，它具有N個輸入端和至少一個輸出端；多個激光器或發(fā)光二極管光源，多個光源中的每個光源都與所述N個輸入端中的一個輸入端光學(xué)耦合；第二光開關(guān)，它具有至少一個輸入端和M個輸出端；多個光探測器，每個所述探測器都與所述第二光開關(guān)之M個輸出端中的一個輸出端光學(xué)耦合；測光裝置，它用于接收來自任何一個所述光探測器的光，一段參考光纖或一段待測光纖光學(xué)耦合在所述第一開關(guān)之至少一個輸出端和所述第二開關(guān)之一至少一個輸入端之間；其中所述第一和第二開關(guān)可以保持從中通過的光的模功率分布。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，測量一多模光纖，并且注入該多模光纖的模功率分布的模斑尺寸和數(shù)值孔徑足以把功率注入該多模光纖的所有允許模式。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，測量一多模光纖，并且限制模功率分布的模斑尺寸和數(shù)值孔徑，使得多模中的一些允許模式不載功率。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，數(shù)量預(yù)選的所述激光器是單模激光器，它們提供模斑尺寸在約8μm到30μm范圍內(nèi)的光。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括一可變衰減器，它光耦合到開始于所述光源之一并終止于所述光探測器之一的光路中。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述測光裝置被構(gòu)造成用于測量待測多模光纖的帶寬。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述測光裝置被構(gòu)造成用于測量待測多模光纖的衰減。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括具有至少一個輸入端和至少二個輸出端的第三開關(guān)；以及光時域反射計，它與所述第三開關(guān)的至少一個輸入端光學(xué)耦合；其中所述第三開關(guān)中至少二個輸出端中的一個與所述第一開關(guān)的一個輸入端光學(xué)耦合，并且所述第三開關(guān)中至少二個輸出端中的一個與所述第二開關(guān)的一個輸出端光學(xué)耦合。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，第一或第二開關(guān)中的任一個是模塊化單元。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括用于在所述第一耦合器之N個輸入端中的任何二個輸入端之間自動切換的裝置。
11.如權(quán)利要求1或10中的任一個，還包括所述第二開關(guān)M個輸出端的任何二個之間的自動接通或關(guān)斷的方法。
全文摘要
揭示了一種用于測量光纖性質(zhì)的設(shè)備。該設(shè)備不使用通常在測量某些波導(dǎo)纖維性質(zhì)時需要的孔徑,透鏡和反射鏡。該設(shè)備在待測光纖的注入端使用了一個光開關(guān),并在待測光纖的輸出端使用了另一個光開關(guān)。這些光開關(guān)對從中通過的光保持模功率分布,特別是模斑尺寸。這設(shè)備可用于測量多模波導(dǎo)光線的帶寬或衰減,這兩者都受被注入和被檢測的模功率分布的影響。
文檔編號G01M11/00GK1360676SQ00810209
公開日2002年7月24日 申請日期2000年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月9日
發(fā)明者M·J·哈克特 申請人:康寧股份有限公司