专利名称：测量截止波长的方法
技术领域：
本发明涉及测量光纤的高阶模的截止波长的方法。
背景技术：
下述情况是很重要的用作光通信系统中的光传输线路的光纤在信号光波长上为单模，并且高阶模的截止波长比信号光波长短。高阶模的截止波长被定义为如下波长在该波长下，由于高阶模的弯曲损耗而导致的衰减是19. 37dB。在ITU-T G. 650. I标准中，弯曲参考法和多模参考法被指定为测量光纤的高阶模的截止波长的方法。L. -A. de Montmorillon et al.，0TuL3, OFC 2009 (参考文献 I)描述了具有折射率分布的弯曲不敏感型光纤(bend-insensitive fiber),该光纤具有形成在包层中的沟道(trench)，并且即使该光纤以较小的曲率半径弯曲，光也不容易泄漏。通过截止波长的常规 测试方法难以正确地测量这种光纤的截止波长。R. Morgan et al.，Opt. Lett.，Vol. 15 (1990)，No. 17，947 (参考文献 2)指出当从芯线泄漏的一部分光在具有较大的折射率差异的界面上被反射时，例如在玻璃与涂层之间或者在空气与涂层之间被反射时，出现称为“回音壁模”(WGM)的光谱，并且对经由芯线传输的光产生干涉。
发明内容
本发明旨在提供一种用于精确地测量光纤的高阶模的截止波长的方法。为了实现上述目的，所述测量测试光纤的高阶模的截止波长的方法包括第一步，测量从光源输出的光的功率谱PlU) [dB];第二步，当从所述光源输出的光入射到以允许曲率在纵向上变化的形状放置的所述测试光纤的一端时，测量从所述测试光纤的另一端发出的光的功率谱P2U) [dB];第三步，获取表示所述功率谱P2 (入)与所述功率谱Pl (入)之间的差异的差光谱P(X);以及第四步，基于所述差光谱P(X)获取所述测试光纤的高阶模的截止波长。在本发明的测量测试光纤的高阶模的截止波长的方法中，所述第四步可以包括第一子步，获取近似表达式a X +b [dB]，所述表达式表示所述差光谱P(X)的如下直线部分所述直线部分从所述差光谱P(X)为最小值的点开始朝较长波长侧的方向延伸；以及第二子步，基于所述差光谱P(X)与表达式aX+b+0. l[dB]所表示的直线相交的点处的波长，获取所述测试光纤的高阶模的截止波长。在第二步中，(I)所述允许曲率在纵向上变化的形状可以是螺线，并且(2)所述允许曲率在纵向上变化的形状优选地具有最小曲率和最大曲率，从而在用于测量功率谱P2(A)的波长范围内，差光谱P U ) Mn的振动波形相对于差光谱P U ) max的振动波形偏移半个周期或更多，所述差光谱P(X)Hiin是在以所述最小曲率卷绕所述测试光纤的全部长度时获得的，所述差光谱P(X)Hiax是在以所述最大曲率卷绕所述测试光纤的全部长度时获得的。
优选的是，在第二步中对所述测试光纤进行定位，从而使得在经由所述测试光纤传输的LPll模的截止波长处的弯曲损耗(基于以280_的直径卷绕全部长度的所述光纤的状态下的损耗，所述弯曲损耗增大)为0. IdB或更少。在本发明所述的测量测试光纤的高阶模的截止波长的方法中，在波长为1550nm、曲率半径为7. 5mm的情况下,所述测试光纤的弯曲损耗优选地是0. 5dB/圈或更少，并且更优选地是0. OSdB/圈或更少。〈本发明的效果〉根据本发明可以精确地测量光纤的高阶模的截止波长。
图I是示出通过比较例中的测量截止波长的方法所获得的差光谱的曲线图。图2A是示出本发明实施例的第一步中的光纤布置的概念性示意图，图2B是示出·第二步中的光纤布置的概念性示意图。图3是示出根据本发明一个实施例以及比较例的测量截止波长的方法中的差光谱P(X)的曲线图实线是实施例的情况，而虚线是比较例的情况。图4A是示出测量截止波长的方法的实施例中的第四步中的功率谱PlU)和P2(A)的曲线图，类似地，图4B是示出差光谱P(A)的曲线图。图5是示出具有曲率的测试光纤中经由芯线传输的LPll模的光路以及在玻璃/涂层界面处反射的WGM的光路的概念性示意图。图6是示出测试光纤的弯曲损耗的波长相关性的曲线图。
具体实施例方式下面将参考附图描述本发明的优选实施例。提供附图是为了描述实施例，而不是为了限制本发明的范围。在附图中，以相同的附图标记来表示相同的部件，从而可以省略重复的描述。附图中的尺寸比例不一定是精确的。首先，对使用多模参考法来测量截止波长的常规方法(比较例)进行描述。在比较例中，用作测试光纤的光纤具有如下表所示的结构和特性。表
折射率分布沟道形状
~ITU-T 类别G. 637. B3
[email protected] u m
光纤截止波长1230nm
弯曲损耗 = 5mm，A = 1550nm 0. 06dB/ 圈该测试光纤是具有如下折射率分布(profile)的弯曲不敏感型光纤该折射率分布具有位于包层中的沟道，如参考文献I所述，并且该测试光纤被设计成这样即使该光纤以较小的曲率半径弯曲，光也不容易泄漏。
在比较例中，首先，将测试光纤插入第一多模光纤与第二多模光纤之间，以使从波长可变光源发出的光入射到第一多模光纤上；然后，测量从第二多模光纤发出的光的功率谱Pl U )。为了进行上述测量，测试光纤的长度是2m、8m或22m，并且把从测试光纤的各端留出长度0. 5m之后的部分卷绕在直径为280mm的芯棒的外周上。接下来，将第三多模光纤插入第一多模光纤与第二多模光纤之间，以使从波长可变光源发出的光入射到第一多模光纤上；然后，测量从第二多模光纤发出的光的功率谱P2(A)0然后，获取表示功率谱P2U)与功率谱PlU)之间的差异的差光谱P(X)。从而，可以基于差光谱P( X )获得测试光纤的高阶模的截止波长。
图I是示出通过比较例中的测量截止波长的方法获得的差光谱的曲线图。存在如下情况当要测量在折射率分布中具有位于包层中的沟道的弯曲不敏感型光纤的截止波长时，差光谱P(X)中出现振动分量。尤其在倾向于保留高阶模的短光纤的差光谱P(X)中明显地出现振动分量。本专利申请的发明人发现在差光谱P(X)中出现振动分量是由于高阶模中的WGM。在许多情况下，用于测量截止波长的测试光纤所卷绕的芯棒的直径相对较大80_至280mm。在这种情况下，由于在测试光纤的折射率变化的点处的入射角(反射角)接近90°，所以根据菲涅耳公式，即使折射率差异是小的，反射仍然是大的。因此，在许多情况下，光的反射不仅在涂层与空气之间的界面处发生，而且在其它地方发生，例如在构成测试光纤的玻璃与涂层之间的界面，或者在测试光纤的玻璃中的折射率不连续的点处。通过用参考文献2中指出的折射率匹配的材料来覆盖测试光纤的涂层外周，可以限制由于涂层与空气之间的界面处的折射率差异而出现的WGM。然而，难以限制由于玻璃与涂层之间的界面处的折射率差异而出现的WGM。在比较例中出现了 WGM，并因此难以正确地测量由于高阶模的弯曲损耗而导致的衰减，从而难以精确地测量光纤的截止波长。因此，在本发明的测量截止波长的方法的实施例中，通过执行如下第一步至第四步并在第二步中将测试光纤定位成其曲率在纵向上变化的形状来进行测量。图2A是示出本发明实施例的第一步中的光纤布置的概念性示意图，类似地，图2B是示出第二步中的光纤布置的概念性示意图。在第一步中，在多模光纤11、13及12依次光连接的情况下，使从光源21发出的光入射到多模光纤11的输入端，并且用功率计22测量从多模光纤12发出的光的功率谱Pl ( A ) [dB]。在第二步中，在多模光纤11、测试光纤10以及多模光纤12依次光连接的情况下，使得从与第一步中相同的光源21发出的光入射到多模光纤11的输入端，并且用功率计22测量从多模光纤12发出的光的功率谱P2 U ) [dB]。在第二步中，在测试光纤10设置为其曲率在纵向上变化的形状的情况下测量功率谱P2 ( X )。上述形状优选的是螺线形状，这对于在纵向上无破坏地改变测试光纤的曲率的方法而目是有益的。在第一步和第二步中使用的光源21可以发出各种波长的光。因此，通过扫描从光源21发出的光的波长X，用功率计22测量从测试光纤10发出的各种波长的光的功率。由光源21发出的光的波长的变化范围包括被假定为测试光纤10的截止波长的波长。可以首先执行第一步和第二步中的任意一者。在第三步中，通过以功率谱P2U)减去功率谱Pl(A)来获取差光谱PU)。在第四步中，基于差光谱P(X)获取测试光纤的高阶模的截止波长。
图3是示出根据本发明的一个实施例以及比较例的测量截止波长的各个方法中的差光谱P(X)的曲线图实线是实施例的情况，虚线是比较例的情况。在实施例中使用的测试光纤也具有如上表所示的结构和特性。在比较例的情况下的差光谱中可以看到由于WGM导致的振动分量，但在实施例的情况下的差光谱中难以看到振动分量。在实施例中，通过将测量光纤定位成曲率在纵向上变化的形状来执行测量，以使振动分量的相位可以在纵向上的各个位置处变化，从而使得相应的光谱彼此抵消，由此使振动分量的幅值减小。结果，通过减小振动分量的影响，可以精确地测量测试光纤的截止波长。图4A是示出测量截止波长的方法的实施例中的第四步中的功率谱PlU)和P2(A)的曲线图，类似地，图4B是示出差光谱PU)的曲线图。第四步优选地包括第一子步，获取近似表达式a X +b [dB]，该表达式近似表示差光谱P(X)的如下直线部分A :该直线部分A从差光谱P(X)为最小值的点开始朝较长波长侧的方向延伸；以及第二子步，基于差光谱P(X)与表达式aX+b+0. l[dB]所表示的直线(虚线B)相交的点处的波长，获取测 试光纤的高阶模的截止波长入C。下面，将对第二步中的测试光纤的布置进行更详细地描述。希望将测试光纤定位成这样在测量了功率谱P2 ( A )的波长范围内，差光谱P ( A )min的振动波形相对于差光谱P(A)max的振动波形偏移半个周期或更多，其中，差光谱P U ) Mn是在以最小曲率卷绕测试光纤的全部长度时获得的，差光谱PU )max是在以最大曲率卷绕测试光纤的全部长度时获得的。因此，通过调节测试光纤在纵向上的曲率分布从而使振动周期变化半个周期或更多，可以可靠地减小振动分量的振幅。更希望将测试光纤布置成这样使振动周期在纵向上变化2 或更多。图5是示出在具有曲率的测试光纤中经由芯线传输的LPll模的光路以及在玻璃/涂层界面处反射的WGM的光路的概念性示意图。公式(I)表述由芯线引导的LPll模与在玻璃/涂层界面处反射的WGM之间的相位差A(p:
A(p = 27iL/X-pZ... (I)其中，\是波长，L是泄漏的光的光路长度，0是LPll模的传输常数，Z是穿过芯线的光的光路长度。相位差A(p是波长\的函数。通过改变弯曲半径从而改变L和Z来调节确定振动分量的峰值波长的相位差A(p。为了抑制振动分量以便测量精确的截止波长，可以以如下方式来实现测试光纤的适当的布置首先，计算在被假定为截止波长(在下文中，简称“假定截止波长”)的波长下的A(p与弯曲半径之间的关系；接下来，确定测试光纤的布置，从而在测试光纤的入射端与出射端之间的至少一部分处，在假定截止波长处的A(p可以变化2 或更多。例如，建议采用螺线形状作为测试光纤的适当布置。在将具有如上表所示的结构和特性的测试光纤设置成如图2B所示的螺线形状的情况下，可以由公式(2a)和公式(2b)表示测试光纤在纵向上的各个位置(x，y)x = a(0 + 0O) cos 0 [mm] (2a)y = a(0 + 0O) sin 0 [mm] (2b)在将测试光纤布置成螺线的形状从而公式(2a)和公式(2b)中0 0 = 2 且a =I的情况下，当通过将经由芯线传输的LPll模的光路长度Z与在玻璃/涂层界面处反射的WGM的光路长度L代入而由公式⑴获得Acp时，Acp在测试光纤的纵向上变化大约I其中，光路长度Z和L是根据图5在几何上计算得出的。在这种情况下，与常规的测量方法相t匕，可以将振动分量的功率限制在1/5或更少。因此，通过选择这种螺线形状，可以预测Acp在纵向上的变化，从而确定测试光纤的适当布置。在上述情况下，将数值确定为0 0 = 2 且a = 1，从而可使A(p约等于。然而，上述数值将根据测试光纤的直径和折射率分布而变化。因此，优选的是，根据测试光纤的情况来适当地改变螺线形状。然而应该注意到，测试光纤不一定设置成精确的螺线形状，而是任意的形状都可以接受，只要将测试光纤布置成使Acp会在纵向上变化半个周期即可。当假定截止波长处的A(p变化或更多时，振动分量的峰值波长的波长间距同时会变化。在这种情况下，也可以通过使假定截止波长处的A(P变化n或更多来控制振动分量。简单地说，只要确定了测试光纤的螺线形状，从而可以使在假定截止波长处的振动分量的波形反转成正值或负值达一次或更多，那么就足够了。这里，假定截止波长可以与实际测量值有差异，只要差值是大约±50nm或更少即可。 此外，希望为这样的方式确定在第二步中测试光纤的定位使得经由测试光纤传输的光的LPll模的截止波长处的弯曲损耗为0. IdB或更少。如果由于第二步中施加的曲率使得测试光纤的LPll模的弯曲损耗在截止波长处变得多于0. ldB，则这种弯曲损耗会加到LPll模的固有损耗中，从而将导致截止波长的测量中的误差。图6是示出测试光纤的弯曲损耗的波长相关性的曲线图。在这种情况下，测试光纤具有如上表所示的结构和特性，并且被布置成如图2B所示的螺线形状。在这种情况下，上述公式(2a)和(2b)的参数是00 = 2^1且a = I。因此，通过以如下方式在布置测试光纤的同时充分地沿纵向改变A(p，能够精确地测量截止波长在纵向上改变曲率不会导致额外的弯曲损耗。在如L.-A. de Montmorillon et al. , OTuAl, OFC 2011 中描述的具有便于保持弯曲损耗较小的弯曲不敏感型光纤的情况下，高阶模损耗的波长相关性偶尔变得很小。在这种情况下，适于使用本发明的测量截止波长的方法来测量截止波长，这是因为存在高阶模的干涉较大从而振动分量变得较大的情况。在下述情况下，高阶模将在截止波长附近转换成泄漏模，从而高阶模损耗的波长相关性趋于变小光纤的折射率分布具有位于包层中的沟道，并且光纤被设计成在波长为1550nm、曲率半径为7. 5mm的情况下弯曲损耗为0. 5dB/圈或更少。因此，这种光纤特别适于采用本发明的测量截止波长的方法。本发明的测量截止波长的方法更特别适于如下光纤该光纤被设计成在波长为1550nm、曲率半径为7. 5mm的情况下具有0. 08dB/圈或更少的弯曲损耗。这是因为在这种光纤的情况下，当高阶模在截止波长附近变成泄漏模时，高阶模损耗的波长相关性趋于变小。
权利要求
1.一种测量测试光纤的高阶模的截止波长的方法，所述方法包括 第一步，测量从光源输出的光的功率谱Pl (λ) [dB]； 第二步，当从所述光源输出的光入射到以允许曲率在纵向上变化的形状放置的所述测试光纤的一端时，测量从所述测试光纤的另一端发出的光的功率谱Ρ2( λ) [dB]； 第三步，获取表示所述功率谱Ρ2(λ)与所述功率谱Ρ1(λ)之间的差异的差光谱PU);以及 第四步，基于所述差光谱P ( λ )获取所述测试光纤的高阶模的截止波长。
2.根据权利要求I所述的测量测试光纤的高阶模的截止波长的方法，其中， 所述第四步包括 第一子步，获取近似表达式a λ +b [dB]，所述表达式表示所述差光谱P ( λ )的如下直线部分所述直线部分从所述差光谱Ρ( λ)为最小值的点开始朝较长波长侧的方向延伸；以及 第二子步，基于所述差光谱Ρ( λ)与表达式aX+b+O. l[dB]所表示的直线相交的点处的波长，获取所述测试光纤的高阶模的截止波长。
3.根据权利要求I所述的测量测试光纤的高阶模的截止波长的方法，其中， 在第二步中，所述允许曲率在纵向上变化的形状是螺线形状。
4.根据权利要求I或3所述的测量测试光纤的高阶模的截止波长的方法，其中， 在第二步中，所述允许曲率在纵向上变化的形状具有最小曲率和最大曲率，从而在用于测量功率谱P2 ( λ )的波长范围内，差光谱P ( λ ) min的振动波形相对于差光谱P ( λ ) max的振动波形偏移半个周期或更多，所述差光谱Ρ( λ )min是在以所述最小曲率卷绕所述测试光纤的全部长度时获得的，所述差光谱P(X)max是在以所述最大曲率卷绕所述测试光纤的全部长度时获得的。
5.根据权利要求I或3所述的测量测试光纤的高阶模的截止波长的方法，其中， 在第二步中对所述测试光纤进行定位，从而使得在经由所述测试光纤传输的LPll模的截止波长处的弯曲损耗为O. IdB或更少。
6.根据权利要求I或3所述的测量测试光纤的高阶模的截止波长的方法，其中， 在波长为1550nm、曲率半径为7. 5mm的情况下,所述测试光纤的弯曲损耗为O. 5dB/圈或更少。
全文摘要
本发明公开一种测量测试光纤的高阶模的截止波长的方法。本发明的上述方法包括第一步，测量从光源输出的光的功率谱P1(λ)；第二步，当从光源输出的光入射到以允许曲率在纵向上变化的形状放置的测试光纤的一端时，测量从测试光纤的另一端发出的光的功率谱P2(λ)；第三步，获取表示功率谱P2(λ)与功率谱P1(λ)之间的差异的差光谱P(λ)；以及第四步，基于差光谱P(λ)获取测试光纤的高阶模的截止波长。
文档编号G01J9/00GK102759406SQ20121012849
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月27日 优先权日2011年4月27日
发明者中西哲也 申请人:住友电气工业株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
