专利名称：截止波长测量方法以及光通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测量光纤的高阶模截止波长的方法以及使用该方法的光通信系 统。
背景技术：
在光通信系统中用作光传输路径的光纤在信号光波长处具有单模(或者高阶模 截止波长比信号光波长短)是很重要的。IEC60793-1-44(JIS C 6825)说明了弯曲参考 技术(60793-1- 44 IEC 2001 第 27 页)以及多模参考技术(60793-1- 44 IEC 2001 第 27页)作为用于测量光纤的高阶模截止波长的方法。然而，利用弯曲参考技术或者多模参 考技术，有可能难于测量下列光纤的截止波长在高阶模中具有低弯曲损耗的光纤(参见 Fujikura Giho，第 105 期，第 6-10 页(2003)M. Ikeda 等人)；具有彼此接近的多个高阶模截止波长的光纤；以及具有与0H感应损耗波长接近的截止波长的光纤。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于容易地测量光纤的高阶模截止波长的方法， 而对于该光纤难于利用弯曲参考技术或者多模参考技术测量其截止波长。为了实现上述目的，将提供一种用于测量光纤的高阶模截止波长的方法。根据本 发明的一个方面的方法包括(1)第一步骤，将多模光纤连接到将要测量其高阶模截止波 长的待测光纤(样本)的第一端，允许光从该多模光纤传播到该样本，在光传播通过该样 本之后测量从该样本的第二端射出的光的强度，并且基于所测量的光的强度来确定第一功 率谱；(2)第二步骤，将该多模光纤连接到参考光纤的第一端，其中在预定的波长范围中该 参考光纤具有比该样本的弯曲损耗更高的弯曲损耗，允许光从该多模光纤传播到该参考光 纤，在光传播通过该参考光纤之后测量从该参考光纤的第二端射出的光的强度，并且基于 所测量的光的强度来确定第二功率谱；(3)第三步骤，通过从该第一功率谱中减去该第二 功率谱来确定差异谱；以及(4)第四步骤，基于该差异谱的形状确定该样本的高阶模截止 波长。上述预定的波长范围是一个包含被期望成为该样本的截止波长的波长并且具有 超过200nm跨度的波长范围。跨度优选地超过300nm而不大于800nm。例如，上述预定的波 长范围是在其中确定第一功率谱或者第二功率谱的波长范围。在上述方法中，第四步骤可以包括(4-1)第一子步骤，确定特定范围，在该特定 范围中，与差异谱的最小值之间的差小于0. ldB并且差异谱的导数基本上为0 ;(42)第二子 步骤，确定该特定范围中的差异谱的平均值；以及(4-3)第三子步骤，在示出差异谱的图中 画出表示比该平均值大0. ldB的值的直线，确定在差异谱与该直线的交点处的波长，并且 当波长短于交点处波长的较短波长侧上的差异谱的值大于波长长于交点处波长的较长波 长侧上的差异谱的值时，将该交点处的波长确定为该样本的高阶模截止波长。
在第二步骤中，优选地将参考光纤的长度、弯曲直径或者匝数设置成在波长比参 考光纤的截止波长更长的较长波长侧上使得第一功率谱大于第二功率谱。在预定的波长范 围中，样本与参考光纤之间的模场直径的差异优选地为0.5pm或者更小。在第一步骤中， 优选地确定置于实际系统的条件下的样本的第一功率谱。根据本发明的另一方面的光通信系统包括使用上述方法测量其高阶模截止波长 的待测光纤用来作为光传输路径。在该光通信系统中，将波长比所测量的截止波长更长的 信号光通过该待测光纤进行传输。本发明使得能够容易地测量光纤的高阶模截止波长，而对于该光纤难于利用弯曲 参考技术或者多模参考技术测量其截止波长。
图1A到图1D是示出了使用弯曲参考技术的截止波长测量方法的示意图。图2A到图2D是示出了使用多模参考技术的截止波长测量方法的示意图。图3A到图3D是示出了根据本发明的实施例的截止波长测量方法的示意图。图4A到图4C是用于解释根据本发明的实施例的截止波长测量方法的细节的图
7J\ o图5是示出了与三种测量方法中的每一种方法对应的第一功率谱S1以及第二功 率谱S2的图示。图6是示出了通过三种测量方法中的每一种方法确定的差异谱(S1-S2)的图示。图7A是示出了通过弯曲参考技术确定的第一功率谱S1以及第二功率谱S2的图 示。图7B是示出了对应的差异谱(S1-S2)的图示。图8A是示出了通过多模参考技术确定的第一功率谱S1以及第二功率谱S2的图 示。图8B是示出了对应的差异谱(S1-S2)的图示。图9A是示出了通过多模参考技术确定的第一功率谱S1以及第二功率谱S2的图 示。图9B是示出了对应的差异谱(S1-S2)的图示。图10A是示出了通过根据本发明的实施例的方法确定的第一功率谱S1以及第二 功率谱S2的图示。图10B是示出了对应的差异谱(S1-S2)的图示。
具体实施例方式通过下列说明、所附权利要求书以及附图将更好地理解本发明的上述特征以及其 他特征、方面和优点。在附图的解释中，对相同的元素应用相同的附图标记，并且将省略重 复的解释。图1A到图1D是示出了使用弯曲参考技术的截止波长测量方法的示意图。在弯 曲参考技术中，将多模光纤2对接连接到将要测量其高阶模截止波长的待测光纤(样 本)1的第一端，同时将多模光纤3对接连接到样本1的第二端(参见图1A)。允许从光源 11输出的光顺序传播通过多模光纤2、样本1以及多模光纤3。由探测器组件12测量从多 模光纤3射出的光的强度。然后，基于所测量的光强度确定第一功率谱S1。接下来，缠绕样本1的出口端以形成较小的直径弯曲4，其在测量波长范围中阻挡 高阶模光由此通过(参见图1B)。允许从光源11输出的光顺序传播通过多模光纤2、样本1、较小的直径弯曲4以及多模光纤3。由探测器组件12测量从多模光纤3射出的光的强 度。然后，基于所测量的光强度确定第二功率谱S2。为了模拟样本1的典型用法，将样本1设置为长度2m并且以280mm的直径缠绕。 为了通过在测量波长范围中使高阶模光经过较小直径弯曲4来向高阶模光施加附加的弯 曲损耗，将样本1的出口端以60mm或更小的小直径缠绕。如图1C所示，第一功率谱S1在波长比样本1的截止波长入c更短的较短波长侧 上具有较大功率，这是因为第一功率谱S1在该较短波长侧上包含高阶模以及基模，而第一 功率谱S1在波长侧波长比样本1的截止波长\ C更长的较长波长侧上具有较小功率，这是 因为第一功率谱S1在该较长波长侧上只包含基模。另一方面，第二功率谱S2即使在该较 短波长侧上仍具有较小功率，这是因为高阶模的功率被附加的弯曲衰减了。因此，当通过从 第一功率谱S1中减去第二功率谱S2得到差异谱时，能够基于该差异谱的形状确定样本1 的截止波长参见图1D)。图2A到图2D是示出了使用多模参考技术的截止波长测量方法的示意图。在多模 参考技术中，按照与弯曲参考技术中相同的方式设置待测光纤(样本)1、多模光纤2以及多 模光纤3 (参见图2A)。再次，为了模拟样本1的典型用法，将样本1设置为长度2m并且以 280mm的直径缠绕。允许从光源11输出的光顺序传播通过多模光纤2、样本1以及多模光 纤3。由探测器组件12测量从多模光纤3射出的光的强度。然后，基于所测量的光强度确 定第一功率谱S1。接下来，在多模光纤2与多模光纤3之间插入多模光纤5以代替样本1 (参见图 2B)。允许从光源11输出的光顺序传播通过多模光纤2、多模光纤5以及多模光纤3。由探 测器组件12测量从多模光纤3射出的光的强度。然后，基于所测量的光强度确定第二功率 T普 S2 o如图2C所示，第一功率谱S1在波长比样本1的截止波长更短的较短波长侧 上具有较大功率，这是因为第一功率谱S1在该较短波长侧上包含高阶模以及基模，而第一 功率谱S1在波长比样本1的截止波长\ c更长的较长波长侧上具有较小功率，这是因为第 一功率谱S1在该较长波长侧上只包含基模。另一方面，第二功率谱S2具有较大功率，因为 其包含高阶模以及基模。因此，在多模参考技术中，当通过从第一功率谱S1中减去第二功 率谱S2得到差异谱时，能够基于该差异谱的形状确定样本1的截止波长参见图2D)。图3A到图3D是示出了根据本发明的实施例的截止波长测量方法的示意图。在根 据本发明的实施例的截止波长测量方法中，在第一步骤中，将多模光纤2对接连接到待测 光纤(样本)1的第一端，同时将多模光纤3对接连接到样本1的第二端(参见图3A)。允 许从光源11输出的光顺序传播通过多模光纤2、样本1以及多模光纤3。由探测器组件12 测量从多模光纤3射出的光的强度。然后，基于所测量的光强度确定第一功率谱S1。在第二步骤中，用参考光纤6代替样本1。将多模光纤2对接连接到参考光纤6的 第一端，同时将多模光纤3对接连接到参考光纤6的第二端(参见图3B)。允许从光源11 输出的光顺序传播通过多模光纤2、参考光纤6以及多模光纤3。由探测器组件12测量从 多模光纤3射出的光的强度。然后，基于所测量的光强度确定第二功率谱S2。在根据本发明的实施例的截止波长测量方法中，优选地再次模拟样本1的典型用 法。可以将样本1设置为长度2m并且以280mm的直径缠绕。为了确定第一功率谱S1，可以将样本1置于光传输路径等的使用环境中，或者置于与使用环境等效的条件下。在预定的波长范围中，参考光纤6具有比样本1的弯曲损耗更高的弯曲损耗，并且 具有比样本1的截止波长\ c更短的截止波长。优选地将参考光纤6的长度、弯曲直径或 者匝数设置成使得在波长比参考光纤6的截止波长更长的较长波长侧上第一功率谱S1大 于第二功率谱S2。还优选地，在预定的波长范围中，样本1与参考光纤6之间的模场直径的 差异为0.5 ym或者更小。参考光纤6优选地是遵从ITU-T G. 652. D标准的低OH损耗光纤。参考光纤6可 以是任何长度，但可以优选地将其在传输损耗不超过O.OldB的范围内拉长。例如，参考光 纤6优选地是长度2m到10m。可以在样本1的截止波长\ c处的弯曲损耗不超过0. OldB 的范围之内将参考光纤6围绕心轴缠绕。例如，优选地将参考光纤6围绕60mm直径的心轴 缠绕。因此，能够缩短参考光纤6的截止波长并且扩展测量范围。如图3C所示，第一功率谱S1在波长比样本1的截止波长更短的较短波长侧 上具有较大功率，这是因为第一功率谱S 1在该较短波长侧上包含高阶模以及基模，而第 一功率谱S1在波长比样本1的截止波长Ac更长的较长波长侧上具有较小功率，这是因为 第一功率谱S1在该较长波长侧上只包含基模。第二功率谱S2在波长比参考光纤6的截止 波长更短(该截止波长比样本1的截止波长X c更短)的较短波长侧上具有较大功率，这 是因为第二功率谱S2在该较短波长侧上包含高阶模以及基模。与之相反，第二功率谱S2 在波长比参考光纤6的截止波长更长的较长波长侧上具有较小功率，这是因为第二功率谱 S2在该较长波长侧上只包含基模。因此，如图3D所示，在第三步骤中，通过从第一功率谱S1中减去第二功率谱S2确 定差异谱。然后，在第四步骤中，基于该差异谱的形状确定样本1的高阶模截止波长Ac。 通过执行第四步骤的第一到第三子步骤(在下面说明)，能够更加精确地确定截止波长。图4A到图4C是用于解释根据本发明的实施例的截止波长测量方法的细节的图。 图4A示出了在第一步骤中得到的第一功率谱S1以及在第二步骤中得到的第二功率谱S2。 在第三步骤中，如图4B所示，通过从第一功率谱S1中减去第二功率谱S2确定差异谱(由 实线表示)。然后，在第四步骤的第一子步骤中，确定特定范围，在该特定范围中，与差异谱 的最小值之间的差异小于0. ldB并且差异谱(S1-S2)的导数(由虚线表示)基本上为0。接下来，如图4C所示，在第四步骤的第二子步骤中，确定该特定范围中的差异谱 的平均值A。然后在第四步骤的第三子步骤中，在示出差异谱的图中画出表示比平均值A大 0. ldB的值B的直线，并且确定在差异谱与该直线的交点处的波长。当在较短波长侧上的差 异谱的值大于在较长波长侧上的差异谱的值时，将该交点处的波长确定为样本1的高阶模 截止波长、c，其中较短波长侧的波长比该交点处的波长更短，而较长波长侧波长比该交点 处的波长更长。图5和图6都是比较通过三种测量方法(即弯曲参考技术、多模参考技术以及根 据本发明的实施例的方法)执行的测量结果的图。图5是示出了第一功率谱S1以及各第 二功率谱S2的图。图6是示出了对应的各差异谱(S1-S2)的图。在此，通过三种测量方法 中的每一种方法测量公共的样本1的截止波长、c。表格示出了样本1的截止波长X c，截 止波长、c是通过三种测量方法中的每一种方法测量的。表格 通过三种测量方法得到的测量的截止波长\ c很好地彼此一致。图7A、7B、8A、8B、9A、9B、10A* 10B是用于比较通过三种测量方法(即弯曲参考技 术、多模参考技术以及根据本发明的实施例的方法)测量的截止波长的示例的图。在 此，测量不同样本的截止波长Ac。图7A是示出了通过弯曲参考技术得到的第一功率谱S1以及第二功率谱S2的图， 该弯曲参考技术使用在高阶模中具有低弯曲损耗的光纤作为样本。图7B是示出了对应的 差异谱(S1-S2)的图。由于第一功率谱S1与第二功率谱S2之间的差异较�。阅延诓� 量该样本的截止波长Ac。图8A是示出了通过多模参考技术得到的第一功率谱S1以及第二功率谱S2的图， 该多模参考技术使用具有彼此接近的多个高阶模截止波长的光纤作为样本。图8B是示出 了对应的差异谱(S1-S2)的图。如图8B所示，由于在差异谱(S1-S2)中存在彼此接近的多 个峰值(如箭头所示)，所以难于测量该样本的截止波长Ac。图9A是示出了通过多模参考技术得到的第一功率谱S1以及第二功率谱S2的图， 该多模参考技术使用具有与0H损耗波长(即，用虚线包围的波长位置)接近的截止波长 入c的光纤作为样本。图9B是示出了对应的差异谱(S1-S2)的图。由于多模光纤2和3的 0H损耗的影响出现在差异谱中，所以难于测量该样本的截止波长Ac。图10A是示出了通过根据本发明的实施例的方法得到的第一功率谱S1以及第二 功率谱S2的图。图10B是示出了对应的差异谱(S1-S2)的图。利用根据本发明的实施例 的截止波长测量方法，能够容易地估计下列样本中任一个的截止波长在高阶模中具 有低弯曲损耗的光纤、具有彼此接近的多个高阶模截止波长的光纤、以及具有与在截止波 长测量中用作输入光纤和输出光纤的多模光纤的0H损耗波长接近的截止波长的光纤。利用根据本发明的实施例的截止波长测量方法，能够测量样本的高阶模截止波 长，而对于该样本难于通过已知方法测量其截止波长。因此，当使用根据本发明的实施例的 截止波长测量方法测量光纤的高阶模截止波长，并且传输波长比这样测量的光纤的截止波 长更长的信号光时，能够为单模传输建立可靠的光通信系统。尽管结合了目前被认为是最实际并且是优选的实施例来说明本发明，但没有将本 发明限定为所公开的实施例，而相反，是为了覆盖包含在所附权利要求书的精神与范围之 内的各种修改和等效设置。
权利要求
一种用于测量光纤的高阶模截止波长的方法，包括第一步骤，将多模光纤连接到将要测量其高阶模截止波长的待测光纤的第一端，允许光从该多模光纤传播到该待测光纤，在光传播通过该待测光纤之后测量从该待测光纤的第二端射出的光的强度，并且基于所测量的光的强度确定第一功率谱；第二步骤，将该多模光纤连接到参考光纤的第一端，其中在预定的波长范围中该参考光纤具有比该待测光纤的弯曲损耗更高的弯曲损耗，允许光从该多模光纤传播到该参考光纤，在光传播通过该参考光纤之后测量从该参考光纤的第二端射出的光的强度，并且基于所测量的光的强度确定第二功率谱；第三步骤，通过从该第一功率谱中减去该第二功率谱来确定差异谱；以及第四步骤，基于该差异谱的形状确定该待测光纤的高阶模截止波长。
2.根据权利要求1所述的方法，其中第四步骤包括第一子步骤，确定特定范围，在该特定范围中，与差异谱的最小值之间的差小于0. IdB 并且差异谱的导数实际上为0 ；第二子步骤，确定该特定范围中的差异谱的平均值；以及第三子步骤，在示出差异谱的图中画出表示比该平均值大0. IdB的值的直线，确定在 差异谱与该直线的交点处的波长，并且当在较短波长侧上的差异谱的值大于在较长波长侧 上的差异谱的值时，将该交点处的波长确定为待测光纤的高阶模截止波长，其中较短波长 侧的波长比该交点处的波长更短，而较长波长侧的波长比该交点处的波长更长。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在第二步骤中，将参考光纤的长度、弯曲直径或者 匝数设置成在波长比参考光纤的截止波长更长的较长波长侧上使得第一功率谱大于第二 功率谱。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在预定的波长范围中，待测光纤与参考光纤之间 的模场直径的差为0. 5 μ m或者更小。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在第一步骤中，确定被置于实际系统的条件下的 待测光纤的第一功率谱。
6.一种光通信系统，包括一种待测光纤来作为光传输路径，其中使用根据权利要求5 的方法测量该待测光纤的高阶模截止波长，其中将波长比所测量的截止波长更长的信号光通过该待测光纤进行传输。
全文摘要
一种截止波长测量方法以及光通信系统，该方法包括第一步骤，将多模光纤连接到作为样本的光纤的第一端，允许光从多模光纤传播到样本，从样本的第二端测量光强度，并且确定第一功率谱；第二步骤，将多模光纤连接到参考光纤的第一端，该参考光纤具有比样本的弯曲损耗更高的弯曲损耗，允许光从多模光纤传播到参考光纤，从参考光纤的第二端测量光强度，并且确定第二功率谱；第三步骤，通过从第一功率谱中减去第二功率谱确定差异谱；以及第四步骤，基于差异谱的形状确定样本的高阶模截止波长。
文档编号G01M11/08GK101854210SQ20101013982
公开日2010年10月6日 申请日期2010年3月30日 优先权日2009年3月30日
发明者中西哲也, 佐佐木隆, 平野正晃 申请人:住友电气工业株式会社
专业数控铣床产品供应商
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