光纖模態分布調節器的製造方法

2023-04-29 17:15:41 4

光纖模態分布調節器的製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種光纖模態分布調節器，該光纖模態分布調節器包括芯軸纏繞光纖和光纖的可調整且可固定的環線的組合。應當注意的是，進入該模態分布調節器的光與目標環形通量函數(由標準定義)相比通常應當是過滿的。芯軸纏繞將宏彎引入光纖中，從而引起模態預濾波，模態預濾波大致地轉換最初過滿的模態分布以近似符合適當的標準。然而，已經穿過固定的芯軸的光的模態分布通常仍然稍微過滿。該可調環線提供符合標準的模態分布的微調。當滿足標準定義的要求時，可以將該可調環線固定就位，這樣模態分布變得固定並且保持穩定。
【專利說明】光纖模態分布調節器

【技術領域】
[0001] 本發明涉及多模光纖中光的傳播，更具體地是涉及多模光纖中光的模態分布的調 整。

【背景技術】
[0002] 沿著由多模光纖組成的數據承載鏈路傳播的光所經受的衰減依賴於"受激的"空 間模式和這些模式之間的光功率的分布。更具體地說，外部（通常是"較高階"）模式更易 於受到衰減的影響。因此，如果在多模光纖中發射光時太多的功率分布在外部模式中，那麼 當光沿著光纖鏈路傳播時就可能過度衰減。
[0003]環形通量（EF)是由國際標準定義的函數（EF(r))，該函數描述了多模光纖中的光 的模態分布的特徵。它表徵了尚開（到空氣中）發射線纜的光的近場功率分布曲線。它被 定義為落入光纖端面上的半徑為r的圓（即"環繞的"）內的總出射光功率的比例，其中r 是到光纖芯的光中心的徑向距離。
[0004] 當在多模光纖中進行插入損耗和衰減測量時，必須小心地控制測試光的發射條件 以便測量插入損耗或衰減的可再現值。如果測試發射條件並未得到良好控制，則"差分模式 衰減"可能導致不可重複的且無法再現的測量結果。如果測試光的發射條件是激發了過多 的模式（則模態分布稱為"過滿"），則一些模式（尤其是外部模式）更易受到衰減的影響。 相反，如果模態分布是"欠滿的"，即激發的模式太少，衰減就會較低。
[0005] 為了解決這個問題，測試和測量國際標準（例如電信產業協會（TIA-526-14-B)) 和國際電工技術委員會（IEC61280-4-1)定義了對多模光纖進行測量的測試光的模態分布 要求。例如，IEC61280-4-1標準提供了表徵發射條件的環形通量函數EF(r)(參見圖1)的 目標，並定義了偏離該目標的非常嚴格的容差。更具體地說，基於光纖芯的4個或5個預定 義半徑值上的EF值的上下邊界並針對於兩個波長（即850和1300nm)中的每一個，這種標 準定義了一些要求。
[0006] 當光稱合至多模發射光纖時，根據稱合條件和光源的光功率密度，稱合可能產生 "欠滿"（激發的模式太少）或"過滿"（激發的模式太多）的多模發射光纖。需要使用裝置 來調整發射條件以符合該標準定義的EF要求。
[0007] -種已知的用於控制發射條件的方法是芯軸纏繞。芯軸纏繞（即圍繞給定直徑的 圓形芯軸緊密地纏繞多模光纖）產生了高階模式的優先衰減，這些模式對應於最初的過滿 條件。儘管可以利用這種技術來滿足標準所定義的EF要求，但該EF要求具有依賴於所使 用的多模光纖的精確光纖參數（即，芯直徑和數值孔徑）的缺點。多模光纖製造商提供的 幾何容差通常不是非常具有限定性，因此實際發射纜線光纖的芯直徑隨光纖線軸的不同而 有所不同，並且甚至在相同的線軸內、在光纖製造商提供的容差內也經常有所不同。當採用 預定直徑的芯軸在非常嚴格的EF要求範圍內調整發射條件時，唯一可利用的自由調整參 數是圍繞芯軸的匝數。不幸的是，線匝的不同分段（fraction)通常需要在最後一匝上，從 而導致在芯軸的輸入或輸出上光纖取向的可變性。由於該原因，此方法在製造條件上的問 題就尤為突出，在這種製造條件中人們希望隨後將發射調節器封入光學模塊中或將它結合 在更複雜的儀器中。這種光纖取向的可變性導致了光纖管理問題。
[0008]因此需要一種模態分布調節器來解決以上關注內容中的至少一些。


【發明內容】

[0009] 本發明提供了一種模態分布調節器，該模態分布調節器可以用在多模光纖測試儀 中或作為模態發射纜線或裝置結合這種測試儀來使用，以便調整待測光纖中測試光的發射 條件，其方式為使得測試光的模態分布符合適當標準（例如，IEC61280-4-1)所定義的要 求，即便所組成的多模光纖的光纖參數（即，光芯直徑以及數值孔徑）受製造商容差以內的 變化的影響。
[0010] 根據一個實施方案，所提出的模態分布調節器包括芯軸纏繞光纖和光纖的可調整 且可固定的環線的組合。應當注意的是，進入該模態分布調節器的光與目標環形通量函數 (由標準定義）相比通常應當是過滿的。芯軸纏繞將宏彎引入光纖中，從而引起模態預濾 波，模態預濾波大致地轉換最初過滿的模態分布以近似符合適當的標準。然而，已經穿過固 定的芯軸的光的模態分布通常仍然稍微過滿（或者至少不欠滿）。該可調環線提供符合標 準的模態分布的微調。當滿足標準定義的要求時，可以將該可調環線固定就位，這樣模態分 布變得固定並且保持穩定。
[0011] 根據本發明的一個方面，提供了 一種用於調整多模光纖中傳播的光的模態分布的 設備。該設備包括圍繞一個圓形芯軸纏繞的多模光纖的一個第一部分，該圓形芯軸具有一 個直徑，該直徑被適配用於引起多模光纖的所述第一部分中所述光的高階光纖模式的優先 衰減；以及光耦合至所述第一部分的多模光纖的一個第二部分的一個可調環線，該可調環 線用於調整所述光的模態分布。
[0012] 根據一個進一步的方面，該芯軸可以包括一個光纖定位結構（feature)，該光纖定 位結構用於容納光纖的該可調環線的一個端部並確定光纖在該一個端部上的取向，該環線 可通過在該定位結構中滑動該一個端部來調整。
[0013] 在這種情況中，該芯軸上的定位結構保持該光纖在該設備的輸出上的固定取向， 從而解決上述光纖管理問題。
[0014] 根據一個進一步的方面，該芯軸包括一個柱面和一個端面，該多模光纖的該第一 部分圍繞所述柱面纏繞，並且該可調環線設置在該端面附近。
[0015] 在這種情況中，該可調環線受到該鄰近表面的保護，由此最小化光纖的可調環線 可能被測試儀器（例如該可調環線結合在該測試儀器中）中的設備周圍的其他部件無意地 移位或箍縮的風險。這種移位或箍縮可能導致不可接受的模態分布幹擾。
[0016] 根據本發明的另一個方面，提供了一種用於調整多模光纖中傳播的光的模態分布 的方法。該方法包括圍繞一個圓形芯軸纏繞多模光纖的一個第一部分，該圓形芯軸具有一 個直徑，該直徑被適配用於引起多模光纖的所述第一部分中所述光的高階光纖模式的優先 衰減；並且調整光耦合至所述第一部分的多模光纖的一個第二部分的一個環線，以調整所 述光的模態分布。
[0017] 根據本發明的又一個方面，提供了一種用於調整多模光纖中傳播的光的模態分布 的裝置。該裝置包括：一個圓形芯軸，該圓形芯軸被適配用於將所述多模光纖的一個第一部 分圍繞其纏繞，該圓形芯軸具有一個直徑，該直徑被適配用於引起該多模光纖中的光的高 階光纖模式的優先衰減；以及位於所述芯軸上的至少一個第一光纖定位結構，以用於容納 所述多模光纖的一個第二部分的一個可調環線的一個端部並確定該光纖在所述一個端部 上的取向，所述第一定位結構允許所述環線的所述一個端部在其中滑動以調整所述環線。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 從以下詳細描述中並結合附圖，本發明的進一步的特徵和示例性優點對普通技術 人員將變得明顯，其中：
[0019] 圖1 (現有技術）的曲線圖展示了在波長為850nm上的並且針對於50-μm多模光 纖的環形通量的目標函數，該函數定義了根據IEC61280-4-1國際標準的發射條件要求；
[0020] 圖2的原理圖展示了一種用於調整多模光纖中光的模態分布的設備；
[0021] 圖3、圖4和圖5分別是根據一個實施方案的用於調整多模光纖中光的模態分布的 設備的前俯視等距視圖、後俯視等距視圖和俯視圖，其中該光纖環繞在芯軸外側；
[0022] 圖6、圖7和圖8分別是根據另一個實施方案的用於調整多模光纖中光的模態分布 的設備的前俯視等距視圖、後俯視等距視圖和俯視圖，其中該光纖環繞在芯軸的上表面；
[0023] 圖9是根據又一個實施方案的用於調整多模光纖中光的模態分布的設備的後俯 視等距視圖，其中該光纖環繞在芯軸的上表面並且在製造所述設備過程中使用一個支架來 幫助支撐該光纖；
[0024] 圖10是圖9的設備的後俯視等距視圖，其中移除了該支架；
[0025] 圖11的曲線圖展示了相對於IEC61280-4-1標準定義的目標環形通量值的環形通 量偏差的示例性測量結果，測量是在波長為850nm的從圖3、圖4和圖5的設備離開的光上 進行的；實方形軌跡展示了在離開光纖纜線的光上獲得的測量結果，未做任何模態分布調 整；"X"軌跡展示了在圍繞芯軸纏繞該光纖纜線的第一部分之後獲得的測量結果；而實三 角形軌跡展示了調整環線之後獲得的測量結果；並且
[0026] 圖12的曲線圖展示了相對於IEC61280-4-1標準定義的目標環形通量值的環形通 量偏差的示例性測量結果，測量是在波長為1300nm的從圖3、圖4和圖5的設備離開的光上 進行的。
[0027] 應注意的是，在整個附圖中，相同的特徵用相同的參考標號標識。

【具體實施方式】
[0028] 現在參考附圖，圖1的曲線圖展示了在波長為850nm上的並且針對於50-μπι多模 光纖的環形通量目標函數2,該函數定義了根據IEC61280-4-1國際標準的發射條件要求。 圖1同樣展示了上下邊界4、6,它們界定了相對於已定義目標的可接受偏差8。
[0029] 然而，對於給定類型的多模光纖，針對於光纖芯中的四個預定義半徑值的每一個 並且針對於兩個波長（即850和1300nm)中的每一個定義了實際的環形通量要求。以下表 格列出了IEC61280-4-1標準定義的用於類別Ala的50-μm芯光纖的那些要求，該類別Ala 在IEC60793-2-10標準中定義。
[0030] 表I:850nm上對50-μm芯光纖的EF要求
[0031]

【權利要求】
1. 一種用於調整多模光纖中傳播的光的模態分布的設備，該設備包括： 圍繞一個圓形芯軸纏繞的多模光纖的一個第一部分，該圓形芯軸具有一個直徑，該直 徑被適配用於引起多模光纖的所述第一部分中的所述光的高階光纖模式的優先衰減；以及 光耦合至所述第一部分的多模光纖的一個第二部分的一個可調環線，用於調整所述光 的模態分布。
2. 如權利要求1所述的設備，進一步包括用於容納光纖的所述可調環線的一個可調端 部的一個第一光纖定位結構，所述第一光纖定位結構確定所述光纖在所述可調端部上的取 向，所述可調環線能夠通過在該第一光纖定位結構中滑動該可調端部來調整。
3. 如權利要求2所述的設備，其中所述芯軸包括一個柱面和一個端面，多模光纖的所 述第一部分圍繞所述柱面纏繞，並且所述可調環線設置在所述端面附近。
4. 如權利要求3所述的設備，進一步包括確定所述可調環線的另一個端部的取向的一 個第二光纖定位結構。
5. 如權利要求2至4中任一項所述的設備，其中所述設備包括多個第一光纖定位結構， 該可調端部插入到該多個第一光纖定位結構中，其中通過選擇所述多個第一光纖定位結構 中的該可調端部插入其中的一個第一光纖定位結構，所述可調環線也是能夠調整的。
6. 如權利要求3所述的設備，其中該第一光纖定位結構包括位於所述端面上的一個凹 槽。
7. 如權利要求2至6中任一項所述的設備，其中在調整之後通過將至少該可調端部附 裝就位，能夠固定所述可調環線。
8. 如權利要求7所述的設備，其中所述設備進一步包括位於所述可調環線的該可調端 部上的粘合劑，用於在調整後固定所述可調環線。
9. 一種用於調整多模光纖中傳播的光的模態分布的方法，該方法包括： 圍繞一個圓形芯軸纏繞多模光纖的一個第一部分，該圓形芯軸具有一個直徑，該直徑 被適配用於引起多模光纖的所述第一部分中所述光的高階光纖模式的優先衰減；並且 調整光耦合至所述第一部分的多模光纖的一個第二部分的一個環線，以調整所述光的 模態分布。
10. 如權利要求9所述的方法，其中至少通過在一個光纖定位結構中滑動所述環線的 一個端部來調整所述環線。
11. 如權利要求10所述的方法，進一步包括在調整所述環線的同時監控光的所述模態 分布。
12. 如權利要求11所述的方法，進一步包括在調整之後通過將至少該一個端部附裝在 該光纖定位結構中來固定所述環線。
13. 如權利要求9至11中任一項所述的方法，其中將所述環線調整為使得所述模態分 布符合一個目標分布和一個預定容差所定義的一個模態分布要求。
14. 如權利要求13所述的方法，進一步包括測量環形通量值，所述目標分布被定義為 環形通量測量的目標值。
15. 如權利要求10至12中任一項所述的方法，其中通過將所述環線的所述一個端部插 入多個定位結構的一個中而進一步調整所述環線。
16. -種用於調整多模光纖中傳播的光的模態分布的裝置，該裝置包括： 一個圓形芯軸，該圓形芯軸被適配用於將所述多模光纖的一個第一部分圍繞其纏繞， 該圓形芯軸具有一個直徑，該直徑被適配用於引起該多模光纖中的光的高階光纖模式的優 先衰減；以及 位於所述芯軸上的至少一個第一光纖定位結構，用於容納所述多模光纖的一個第二部 分的一個可調環線的一個端部並確定該光纖在所述一個端部上的取向，所述第一光纖定位 結構允許所述可調環線的所述一個端部在其中滑動以調整所述可調環線。
17. 如權利要求16所述的裝置，其中所述芯軸包括一個柱面和一個端面，多模光纖的 所述第一部分圍繞該柱面纏繞，所述第一光纖定位結構從所述端面突出，並且所述端麵包 括一個扁平部分，所述可調環線設置在該扁平部分附近。
18. 如權利要求16所述的裝置，其中所述裝置包括位於所述芯軸上的一個第二定位結 構，以容納所述可調環線的另一個端部並用於確定該另一個端部的取向。
19. 如權利要求16至18中任一項所述的設備，其中所述裝置包括多個第一光纖定位結 構，該一個端部插入到該多個第一光纖定位結構中，其中通過選擇所述多個第一光纖定位 結構中的該一個端部插入其中的一個第一光纖定位結構，所述可調環線也是能夠調整的。
【文檔編號】G02B6/26GK104238022SQ201410264706
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月13日 優先權日:2013年6月14日
【發明者】R·福丁, 何剛 申請人:愛斯福公司