光纤模态分布调节器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种光纤模态分布调节器，该光纤模态分布调节器包括芯轴缠绕光纤和光纤的可调整且可固定的环线的组合。应当注意的是，进入该模态分布调节器的光与目标环形通量函数(由标准定义)相比通常应当是过满的。芯轴缠绕将宏弯引入光纤中，从而引起模态预滤波，模态预滤波大致地转换最初过满的模态分布以近似符合适当的标准。然而，已经穿过固定的芯轴的光的模态分布通常仍然稍微过满。该可调环线提供符合标准的模态分布的微调。当满足标准定义的要求时，可以将该可调环线固定就位，这样模态分布变得固定并且保持稳定。
【专利说明】光纤模态分布调节器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多模光纤中光的传播，更具体地是涉及多模光纤中光的模态分布的调 整。
【背景技术】
[0002] 沿着由多模光纤组成的数据承载链路传播的光所经受的衰减依赖于"受激的"空 间模式和这些模式之间的光功率的分布。更具体地说，外部（通常是"较高阶"）模式更易 于受到衰减的影响。因此，如果在多模光纤中发射光时太多的功率分布在外部模式中，那么 当光沿着光纤链路传播时就可能过度衰减。
[0003]环形通量（EF)是由国际标准定义的函数（EF(r))，该函数描述了多模光纤中的光 的模态分布的特征。它表征了尚开（到空气中）发射线缆的光的近场功率分布曲线。它被 定义为落入光纤端面上的半径为r的圆（即"环绕的"）内的总出射光功率的比例，其中r 是到光纤芯的光中心的径向距离。
[0004] 当在多模光纤中进行插入损耗和衰减测量时，必须小心地控制测试光的发射条件 以便测量插入损耗或衰减的可再现值。如果测试发射条件并未得到良好控制，则"差分模式 衰减"可能导致不可重复的且无法再现的测量结果。如果测试光的发射条件是激发了过多 的模式（则模态分布称为"过满"），则一些模式（尤其是外部模式）更易受到衰减的影响。 相反，如果模态分布是"欠满的"，即激发的模式太少，衰减就会较低。
[0005] 为了解决这个问题，测试和测量国际标准（例如电信产业协会（TIA-526-14-B)) 和国际电工技术委员会（IEC61280-4-1)定义了对多模光纤进行测量的测试光的模态分布 要求。例如，IEC61280-4-1标准提供了表征发射条件的环形通量函数EF(r)(参见图1)的 目标，并定义了偏离该目标的非常严格的容差。更具体地说，基于光纤芯的4个或5个预定 义半径值上的EF值的上下边界并针对于两个波长（即850和1300nm)中的每一个，这种标 准定义了一些要求。
[0006] 当光稱合至多模发射光纤时，根据稱合条件和光源的光功率密度，稱合可能产生 "欠满"（激发的模式太少）或"过满"（激发的模式太多）的多模发射光纤。需要使用装置 来调整发射条件以符合该标准定义的EF要求。
[0007] -种已知的用于控制发射条件的方法是芯轴缠绕。芯轴缠绕（即围绕给定直径的 圆形芯轴紧密地缠绕多模光纤）产生了高阶模式的优先衰减，这些模式对应于最初的过满 条件。尽管可以利用这种技术来满足标准所定义的EF要求，但该EF要求具有依赖于所使 用的多模光纤的精确光纤参数（即，芯直径和数值孔径）的缺点。多模光纤制造商提供的 几何容差通常不是非常具有限定性，因此实际发射缆线光纤的芯直径随光纤线轴的不同而 有所不同，并且甚至在相同的线轴内、在光纤制造商提供的容差内也经常有所不同。当采用 预定直径的芯轴在非常严格的EF要求范围内调整发射条件时，唯一可利用的自由调整参 数是围绕芯轴的匝数。不幸的是，线匝的不同分段（fraction)通常需要在最后一匝上，从 而导致在芯轴的输入或输出上光纤取向的可变性。由于该原因，此方法在制造条件上的问 题就尤为突出，在这种制造条件中人们希望随后将发射调节器封入光学模块中或将它结合 在更复杂的仪器中。这种光纤取向的可变性导致了光纤管理问题。
[0008]因此需要一种模态分布调节器来解决以上关注内容中的至少一些。
【发明内容】
[0009] 本发明提供了一种模态分布调节器，该模态分布调节器可以用在多模光纤测试仪 中或作为模态发射缆线或装置结合这种测试仪来使用，以便调整待测光纤中测试光的发射 条件，其方式为使得测试光的模态分布符合适当标准（例如，IEC61280-4-1)所定义的要 求，即便所组成的多模光纤的光纤参数（即，光芯直径以及数值孔径）受制造商容差以内的 变化的影响。
[0010] 根据一个实施方案，所提出的模态分布调节器包括芯轴缠绕光纤和光纤的可调整 且可固定的环线的组合。应当注意的是，进入该模态分布调节器的光与目标环形通量函数 (由标准定义）相比通常应当是过满的。芯轴缠绕将宏弯引入光纤中，从而引起模态预滤 波，模态预滤波大致地转换最初过满的模态分布以近似符合适当的标准。然而，已经穿过固 定的芯轴的光的模态分布通常仍然稍微过满（或者至少不欠满）。该可调环线提供符合标 准的模态分布的微调。当满足标准定义的要求时，可以将该可调环线固定就位，这样模态分 布变得固定并且保持稳定。
[0011] 根据本发明的一个方面，提供了 一种用于调整多模光纤中传播的光的模态分布的 设备。该设备包括围绕一个圆形芯轴缠绕的多模光纤的一个第一部分，该圆形芯轴具有一 个直径，该直径被适配用于引起多模光纤的所述第一部分中所述光的高阶光纤模式的优先 衰减；以及光耦合至所述第一部分的多模光纤的一个第二部分的一个可调环线，该可调环 线用于调整所述光的模态分布。
[0012] 根据一个进一步的方面，该芯轴可以包括一个光纤定位结构（feature)，该光纤定 位结构用于容纳光纤的该可调环线的一个端部并确定光纤在该一个端部上的取向，该环线 可通过在该定位结构中滑动该一个端部来调整。
[0013] 在这种情况中，该芯轴上的定位结构保持该光纤在该设备的输出上的固定取向， 从而解决上述光纤管理问题。
[0014] 根据一个进一步的方面，该芯轴包括一个柱面和一个端面，该多模光纤的该第一 部分围绕所述柱面缠绕，并且该可调环线设置在该端面附近。
[0015] 在这种情况中，该可调环线受到该邻近表面的保护，由此最小化光纤的可调环线 可能被测试仪器（例如该可调环线结合在该测试仪器中）中的设备周围的其他部件无意地 移位或箍缩的风险。这种移位或箍缩可能导致不可接受的模态分布干扰。
[0016] 根据本发明的另一个方面，提供了一种用于调整多模光纤中传播的光的模态分布 的方法。该方法包括围绕一个圆形芯轴缠绕多模光纤的一个第一部分，该圆形芯轴具有一 个直径，该直径被适配用于引起多模光纤的所述第一部分中所述光的高阶光纤模式的优先 衰减；并且调整光耦合至所述第一部分的多模光纤的一个第二部分的一个环线，以调整所 述光的模态分布。
[0017] 根据本发明的又一个方面，提供了一种用于调整多模光纤中传播的光的模态分布 的装置。该装置包括：一个圆形芯轴，该圆形芯轴被适配用于将所述多模光纤的一个第一部 分围绕其缠绕，该圆形芯轴具有一个直径，该直径被适配用于引起该多模光纤中的光的高 阶光纤模式的优先衰减；以及位于所述芯轴上的至少一个第一光纤定位结构，以用于容纳 所述多模光纤的一个第二部分的一个可调环线的一个端部并确定该光纤在所述一个端部 上的取向，所述第一定位结构允许所述环线的所述一个端部在其中滑动以调整所述环线。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 从以下详细描述中并结合附图，本发明的进一步的特征和示例性优点对普通技术 人员将变得明显，其中：
[0019] 图1 (现有技术）的曲线图展示了在波长为850nm上的并且针对于50-μm多模光 纤的环形通量的目标函数，该函数定义了根据IEC61280-4-1国际标准的发射条件要求；
[0020] 图2的原理图展示了一种用于调整多模光纤中光的模态分布的设备；
[0021] 图3、图4和图5分别是根据一个实施方案的用于调整多模光纤中光的模态分布的 设备的前俯视等距视图、后俯视等距视图和俯视图，其中该光纤环绕在芯轴外侧；
[0022] 图6、图7和图8分别是根据另一个实施方案的用于调整多模光纤中光的模态分布 的设备的前俯视等距视图、后俯视等距视图和俯视图，其中该光纤环绕在芯轴的上表面；
[0023] 图9是根据又一个实施方案的用于调整多模光纤中光的模态分布的设备的后俯 视等距视图，其中该光纤环绕在芯轴的上表面并且在制造所述设备过程中使用一个支架来 帮助支撑该光纤；
[0024] 图10是图9的设备的后俯视等距视图，其中移除了该支架；
[0025] 图11的曲线图展示了相对于IEC61280-4-1标准定义的目标环形通量值的环形通 量偏差的示例性测量结果，测量是在波长为850nm的从图3、图4和图5的设备离开的光上 进行的；实方形轨迹展示了在离开光纤缆线的光上获得的测量结果，未做任何模态分布调 整；"X"轨迹展示了在围绕芯轴缠绕该光纤缆线的第一部分之后获得的测量结果；而实三 角形轨迹展示了调整环线之后获得的测量结果；并且
[0026] 图12的曲线图展示了相对于IEC61280-4-1标准定义的目标环形通量值的环形通 量偏差的示例性测量结果，测量是在波长为1300nm的从图3、图4和图5的设备离开的光上 进行的。
[0027] 应注意的是，在整个附图中，相同的特征用相同的参考标号标识。
【具体实施方式】
[0028] 现在参考附图，图1的曲线图展示了在波长为850nm上的并且针对于50-μπι多模 光纤的环形通量目标函数2,该函数定义了根据IEC61280-4-1国际标准的发射条件要求。 图1同样展示了上下边界4、6,它们界定了相对于已定义目标的可接受偏差8。
[0029] 然而，对于给定类型的多模光纤，针对于光纤芯中的四个预定义半径值的每一个 并且针对于两个波长（即850和1300nm)中的每一个定义了实际的环形通量要求。以下表 格列出了IEC61280-4-1标准定义的用于类别Ala的50-μm芯光纤的那些要求，该类别Ala 在IEC60793-2-10标准中定义。
[0030] 表I:850nm上对50-μm芯光纤的EF要求
[0031]
【权利要求】
1. 一种用于调整多模光纤中传播的光的模态分布的设备，该设备包括： 围绕一个圆形芯轴缠绕的多模光纤的一个第一部分，该圆形芯轴具有一个直径，该直 径被适配用于引起多模光纤的所述第一部分中的所述光的高阶光纤模式的优先衰减；以及 光耦合至所述第一部分的多模光纤的一个第二部分的一个可调环线，用于调整所述光 的模态分布。
2. 如权利要求1所述的设备，进一步包括用于容纳光纤的所述可调环线的一个可调端 部的一个第一光纤定位结构，所述第一光纤定位结构确定所述光纤在所述可调端部上的取 向，所述可调环线能够通过在该第一光纤定位结构中滑动该可调端部来调整。
3. 如权利要求2所述的设备，其中所述芯轴包括一个柱面和一个端面，多模光纤的所 述第一部分围绕所述柱面缠绕，并且所述可调环线设置在所述端面附近。
4. 如权利要求3所述的设备，进一步包括确定所述可调环线的另一个端部的取向的一 个第二光纤定位结构。
5. 如权利要求2至4中任一项所述的设备，其中所述设备包括多个第一光纤定位结构， 该可调端部插入到该多个第一光纤定位结构中，其中通过选择所述多个第一光纤定位结构 中的该可调端部插入其中的一个第一光纤定位结构，所述可调环线也是能够调整的。
6. 如权利要求3所述的设备，其中该第一光纤定位结构包括位于所述端面上的一个凹 槽。
7. 如权利要求2至6中任一项所述的设备，其中在调整之后通过将至少该可调端部附 装就位，能够固定所述可调环线。
8. 如权利要求7所述的设备，其中所述设备进一步包括位于所述可调环线的该可调端 部上的粘合剂，用于在调整后固定所述可调环线。
9. 一种用于调整多模光纤中传播的光的模态分布的方法，该方法包括： 围绕一个圆形芯轴缠绕多模光纤的一个第一部分，该圆形芯轴具有一个直径，该直径 被适配用于引起多模光纤的所述第一部分中所述光的高阶光纤模式的优先衰减；并且 调整光耦合至所述第一部分的多模光纤的一个第二部分的一个环线，以调整所述光的 模态分布。
10. 如权利要求9所述的方法，其中至少通过在一个光纤定位结构中滑动所述环线的 一个端部来调整所述环线。
11. 如权利要求10所述的方法，进一步包括在调整所述环线的同时监控光的所述模态 分布。
12. 如权利要求11所述的方法，进一步包括在调整之后通过将至少该一个端部附装在 该光纤定位结构中来固定所述环线。
13. 如权利要求9至11中任一项所述的方法，其中将所述环线调整为使得所述模态分 布符合一个目标分布和一个预定容差所定义的一个模态分布要求。
14. 如权利要求13所述的方法，进一步包括测量环形通量值，所述目标分布被定义为 环形通量测量的目标值。
15. 如权利要求10至12中任一项所述的方法，其中通过将所述环线的所述一个端部插 入多个定位结构的一个中而进一步调整所述环线。
16. -种用于调整多模光纤中传播的光的模态分布的装置，该装置包括： 一个圆形芯轴，该圆形芯轴被适配用于将所述多模光纤的一个第一部分围绕其缠绕， 该圆形芯轴具有一个直径，该直径被适配用于引起该多模光纤中的光的高阶光纤模式的优 先衰减；以及 位于所述芯轴上的至少一个第一光纤定位结构，用于容纳所述多模光纤的一个第二部 分的一个可调环线的一个端部并确定该光纤在所述一个端部上的取向，所述第一光纤定位 结构允许所述可调环线的所述一个端部在其中滑动以调整所述可调环线。
17. 如权利要求16所述的装置，其中所述芯轴包括一个柱面和一个端面，多模光纤的 所述第一部分围绕该柱面缠绕，所述第一光纤定位结构从所述端面突出，并且所述端面包 括一个扁平部分，所述可调环线设置在该扁平部分附近。
18. 如权利要求16所述的装置，其中所述装置包括位于所述芯轴上的一个第二定位结 构，以容纳所述可调环线的另一个端部并用于确定该另一个端部的取向。
19. 如权利要求16至18中任一项所述的设备，其中所述装置包括多个第一光纤定位结 构，该一个端部插入到该多个第一光纤定位结构中，其中通过选择所述多个第一光纤定位 结构中的该一个端部插入其中的一个第一光纤定位结构，所述可调环线也是能够调整的。
【文档编号】G02B6/26GK104238022SQ201410264706
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2013年6月14日
【发明者】R·福丁, 何刚 申请人:爱斯福公司