具有受控发射条件的光学光源的制作方法
【专利摘要】给光学光源提供受控发射条件的系统、设备和方法包括可调节光纤弯曲/变形设备，以允许装置调节，从而可以准确地控制多模式发射条件。提供LED光源和OTDR/激光实施方式两者。
【专利说明】具有受控发射条件的光学光源
【背景技术】
[0001]在光学网络测试和测量应用中，准确地控制来自于光源的多模式发射条件是重要的，以便改进光纤衰减测量的一致性，不管是在LED光源应用还是OTDR应用中。
[0002]引起的问题是控制来自于多模式源的发射条件，不管是LED源还是激光源，使得多个模式组用高精确度发射。控制多模式光纤中的模式组是用光源和功率表进行可重复、准确和一致损失测量的关键。
[0003]控制发射条件的最常见方法是使用具有指定直径和圈数的芯轴包绕物。参考图1，芯轴的视图，芯轴12配置成接收光纤14的多个包绕物。该方法将去除引起衰减测量不一致性的松散耦合较高阶模式。然而，该方法不提供光源之间的一致损失测量，因为取决于光纤如何联接到源和源的制造商，每个光源具有独特发射条件。高达50%的差异是可能的。在涌现的标准需要差异减少至10%时,例如encircled flux (EF),需要用于控制发射条件的新方法。
[0004]引起的第二问题是提供可以适应不同多模式光纤尺寸和不同波长的源。顾客使用可以与例如50 μ m光纤一起使用且对于相同发射带(launch cord)具有满足两个波长(例如，850nm和1300nm)的受控发射条件的一个光源是有利的。
[0005]先前服从EP的模式控制器旨在是通用的，从而它们可以与任何LED光源一起使用。然而，这些装置是大的、重的，且难以使用和制造。
[0006]与OTDR有关引起的问题是在装置输出处的插入损失。虽然在装置的输出和输入之间预期有一定量的损失，但是损失保持在“参考级端接”是重要的。参考级端接实现小于
0.1dB损失。根据标准要求，在发射带的接口连接处需要参考级端接。
[0007]用于控制多模式源的发射条件的现有技术是围绕指定尺寸的芯轴包绕测试带，例如5圈，如图1所示。该芯轴需要具有固定外直径(例如，20_)的圆形装置，光纤电缆包绕到所述芯轴上。该配置形成堆叠效应，使得芯轴高度增加。
【发明内容】
[0008]根据本发明，提供用于控制发射条件的改进方法和设备。光纤弯曲设备给光纤提供可调节弯曲点，从而弯曲量的调节允许将发射条件调节至期望量。所述光纤然后在期望弯曲程度紧固。
[0009]因而，本发明的目的是提供改进的发射条件控制装置和方法。
[0010]本发明的另一目的是提供用于提供可调节发射条件控制器的改进方法和设备。
[0011]本发明的又一目的是提供用于提供可复制发射条件的改进装置和方法。
[0012]在本说明书的结束部分中特别地指出并且明确地要求保护本发明的主题。然而，操作的组织和方法两者及其进一步的优点和目的可以通过参考与附图相结合地进行的以下描述来最好地理解，在附图中相同的附图标记指代相同的元件。
【专利附图】
【附图说明】[0013]图1是根据现有技术的具有包绕光纤的芯轴的视图；
[0014]图2是根据本公开的测试系统的图示；
[0015]图3是根据本公开的混模器的简图；
[0016]图4-6图示了根据本公开的线性混模器；
[0017]图7是线性可变芯轴的具体示例的视图，具有放大截面剖视中心部分；
[0018]图8是线性可变芯轴实施例外视图看起来如何的视图；
[0019]图9是本公开的OTDR实施例的框图；
[0020]图10是固定混模器、可变芯轴和100米光纤实施例的截面图；
[0021]图11是环的示例性变形量的视图；
[0022]图12是OTDR ModCon的实施例的部分截面俯视图；和
[0023]图13是图11的ModCon的端视图。
【具体实施方式】
[0024]根据本发明优选实施例的系统包括在测试设置中给光纤提供受控弯曲的系统和方法，以提供可调节受控发射条件。
[0025]改进方法是光纤环形变化或者弯曲部被固定地或可变地控制的方法，从而不需要
堆叠配置。
[0026]实现具体发射条件(例如，EF)的原理需要光源发出过满(over-filled)发射，具有用一致模态分布且随后用去除所需模式以达到所需发射的滤模器激励的最大数量模式。该原理可以总体上应用于过满或不满(under-filled)的LED或激光光源。
[0027]参考图2，根据本公开的系统的框图，用于实现用独特LED源(不管供应商)服从EF的优选方法是用例如尺寸105/125 μ m的阶跃折射率光纤18在850nm和1300nm盘绕(pigtail)双波长组合器(LED)16。阶跃折射率光纤将起到两个目的。第一，这将提供在测试器堵头(bulkhead)处的过满发射，从而具有芯轴的测试带可以与其连成一串。第二，阶跃折射率光纤允许源与50 μ m或62.5 μ m测试参考带一起使用，每个相应地微调。由此，通过发射可预测模态分布，阶跃折射率光纤减少源之间的差异。阶跃折射率光纤适当地直接附连到LED源。将混模器(即，阶跃折射率光纤21以蛇形方式穿过的3个相邻的引脚20，如图3所示)增加到阶跃折射率光纤还将改进模态功率分布，从而所有模式被同样地激励。这提供在所有控制点(径向点)更接近目标的EF响应。该3引脚装置可以设计成在任何便利位置附连到阶跃折射率光纤。
[0028]如图4-6所示的线性可变芯轴在突出光纤电缆的每端上具有固定参考级连接器，且使用可调节内部柱塞弯曲内部光纤，同时监测EF响应，在该点处，设定螺钉被固定且内部内容物被罐装。芯轴的目的是针对各个光纤之间的差异进行细调，然后可以与任何合适源一起使用。换句话说，每个可变芯轴和测试带在工厂中使用名义波长的标准双波长LED相应地调节。这些可变芯轴和测试带中的每个现在可以与本领域的制造商独特生产LED源中任一个一起使用。该装置不能用在另一个制造商的LED源上。可变芯轴和测试带可以用渐变折射率光纤50/125 μ m或62.5/125 μ m制造。渐变折射率光纤的每个尺寸使用具有± I μ m或更小的受控芯公差的光纤，从而减少差异，这有助于减少可变芯轴的微调范围，因而减少其尺寸。该可变芯轴具有相当的尺寸、重量，且易于使用，如顾客当今使用那样。然而，高度显著地减少为测试带的厚度，可以是3mm。
[0029]在图示线性混模器的图4-6的视图中，光纤22穿过本体26内的腔室24，经过柱塞28的顶部。柱塞28具有邻接光纤的下凹弯曲表面。柱塞能沿方向30轴线上下移动，从而向上移动将弯曲光纤更多，向下移动将弯曲光纤更少。图4图示了柱塞处于完全缩回位置，图5示出了柱塞部分伸出和光纤的对应部分弯曲，图6示出了柱塞的完全伸出位置和光纤的伴随完全弯曲。
[0030]为了标定装置，合适测试设备被连接，且柱塞被调节以弯曲光纤，以提供期望传输条件。在通过调节柱塞完成所需模式分布设定后，如果需要，光纤可以永久性地紧固到位。这可以通过在LVM组件的输入和出口端处由任何合适手段夹持光纤和/或借助于喷射合适化合物到光纤周围的空空间而罐装光纤来实现。
[0031]线性可变芯轴(LVM)提供改变光纤短长度的弯曲半径的合适手段，以提供光纤内的模式分布的微调。与提供过满发射条件的合适光源结合使用，LVM用作实时可调节滤模器，从而允许设置来自于光纤的光输出模式分布，以服从所建立的encircled flux标准。由于调节方法的无阶跃性质，实现快速和准确的模式分布设置。
[0032]半径Rl、R2和R3可以在各个LVM设计内指定，以提供不同范围的滤模和适应不同外覆层或护套直径的光纤。如果Rl = R2 = R3，那么最小等价光纤环直径将等于围绕直径2XR1的固定芯轴缠绕光纤单圈，假定L~(R1+R4)，其中，R4 = (Rl+d)，d是光纤外覆层或护套直径。光纤芯的实际弯曲半径为大约Rl+(d/2)。当光纤路径直通时，最大等价光纤环直径无限大。因而，对于满足上述标准的LVM，等价芯轴直径的调节范围是2R至⑴。
[0033]操作原理不需要R1、R2和R3相等或者L (R1+R4)。然而，这些参数的变化将影响可获得的调节范围。建议R4> (Rl+d)以最大化给定总体LVM包装尺寸内的调节范围。R4< (Rl+d)将不必要地防止一些芯轴调节。仅仅实践考虑限制Rl、R2和R3的尺寸。过小将引起光纤的永久性损害，过大将对光纤内的模式分布具有细微影响。
[0034]示例 I
[0035]参考图7和8，图示了 LVM原理的示例性实施例。在该示例中，R1、R2和R3为8mm，且已经确定R = 8mm时可能的完全调节范围不需要，L < (R1+R4)。这允许更紧凑外部包装尺寸。光纤具有3mm直径不平护套。
[0036]图7是线性可变芯轴的具体示例的一部分的放大图，其中，光纤通向中心部分30中，在图7的放大截面图中图示，其中，柱塞28升高以将光纤22弯曲期望量，以提供合适条件。图8是线性可变芯轴实施例在外视图中看起来如何的视图，其中，中心可变芯轴部分的具体长度是47mm,线性可变芯轴的直径是7_。
[0037]图9是应用于OTDR系统的本公开构思的框图，其中，脉冲激光源32应用于固定混模器+滤模器+长光纤框34,其输出提供给输出连接器36。
[0038]对于不满发射(例如，用于OTDR的激光)实现具体发射条件(例如，EF)的原理与前文针对LED所述的方法和设备类似，除了需要更多模式激励之外。另一变化在于增加光纤长度，通常大约100米，正常用作发射带，从而可以表征测试网络中的第一连接器。
[0039]对于各个不满发射，例如，激光源，产生过满发射需要的具有混模器的内部阶跃折射率光纤用于提供过满发射，在滤模器之后，如图9所示。然而，对于0TDR，任何类型的内部设备修改将改变光学性能，从而需要外部模态调节器。因而，整个组件保持为外部装置。[0040]在图9的视图中，外部模态调节器(ModCon) 34具有用固定连接器端接的两个固定光纤电缆。在输入处，使用阶跃折射率光纤，而在输出处，使用渐变折射率光纤，50/125 μ m或62.5/125μπι尺寸。在内部，阶跃折射率光纤用弹簧加载夹具附连，其使得光纤在一个点以独特方式弯曲，从而实现一致分布的过满发射。该方法减少插入损失且相对于先前方法改进，例如以蛇形方式使用多个弯曲，或者在光纤压力上应用光纤。阶跃折射率光纤然后熔接到长长度光纤上，例如100米，其目的是提供OTDR和测试的第一连接器之间的光学距离。刚好在100米长度之前，滤模器去除较高阶模式，且实现期望服从EF的发射。对于该情况下的滤模器，多环光纤用柱塞变形，从而形状变为椭圆形。100米光纤具有足够大的直径(例如，100mm)也是重要的，从而没有启动其它滤模。
[0041]实现期望结果的优选方式是排序光纤部段、混模器、光纤长度和滤模器，从而滤模器不在输出光纤上的堵头连接处增加插入损失，通过将滤模器移动到100米光纤长度的左侧来完成。当需要“参考级端接”时，这是重要的，多个国际标准需要小于0.1dB的插入损失。这可以通过将滤模器移动到混模器附近且然后添加长长度的光纤来完成。由于长长度的光纤的输出对于EF监测，同时调节滤模器，因而滤模器相应地放置没有差别。
[0042]参考图10，固定混模器、可变芯轴和100米光纤实施例的截面图，一端附连到激光源(或0TDR) 40的输出的输入阶跃折射率光纤38穿过具有独特弯曲形状的固定混模器42，使得光纤相应地成形。该独特形状被限定，使得损失最小化，同时最大化模态激励。该一位置夹持技术产生与需要多个弯曲位置的其它更复杂方法等价的模态分布。固定混模器可以包括例如弹簧偏压或固定夹具，促使光纤由小引脚变形。阶跃折射率光纤然后在44处熔接到50/125 μ m或62.5/125 μ m渐变折射率光纤46，使用再涂层过程取代熔接套。在此之后是100米渐变折射率光纤长度48，用作发射光纤，成环以最小化弯曲损失，且之前是用作滤模器50的可变形光纤环52，可变形光纤环52例如通过可调节柱塞54变形，柱塞54使得环52可变地变形，以提供期望发射条件。
[0043]图11图示了在通过调节柱塞微调之后可变形环52的示例性变形量。
[0044]图12是OTDR ModCon实施例的示例的部分截面图，其中，装置封装在外壳56中，外壳56具有输入和输出连接器58，60，以连接到测试设备和网络电缆。阶跃折射率光纤62连接到重复地成环的100米光纤，以在外壳内容纳(例如)100米长度。光纤环64与可调节柱塞66相接，以提供发射条件的调节，同时固定混模器68以弹簧70偏压引脚72的形式提供，其与光纤相接。外壳56具有例如130mm的长度尺寸。图13是外壳56的端视图，具有88mm示例性宽度和12mm高度。
[0045]因此，提供为光学光源提供受控发射条件的改进方法和设备。
[0046]对于LED源，该方法和设备解决了尺寸、重量和使用困难问题，与顾客当今使用的相比，通过减少尺寸和重量，且提供使用便利性。
[0047]对于激光源情况，例如0TDR，该方法和设备解决了将组合混模器、滤模器和光纤长度的元件的改进方法整合的问题。通过使得OTDR服从EF且相应地控制发射条件，在永久性光纤链路或信道上进行的衰减测量将与光源和功率表组合很好地相关联。
[0048]虽然已经示出并且描述了本发明的优选实施例，但对本领域的那些技术人员而言将显而易见的是，在不背离本发明的情况下可以在其更广的方面进行许多改变和修改。所附权利要求因此旨在覆盖落入本发明的真实精神和范围内的所有这样的改变和修改。
【权利要求】
1.一种用于控制发射条件的设备，以用于光纤光学测试，所述设备包括: 光纤弯曲设备，用于给光纤提供弯曲；和 调节机构，用于允许调节由光纤弯曲设备提供的弯曲量。
2.根据权利要求1所述的用于控制发射条件的设备，还包括: 固定元件，用于将光纤弯曲设备固定到期望弯曲程度。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光纤弯曲设备包括压靠光纤以给光纤提供弯曲的构件。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述构件包括与光纤接合的弯曲表面。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述光纤和所述构件在具有半径Rl的弯曲表面的空间中提供，所述构件弯曲表面具有半径R2，其中，Rl >= R2+光纤直径。
6.一种光纤光学模态调节器，包括: 阶跃折射率光纤； 固定混模器； 可微调滤模器；和 发射光纤。
7.根据权利要求6所述的光纤光学模态调节器，其中，所述固定混模器包括: 偏压构件，与光纤相接以使得光纤变形。
8.根据权利要求6所述的光纤光学模态调节器，其中，所述可微调滤模器包括: 光纤环；和 可调节柱塞，适合于撞击所述光纤环，以使得所述光纤环可调节地变形。
9.根据权利要求6所述的光纤光学模态调节器，其中，所述发射光纤包括100米光纤。
10.一种用于控制发射条件的方法，以用于光纤光学测试，所述方法包括: 提供光纤弯曲设备，用于给光纤提供弯曲；和 提供调节机构，用于允许调节由光纤弯曲设备提供的弯曲量。
11.根据权利要求10所述的用于控制发射条件的方法，还包括: 提供固定元件，用于将光纤弯曲设备固定到期望弯曲程度。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述提供光纤弯曲设备包括提供压靠光纤以给光纤提供弯曲的构件。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述构件包括与光纤接合的弯曲表面。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述光纤和所述构件在具有半径Rl的弯曲表面的空间中提供，所述构件弯曲表面具有半径R2，其中，Rl >= R2+光纤直径。
【文档编号】G02B6/27GK103472537SQ201310202296
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年5月7日 优先权日:2012年5月7日
【发明者】S·戈德斯坦, I·戴维森, M·戈德斯坦, J·D·谢尔 申请人:弗兰克公司