专利名称：测量光纤特性的方法及重绕光纤的方法
技术领域：
本发明涉及一种测量光纤特性的方法和一种重绕光纤的方法。
相关技术描述光纤例如涂覆光纤或带有彩色层的涂覆光纤被卷绕在线轴上，而且通常是在这种状态下测量其特性。随后，测量过的光纤被送至光缆制造厂和其它制造厂。光纤要测量的传输特性包括传输损耗、偏振模式色散(PMD)和色散等。
然而，在光纤遭受侧向压力时，由于应力，在光纤中就会产生弯曲损耗，例如微弯曲和宏弯曲。并且，不均匀的应力会引起双折射，而这就可能产生偏振色散。
近几年来，由于芯扩大(core-expanded)光纤的非线性，故对其的需求逐渐增加。但是，这类光纤特别容易受侧向压力影响。
在上述基础上，面临这样一个问题，即在测量卷绕在线轴上(下文称“处于线轴卷绕状态”)的光纤的特性时，光纤的传输损耗和PMD要高于实际的光纤特性。
当从线轴上取出光纤时，保得到一束光纤。在捆束状态下，光纤就不受由于卷绕张力带来的侧向压力的作用，但是由于光纤匝(turn)间的接触，仍旧保留着应力的作用。
另外，空气被封闭在处于线轴卷绕状态或捆束状态的光纤匝之间的间隙内。这些空气随着温度的变化膨胀或压缩，从而光纤就可能受到空气的加压。
因此就面临这样一个问题，即很难精确测量处于线轴卷绕状态或捆束状态的光纤的传输损耗和PMD。
发明概要本发明是在上述情形下作出的。本发明的一个目标在于能容易地将光纤保持在无张力条件下，以便精确地测量其诸如传输损耗、偏振模式色散和色散这些传输特性。
为了实现上述目标，可以采用下面的措施。根据本发明，提供一种测量光纤特性的方法，其包括将光纤沉浸在一种液体中，该液体具有在20℃下不超过1Pa·s(帕斯卡·秒)的低粘度；和测量该光纤在该液体中的传输特性。
通过将保持在线轴卷绕状态或捆束状态下的光纤沉浸在具有20℃下不超过1Pa·s低粘度的液体中，就可以使该液体充分弥漫在光纤每一匝(turn)的外围表面上。因此，由光纤匝间接触而引起的应力就可被消除。而且，诸如不规则缠绕的宏弯曲也可被消除。从而，就可减小由微弯曲或宏弯曲引起的传输损耗的增加。另外，应力变得均匀，而且可减小双折射，从而降低PMD。因而就可实现对光纤传输损耗的测量而不受侧向压力的作用。
这种液体的粘度在20℃下可以不超过100m-Pa·s。在这种情况下该液体渗透进入光纤线圈内，即使保持在线轴卷绕状态或捆束状态的光纤线圈在该液体中并未被松开(loosened)。
通过选择这种低粘度液体，该液体就可以渗透进光纤匝间非常小的间隙内。因此该液体就可充分渗透进处于线轴卷绕状态的光纤匝之间的间隙内。
这种液体在20℃下可以具有不小于30mN/m的表面张力。
在这种结构下，就可以阻止该液体渗透进涂覆光纤的涂层内。因此，这就减少了该液体渗透进入玻璃光纤和涂层之间界面内并使涂层与玻璃光纤分层的问题。同时，这也可减小形成涂层的树脂被液体膨胀的问题。
这种液体在20℃下可以具有不超过20hPa的蒸汽压力。
通过采用这种在20℃下具有不超过20hPa蒸汽压力的液体，就可以在从该液体中拾取之后，不用任何处理就使附在光纤上的该液体干燥，从而测量过的光纤也可被立即使用。
这种方法可以包括在测量之前松开处于捆束状态的光纤。
该松开步骤可以通过例如手工磨擦(hand-rubbing)或对该光纤束施加振动来执行。这样，光纤的各匝就不再彼此紧密接触，从而液体就可以很容易地渗透进光纤匝之间的间隙内。
这种液体可以是水。
在线轴卷绕状态的情形中，由于上述原因，这种液体的粘度优选在20℃下不超过100m-Pa·s。当在线轴卷绕状态下光纤特性已被测量时，该光纤就可以立即从该线轴重绕在另一个线轴上。
该光纤可以处于捆束的状态中。在这种捆束状态中，该液体能容易渗透进光纤内。
该光纤可以是涂覆光纤、光纤带和具有彩色层的涂覆光纤中的任一种。
依照本发明的重绕光纤的方法还包括在通过上述光纤特性测量方法测量光纤传输特性之后，干燥该液体，同时将光纤重绕在另一线轴上。利用这种方法，光纤可以在液体干燥后被再次使用。
附图的简要说明
图1A和1B为表示本发明光纤特性测量方法第一实施例的视图；图2为表示本发明光纤特性测量方法第一实施例的视图；图3A和3B为表示本发明光纤特性测量方法第二实施例的视图；和图4为表示在本发明光纤特性测量方法中重绕方法的视图。
发明的详细说明(第一实施例)现在详细说明本发明的优选实施例。
图1A和1B示出一种用来实现本发明特性测量方法的测量装置。图1A为表示内部结构的平面图，图1B为沿图1A中线X-X所取的截面图。
在第一实施例的特性测量方法中，如图1A和1B所示，光纤线圈1，包括在捆束状态下卷绕的涂覆光纤1a，被设置在贮存液体3例如水的测量容器2中。沉浸在该液体中的光纤线卷1的相对端部向外伸出测量容器2，以便能够测量光纤的传输特性。图2为表示将光纤线圈浸入测量容器2中液体内的方式的透视图。
上述的测量方法包括将光纤线圈1浸入测量容器2中的液体3中，和以如此方式用液体3注入光纤线圈1，以使液体3充分弥漫在光纤线圈每一匝的外表面上。
在测量之前，如果需要，保持在捆束状态并浸在液体中的光纤线圈1可被松开。这种松开步骤可以通过借助于人工摩擦或借助于对光纤线圈施加振动来松开光纤线圈而实现。例如，涂覆光纤1a被卷绕在滚筒直径约280mm的线轴上，接着线轴的滚筒被拉出，然后卷绕成捆束状态的涂覆光纤1a作为光纤线圈1被取出。接下来，光纤线圈1可以通过人工摩擦例如扭曲来松开。也可对光纤线圈施加振动，来作为对通过手工摩擦松开光纤线圈1以便将涂覆光纤1a各匝彼此分离的替代。手工磨擦和振动也可同时施加在光纤线圈上。
松开光纤线圈1的步骤可以在将光纤线圈1放入测量容器2之前或之后进行。
松开光纤线圈1的步骤也可以在用液体3渗透到光纤线圈1的步骤期间进行。例如，光纤线圈1被放入测量容器2内，接着将液体3注入测量容器2中，随后用手摩擦光纤线圈1。通过这样做，光纤线圈1就被松开，从而液体渗透进光纤线圈1内。
松开光纤线圈1的步骤还可以借助于这样一种方法来进行，其中，光纤线圈1被放入测量容器2内，然后振动该测量容器2。
在松开的光纤线圈1放入测量容器2之后，填充液体3到测量容器2内涂覆光纤1a的外表面上。此时，通过向其中放有光纤线圈1和装有液体3的测量容器2施加振动(像超声振动或机械振动)来使液体3充满在光纤元件1a匝间的空隙内，并且残留的气泡数量减小。结果，就可以更精确地测量光纤的特性。
当捆束状态的光纤被浸入液体时，光纤就保持在应力减小的条件下。但是，即使光纤是卷绕在线轴上被浸入液体，这种低粘度的液体也会渗透进空隙内，并且光纤进行细微地移动，而液体充当起缓冲的作用，从而就减小光纤匝间的应力。在线轴卷绕光纤的情况下，尽管由张力引起的拉伸应力仍然存在，但这类应力并不会直接和较大地影响光纤的特性。当卷绕在线轴上的光纤被浸入液体，并且在此状态下测量其特性时，卷绕在线轴上的光纤其性能就被整个光纤长度上的这些特性所保证。当从线轴取出捆束状态光纤的一部分并测量处于捆束状态的该部分光纤时，就仅有这部分被保证。
在第一实施例的测量方法中，以线圈形式的涂覆光纤1a被放入测量容器2中，液体3被用来填充测量容器2内光纤线圈1的外表面。一种具有在20℃下不超过1Pa·s低粘度的液体被用作液体3。优选的是，采用例如水、植物油(像橄榄油)、乙醇、丙酮、煤油或硅油(具有在20℃下不超过1Pa·s的低粘度)。
更加优选的是，这种液体在20℃下具有不超过100m-Pa·s的粘度。在此情形下，即使是沉浸在该液体中的光纤并未松开，该液体也可渗透进光纤线圈内。更具体地说，采用例如水、植物油(像橄榄油)、乙醇、丙酮或煤油。
在液体3的粘度处于上述范围时，该液体3就被充分填充在光纤线圈1的周围及涂覆光纤1a的匝之间，从而仅有来自该液体的很小应力均匀地影响该涂覆光纤1a。因此，就能够精确地测量这些特性(传输损耗、PMD和色散)。
这种光纤可以是涂覆光纤、光纤带和具有彩色层的涂覆光纤中的任何一种。此测量方法是非破坏性的，并能够使光纤很容易地回复至未进行测量时的原始状态，因而测量过的光纤能够被重新使用。
(第二实施例)图3A和3B示出一种用来实现本发明特性测量方法第二实施例的测量装置。图3A为表示内部结构的平面图，图3B为沿图3A中线X-X所取的截面图。
在第二实施例的特性测量方法中，如图3A和3B所示，光纤线圈1，包括卷绕在第一线轴6上的涂覆光纤1a，被放在其中贮存液体3例如水的测量容器2内。沉浸在液体中的光纤线圈1其相对端部向外伸出测量容器2，以便能够测量光纤的传输特性。卷绕在该线轴上的光纤线圈1被保持在测量容器2中。
为了实现上述的测量方法，该液体需要具有比第一实施例所用液体更低的粘度。其原因是这种液体更加不易渗透进卷绕在线轴上的光纤线圈内。
(实例1)将具有有效芯面积110μm2的10km的涂覆光纤(具有纯二氧化硅芯)卷绕在线轴上，然后取出该线轴的卷筒，由此形成捆束状态的光纤。
接下来，在将该光纤浸入酒精(alcohol)之前和之后测量光纤的传输损耗和PMD。在将光纤从酒精中取出之后进行类似的测量，并干燥。结果示于表1中。
从表1清楚可见，在捆束状态的光纤浸入酒精内时，传输损耗和PMD的值要小于浸入酒精前得到的值。可以认为，这些值接近于光缆被直线安装时处于无张力状态下获得的值。在捆束状态的光纤干燥时，传输损耗和PMD恢复至空气中测量而得到的值。其原因认为如下，即光纤各匝间由于干燥而彼此接触，从而应力在光纤各匝间产生作用。
(实例2)将如实例1所述的10km的涂覆光纤(具有纯二氧化硅芯)卷绕在线轴上，由此形成线轴卷绕的光纤。
接下来，第一天，在空气中测量该具有纯二氧化硅芯的线轴卷绕光纤的传输损耗和PMD。然后，第二天，将该光纤沉浸在水中，并测量其传输损耗和PMD。结果发现这些特性被改进。其原因认为如下，即水渗透进涂覆光纤的匝间而获得一种应力释放的状态，即使该涂覆光纤处于线轴卷绕状态。
第三天，将涂覆光纤1a从该第一线轴展开，并再次卷绕在如图4所示的第二线轴7上，在此操作期间，用一风扇向涂覆光纤1a吹空气来干燥光纤。接着，测量卷绕在第二线轴7上的涂覆光纤1a的传输损耗和PMD。结果，这些特性就恢复至原线轴卷绕状态下的各值。截止波长和色散斜率与原线轴卷绕状态下的值相同。
第四天，移除线轴，并将光纤保持在捆束状态。结果传输损耗和PMD被稍微改进。
第五天，将光纤再次沉浸在水中，结果传输损耗和PMD比线轴沉浸在水中得到进一步的改进。
上述结果示于表2中。
从表2清楚可见，线轴卷绕光纤沉浸在水中而得到的传输损耗和PMD这些值一般与捆束光纤沉浸在水中而得到的那些值相同。可以认为，这些值接近于光缆被直线安装时处于无张力条件下而得到的值。
(对比例)将如例1和例2所述的10km的涂覆光纤(具有纯二氧化硅芯)卷绕在线轴上，由此形成线轴卷绕的光纤。
这样，就制得了具有纯二氧化硅芯的线轴卷绕的光纤，并测量其传输损耗和PMD。接下来，移除线轴，将光纤保持在捆束状态，并且测量其传输损耗和PMD。然后，将该捆束光纤沉浸在具有高粘度(2Pa·s)的硅油中，并测量其传输损耗和PMD。
其结果示出在表3中。
从表3清楚可见，即使将捆束光纤沉浸在20℃下具有高粘度(2pa·s)的硅油中，传输损耗和PMD值也未被改进。
此外，光纤被涂上硅油就不能够被重新使用，而且对其处理也需要麻烦的操作。
尽管尝试用细微的粉末像滑石粉来松开光纤，但是粉末灰尘可怕地飞扬，并且进入操作者眼睛和气管，因此必须放弃这种尝试。
虽然图示的测量容器2具有图1和图3中的矩形外形，但本发明的容器并不限于这种外形，而是可以具有任何合适的外形例如圆形。
在上述实施例的光纤特性测量方法中，尽管已经描述了具有纯二氧化硅芯的光纤，但是光纤并不限于这种类型，本发明可以应用在其它光纤上。例如，本发明能够应用于采用单模光纤、波长色散偏移光纤、NZ型波长色散偏移光纤、色散补偿光纤、掺铒光纤、偏振保持光纤等的光纤线圈。
除水和酒精外的其它液体像丙酮也可以使用。各种具有不同粘度的硅油在商业上都是可用的。在本发明中，使用具有在20℃下不超过1Pa·s粘度的硅油。
如上所述，当光纤实际上被用来传输信号光时，该光纤在缆中被用在伸直状态下。因此，光纤并不会遭受由卷绕状态引起的应力。
在本发明中，对光纤产生影响的由将光纤形成线轴卷绕状态或捆束状态所引起的应力被消除。所以，就能够得到非常接近于光缆状态下光纤传输特性的测量结果。从而，就确保光缆状态下的传输特性。而且，本发明的方法是非破环性的，因此在液体中测量光纤特性之后通过干燥或移除液体，光纤就能够很容易地恢复至可用状态，并且也不需要处理费用。
权利要求
1.一种测量光纤特性的方法，所述方法包括将光纤浸入一种在20℃下具有不超过1Pa·s低粘度的液体中；和测量所述光纤在该液体中的传输特性。
2.依照权利要求1的测量光纤特性的方法，其中所述液体在20℃下具有不超过100m-Pa·s的粘度。
3.依照权利要求1的测量光纤特性的方法，其中所述液体在20℃下具有不小于30mN/m的表面张力。
4.依照权利要求1的测量光纤特性的方法，其中所述液体在20℃下具有不超过20hPa的蒸汽压力。
5.依照权利要求1的测量光纤特性的方法，还包括在所述测量之前松开处于捆束状态的所述光纤。
6.依照权利要求1的测量光纤特性的方法，其中所述液体是水。
7.依照权利要求1的测量光纤特性的方法，其中所述光纤被卷绕在一线轴上。
8.依照权利要求1的测量光纤特性的方法，其中所述光纤处于捆束状态。
9.依照权利要求1的测量光纤特性的方法，其中所述光纤是涂覆光纤。
10.依照权利要求1的测量光纤特性的方法，其中所述光纤是光纤带。
11.依照权利要求1的测量光纤特性的方法，其中所述光纤是带有彩色层的涂覆光纤。
12.一种重绕光纤的方法，包括在通过上述权利要求1至11中任一权利要求所限定的测量光纤特性方法测量光纤的传输特性之后，干燥附在该光纤上的液体，同时将该光纤重绕在另一线轴上。
全文摘要
将光纤浸入一种在20℃下具有不超过1Pa·s低粘度的液体中，以便该液体能够渗入光纤匝之间的间隙内，从而就消除了由光纤匝之间的接触而引起的应力，并在这种状态下测量光纤的传输特性。
文档编号G01M11/08GK1445522SQ0312043
公开日2003年10月1日 申请日期2003年3月14日 优先权日2002年3月14日
发明者永山胜也, 嘉数修, 斎藤達男 申请人:住友电气工业株式会社