专利名称：光纤连续测量系统的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及光纤的连续测量，尤其是光纤的连续衰减测量，包括源自弯曲 的衰减(“宏观弯曲”损失)的连续测量。
背景技术：
测量光纤各种特性的方法经常包括测试静止光纤的相对短的样本。例如，测量 源自弯曲的衰减(“宏观弯曲”损失)的光衰减的方法包括在特定直径的心轴周围卷绕规 定匝数的短长度光纤或通过一系列导向沟槽部署光纤以将光纤保持在特定弯曲半径。通 过将处于弯曲状态的光纤的光谱功率与通过未经弯曲的光纤的光谱功率进行比较而确定 弯曲灵敏性。这类方法可能是缓慢且耗时的。此外，在测试对宏观弯曲损失的耐受性的情形 下，由于实践中的因素，可能无法将导致不可接受的宏观弯曲损失程度的多个因素同时 考虑在内。这些因素可包括，例如，制造工艺的变化、因光纤不均性导致的变化、光纤 弯曲方式的变化以及对于光纤分段的哪些分段在应用中最终可能弯曲的不可预测性。这 些变化可能导致不可接受的信号损失程度，即使仅影响到光纤整个长度中极少百分比。 因此，要求提供一种能快速和有效地测量沿光纤整个长度的宏观弯曲损失的耐受性的方 法。
发明内容
本发明的一个方面包括连续测量沿光纤长度的至少一个光学特性的方法。该方 法包括将光纤的第一端光耦合于反射器，其中反射器固定于第一可转动本体。该方法 进一步包括将光纤的第二端光耦合于光源和检测器，其中光源能将光传入光纤且检测器 能检测射出光纤的光。另外，该方法包括将来自光源的至少一部分光通过光纤传播至反 射器以使从光纤传播至反射器的至少一部分光通过光纤反射回并使通过光纤反射回的至 少一部分光传播到检测器并由检测器检测出。最终，该方法包括当转动第一转动本体时 测量检测到的光的至少一种光特性。在一个优选实施例中，该方法还包括将光纤的第二端固定在第二可转动本体 上，其中光纤的第二端经由旋转光耦合器光学地耦合于光源。在本实施例中。在第一可 转动本体转动的同时转动第二可转动本体，以使光纤在缠绕在第一可转动本体的同时从 第二可转动本体退出缠绕状态。在另一优选实施例中，第二可转动本体保持静止且光纤在可转动本体的边缘上放出。在该实施例中，由于可转动本体不转动，因此可直接对测试下的光纤的第二端作 出光耦合。可采用导向机构以利于光纤从可转动本体的边缘放出。在优选实施例中，测得的光学特性是衰减。在尤其优选的实施例中，测量的光 学特性是由于宏观弯曲或宏观弯曲损失的衰减。当测量的光学特性是由于宏观弯曲引起的衰减时，该方法可包括使通过局部弯 曲机构测量的一段光纤平移并同时记录仅由位于弯曲机构内的那部分光纤的局部弯曲造 成的附加光学衰减。随着整个长度的光纤经过弯曲机构，可作出弯曲致光学衰减的连续 记录，识别光纤整个长度的较大或较小衰减的区域。本发明又一方面包括能执行前述方法的设备。将在以下详细描述中阐述本发明的附加特征和优点，这些特征和优点的一部分 可由本领域内技术人员从说明书中推知或通过如本文所述本发明的实践而得知，包括以 下详细描述、权利要求书以及附图。应当理解的是，以上一般描述和以下详细描述两者给出本发明的实施例，并且 它们旨在提供用于理解所要求保护的本发明的本质和特性的概观或框架。所包括的附图 用于提供对本发明的进一步理解，且被结合到本说明书中并构成其一部分。附图示出本 发明的各个实施例，并与本描述一起用于解释本发明的原理和操作。附图简述
图1是具有静止放线线圈的本发明第一实施例的示意图；图2是具有转动的放线线圈的本发明第二实施例的示意图；图3是示出校准人造段的宏观弯曲损失的值的曲线图，所述校准人造段在具有 已知低宏观弯曲损失特性的光纤中叠加有已知较高宏观弯曲损失特性的一部分光纤；图4是示出如通过本发明一个实施例测得的沿光纤长度的宏观弯曲损失的值的 曲线图；以及图5是示出如通过本发明一个实施例测得的沿另一光纤长度的宏观弯曲损失的 值的曲线图。优选实施例的详细描述现在将具体参考本发明的优选实施方式，在附图中示出实施例的例子。在可能 时，在所有附图中使用相同的附图标号来指示相同或类似的部件。本发明能提供针对至少一种光学特性的光纤的连续测试。在优选实施例中，与 在测试过程中光纤静止的之前测试方法下进行传统测试相比较，本发明能提供沿显著更 长长度的光纤的衰减的连续测试，尤其是源自宏观弯曲损失的衰减。例如，与之前宏观 弯曲损失的测试方法中通常包括测试小于1米的测试光纤长度相反，本发明的实施例可 提供具有至少1米长度的光纤的测试，例如至少10米，甚至例如至少100米，包括至少 1公里，甚至包括至少10公里，更甚至包括至少100公里。另外，在光纤沿测试装置或系统的至少一部分移动时，本发明可提供至少一种 光学特性的连续和重复测量。在优选实施例中，光纤以至少0.1米/秒的速度沿或通过测 试装置移动，例如至少0.5米/秒，进一步例如至少1米/秒，更进一步例如5米/秒， 甚至再进一步例如10米/秒。在测试宏观弯曲损失的情形下，一部分测试装置可包括带一个或多个滑轮的弯曲机构，其中测试下的光纤缠绕在每个滑动的至少一部分周围。在优选实施例中，测试 下的光纤可以高达360°的任何量缠绕在每个滑轮周围并在不同的滑轮周围缠绕不同的匝 数。例如，测试下的光纤可在每个滑轮周围作出1/4匝(即90°匝)、半匝(即180° 匝)、}}、3/4匝(即270°匝)或全匝(即360°匝)(或在其间的任何匝数)。在又一 优选实施例中，测试下的光纤可在同一滑轮周围缠绕一次以上(即大于360° )。例如， 测试下的光纤可在同一滑轮周围缠绕一次半或在同一滑轮周围缠绕两次或更多次。在一优选实施例中，测试装置可包括具有至少两个滑轮的弯曲机构，而在又一 优选实施例中，测试装置可包括至少四个滑轮。至少一个滑轮可相对于至少一个其它滑 轮成一角度。例如，在一优选实施例中，至少一个滑轮的轴可相对于至少一个其它滑轮 的轴垂直(即成90° )。在又一优选实施例中，至少一个滑轮的轴可相对于至少一个其 它滑轮的轴成另一角度，例如45°角。尽管不应理解滑轮直径为限于任一特定值，然而在一优选实施例中，至少一个 滑轮直径小于或等于60毫米，例如小于或等于30毫米，进一步例如小于或等于15毫 米。例如，至少一个滑轮直径可以从10-30毫米，包括从10-20毫米。在一优选实施例 中，当使用两个或更多个滑轮时(包括但不局限于至少一个滑轮垂直于至少一个其它滑 轮)，每个滑轮可具有小于或等于30毫米的直径，例如小于或等于15毫米。例如，每个 滑轮直径可以从10-30毫米，包括从10-20毫米。在一优选实施例中，当使用两个或更多个滑轮时，滑轮可彼此相对接近以使测 试下的光纤的相对短部分在任何给定时间均处在滑轮系统中(滑轮系统中的光纤长度就 是在光纤进入第一滑轮的点和光纤离开最后一个滑轮的点之间的光纤长度)。例如，在优 选实施例中，高达500毫米的光纤可在任何给定时间处于滑轮系统中，例如从50毫米至 350毫米，进一步例如从100毫米至250毫米。测试装置可包括测量设备，在优选实施例中，该测量设备能在规则时间间隔内 测量至少一种光学特性。例如，在一优选实施例中，测量设备能至少每秒一次地测量至 少一种光学特性，包括至少每秒10次，进一步包括每秒至少100次，甚至进一步包括每 秒至少1000次。在一优选实施例中，至少一种光学特性是宏观弯曲损失。因此，根据光纤沿或通过测试设备移动的速度以及测量设备测量至少一种光学 特性的速度，每当给定长度的光纤已沿或通过设备移动，就可作出至少一种光学特性的 测量。例如，如果光纤正以1米/秒的速度移动通过测试设备且测试设备每秒测试至少 一种光学特性100次，则每当1/100米(或1厘米)的光纤移动通过设备时测量至少一 种光学特性。在优选实施例中，每当高达1米的光纤移动通过设备则测量至少一种光学 特性，例如每当高达10厘米的光纤移动通过设备，和例如每当1厘米的光纤移动通过设 备，甚至例如每当高达1毫米的光纤移动通过设备。在尤为优选的实施例中，每当1毫 米至1厘米的光纤移动通过设备即测量至少一种光学特性，例如每当2毫米至6毫米的光 纤移动通过设备，包括每当3毫米至5毫米的光纤移动通过设备。本发明的实施例可提供沿光纤整个长度的至少一个光学特性的测量。例如，当 沿光纤整个长度的每个离散点处于滑轮或滑轮系统中时，可测量对宏观弯曲损失的耐受 性。例如，如果在任何给定时间有200毫米的光纤处于滑轮系统中，则光纤以2米/秒 的速度通过测试设备移动，且测试设备以100次/秒的速度执行测量，且沿光纤长度的各离散点处于滑轮系统长达0.1秒，在这段时间内测量设备已作出10次测量。在优选实 施例中，每当沿光纤整个长度的一个离散点处于滑轮或滑轮系统中，测量设备将作出从1 至100次测量，例如每当沿光纤整个长度的一个离散点处于滑轮或滑轮系统中时作出从 10至25次测量。在优选实施例中，测试下的光纤最初缠绕在第一可转动本体上，其中第一可转 动本体是线圈(即“放线线圈”)。通过首先使光纤的外侧或前端穿过装置或系统并将 其固定于第二可转动本体而令测试下的光纤随后沿或通过测试装置或系统移动，其中第 二可转动本体也是线圈(即“卷绕”线圈)。然后，可从第一可转动本体退绕出要求的 光纤量，使其沿或通过测试装置或系统移动，并通过使至少第二可转动本体转动而缠绕 在第二可转动本体上(光纤的外侧或前端已经固定于此)。随着光纤沿或通过测试装置或 系统移动，可重复地测量和记录至少一种光学特性。在优选实施例中，如果测量到的至少一种光学特性为高于或低于预定值或范 围，则可停止光纤沿或通过测试装置或系统的移动。例如，如果至少一种光学特性是宏 观弯曲损失，如果测量到的宏观弯曲损失为高于某一预定值，则可停止光纤通过测试装 置的移动。这允许用户通过观察在装置停止时处于滑轮或滑轮系统中的光纤段而对无法 满足宏观弯曲损失的耐受性的预定规范的光纤分段进行精确定位。可选择地去除或检查 该长度(或其一部分)。在优选实施例中，当至少一种光学特性是宏观弯曲损失时，每当测量宏观弯曲 损失时，可记录沿经过在至少一个滑轮的一部分周围的光纤长度的光纤的位置。这允许 用户在整个长度的光纤已通过测试装置或系统的过程中或之后对无法满足宏观弯曲损失 的耐受性的预定规范的光纤分段进行精确定位。可选择地去除或检查该分段(或其一部 分)。现在参见图1，图中示出本发明的第一实施例，其中已相对于光纤的连续宏观弯 曲损失测试对通常用于光纤机械强度测试的筛分设备10作出了改型。在所示实施例中， 测试下的光纤12缠绕在放线线圈14上，该放线线圈14安装在位于设备10放线侧的固定 装置16上。固定装置16保持放线线圈14以使其轮毂18平行于测试下的光纤12通过设 备的路径。测试下的光纤12的内侧端或后端20经过放线线圈14中的狭槽22并通过在 接合点28处熔接于测试下的光纤12的短的软辫管光纤26光耦合于光学循环器24。光学 循环器24通过循环器的通过口光耦合于光源30，由此使光从光源30经由光学循环器24 和短的软辫管光纤26传播至测试下的光纤12 (即“前向传播”)。光学循环器24还通 过循环器的后向传播口光耦合于检测器32，由此使光从测试下的光纤12经由短的软辫管 光纤26和光学循环器24传播至检测器32 (S卩“后向传播”)。在一优选实施例中，光源30是工作在指定波长(优选为1550nm)下的放大的自 发发射(ASE)源。也可使用其它光源，包括激光器或经滤波的宽频白炽灯。在优选实 施例中，通常应当避免偏振光以消除依赖于偏振的损失影响。在一优选实施例中，计算机或数字数据获取系统34采集和处理来自检测器32的 数据。在优选实施例中，检测器32是功率计。设备10包括弯曲机构滑轮系统36 (在给出的实施例中表示为四个滑轮)，在滑轮 系统36周围缠绕测试下的光纤12以便为宏观弯曲损失测试提供高弯曲环境。设备10还包括筛分装置所固有的一个或多个附加滑轮38，它们允许适当地张紧和引导测试下的光 纤12通过设备。这类滑轮38通常具有比滑轮系统36中的滑轮大得多的直径，以致当与 将测试下的光纤12缠绕在滑轮系统36中的滑轮周围所导致的宏观弯曲损失相比时，将测 试下的光纤12缠绕在滑轮38周围导致的任何宏观弯曲损失可忽略不计。可配置滑轮系 统36中的滑轮使滑轮系统36中的至少一个滑轮的轴垂直于滑轮系统36中至少一个其它 滑轮的轴(未示出)。在所示实施例中，穿入测试下的光纤12使之通过设备10，包括滑轮系统36和附 加滑轮38，且测试下的光纤12的外侧或第一端40固定于卷绕线圈44中的狭槽42。测 试下的光纤12的前端40通过短的软辫管光纤48光耦合于反射器46，该短的软辫管光纤 48在接合点50处熔接于测试下的光纤12 (也可使用机械接合，假设这样是稳定的)。反 射器46和短的软辫管光纤48固定于卷绕心轴压板52，该卷绕心轴压板52固定于卷绕线 圈44，以致当卷绕线圈44转动时，使测试下的光纤12前端40、短的软辫管光纤48和反 射器46均随着卷绕线圈44转动。在所示实施例中，一旦测试下的光纤12固定于卷绕线圈44并光耦合于反射器 46，来自光源30的光就沿光纤的长度传播至反射器46并随后沿光纤长度反射回到检测器 32。然后转动卷绕线圈44以使测试下的光纤12继续从放线线圈14退绕，经过设备10 并缠绕在卷绕线圈44上。这使沿测试下的光纤12的长度的每个点经过滑轮系统36，在 这段时间内可连续地或在规定时间间隔测量反射回检测器32的光。在这段时间期间，图 1所示实施例中的放线线圈14不转动。相反，测试下的光纤12通过越过线圈的凸缘54 而继续从放线线圈14退绕。在一优选实施例中，固定装置16包括绕放线线圈的轴线旋 转并引导光纤在凸缘54上放线的导向臂(未示出)。现在参见图2，图中示出本发明的一个替代实施例。在图2中，放线线圈14安 装在放线心轴56上以使其转轴18垂直于测试下光纤12通过设备的路径。将放线心轴56 修改成通过轴的中央接纳旋转光耦合器58 (其它实施例可包括光耦合而移动光纤的其它 方法，例如注入设备(LID)或一种以上旋转光耦合)。测试下的光纤的内侧端或后端部 署在放线线圈内侧的狭槽中并熔接于短的软辫管光纤(未示出)。短的软辫管通过放线线 圈后表面上的穿墙式连接器光耦合于旋转光耦合器58的内引线(放线心轴通过机械加工 的狭槽进一步改型，该狭槽允许与短的软辫管光纤的耦合)。旋转光耦合器58通过短的 外侧软辫管光纤60光耦合于光学循环器24。在图2所示实施例中，放线线圈14能在卷绕线圈44转动的同时(以相同或大致 相同的速度)转动，由此当两线圈转动时，测试下的光纤12继续从放线线圈14退绕，经 过设备10，并缠绕在卷绕线圈44上。在本实施例中，当放线线圈14旋转时，旋转光耦 合器58的使用允许光从光源30传播至测试下的光纤，并进一步允许光从测试下的光纤 (即由反射器46反射的光)传播至检测器32。在图1所示实施例或图2所示实施例中的任一实施例中，计算机或数字数据获取 系统34可产生一个信号，如果认为宏观弯曲损失的读数或测量值高于预定值，该信号则 使卷绕线圈44和/或放线线圈14停转。计算机或数字数据获取系统34也可记录任意给 定时间沿经过滑轮系统36的测试下的光纤12的长度的位置。这允许用户对在宏观弯曲 损失的读数或测量值高于一预定值时处于滑轮系统36中的一部分测试下的光纤12进行精确定位。前述实施例中的光纤中的光衰减通常包括由于光纤衰减引起的固定损失、耦合 损失、反射器损失加上随着光纤在从第二可转动本体平移至第一可转动本体的同时经过 弯曲机构而在光纤长度内的任意给定点处由于弯曲机构中的光纤部分的宏观弯曲灵敏度 造成的变化因素。因此，为了确定由宏观弯曲损失造成的总衰减部分，图1和图2中所示 实施例可用于测量衰减的两步骤过程，第一步，通过将测试下的光纤12穿入设备10而不 将光纤缠绕或穿入滑轮系统36来测量非宏观弯曲衰减，然后随着测试下的光纤缠绕在卷 绕线圈44上并从放线线圈14退绕时连续或以固定时间间隔测量反射回检测器32的光。 这允许用户确定归因于基线系统状态的平均衰减量。然后，在第二步，测试下的光纤12 可缠绕在滑轮系统36上并作出如前所述的衰减测量，其中测试下的光纤12的每个部分经 过滑轮系统36并随着测试下的光纤缠绕在卷绕线圈44上并从放线线圈14退绕而连续地 或以固定时间间隔测量反射回检测器32的光。这允许用户通过从第二步测得的衰减减去 第一步中测得的平均基线衰减而确定因沿光纤长度的给定点处的宏观弯曲损失造成的衰 减量。可通过产生具有由IEC 60793-1-47中描述的采样宏观弯曲损失测量方法测得的 已知宏观弯曲损失区域的人造段来校正在图1或图2所示任一实施例中作出的测量。可 通过将已知具有低劣宏观弯曲损失特性的段熔接到已知具有较好宏观弯曲损失特性的较 长段来产生该人造段。然后可将该人造段缠绕在滑轮系统36周围并如前所述地作出衰减 测量，其中人造段的每个部分经过滑轮系统36并随着人造段缠绕在卷绕线圈44或从放线 线圈14退绕而连续地或以固定时间间隔测量反射回检测器32的光。图3示出使用这种 技术测量沿校正人造段的长度的宏观弯曲损失的结果，所述人造段是通过将具有0.45dB/ 匝的已知宏观弯曲损失的一部分光纤(设置在1550nm的波长下的IOmm直径滑轮周围) 接合在具有0.012dB/匝的已知宏观弯曲损失的光纤内(设置在1550nm的波长下的IOmm 直径滑轮周围)而制成的。示例通过以下示例进一步澄清本发明。根据前面参照图1描述的实施例，1550nm下的Agilent放大自发发射源光耦合于 光纤，其中以0.5米/秒的速度扫描光纤(即移动通过测试装置)。反射功率是以500采 样/秒的速度通过Newport 2832-C功率计和818_IS_1检测器测得的，并存储50个采样 的分组平均值。图4示出使用这种技术的第一光纤长度(样本光纤A)的测试结果。图 5示出出使用这种技术的第二光纤长度(样本光纤B)的测试结果。如可从图4和图5的 比较中看出的那样，样本光纤B图示为具有比样本光纤A相对更低劣的宏观弯曲损失不 均性。对本领域的技术人员显而易见的是，可在不背离本发明的精神和范围的情况下 对本发明作出各种修改和变化。因而，本发明旨在涵盖本发明的所有这些修改和变化， 只要它们落在所附权利要求书及其等价技术方案的范围中即可。
权利要求
1.一种连续测量沿光纤长度的至少一种光学特性的方法，所述方法包括 将光纤的第一端光耦合于反射器，其中所述反射器固定于第一可转动本体；将所述光纤的第二端光耦合于光源和检测器，其中所述光源能将光传入所述光纤且 所述检测器能检测传出所述光纤的光；使来自所述光源的光中的至少一部分传播通过所述光纤并到达所述反射器以使从所 述光纤传播至所述反射器的光中的至少一部分通过所述光纤反射回来并且使通过所述光 纤反射回来的光的至少一部分传播至所述检测器并由所述检测器检测出；以及 随着所述第一可转动本体转动，对所检测出的光检测所述至少一种光学特性。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一种光学特性是宏观弯曲损失， 且所述方法包括使所述光纤绕经至少一个滑轮的至少一部分。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一个滑轮具有小于或等于60毫 米的直径。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括使所述光纤绕经至少两个滑 轮的至少一部分，其中所述滑轮中的至少一个滑轮的轴线垂直于所述滑轮中的至少另一 个滑轮的轴线。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，每个滑轮具有小于或等于60毫米的直径。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光纤的所述第二端固定在第二可转动 本体上，并通过转动的光耦合器光耦合于所述光源；并且在所述第一可转动本体转动的同时所述第二可转动本体转动，以使所述光纤在缠绕 到所述第一可转动本体上的同时从所述第二可转动本体退绕。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述光纤以至少0.1米/秒的速度缠绕到 所述第一可转动本体上。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光纤具有至少10米的长度。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光纤具有至少100米的长度。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一种光学特性是以至少10次/ 秒来测量的。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一种光学特性是以至少100次/秒来测量的。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果测得所述至少一种光学特性为高于 或低于预定值或范围，则所述第一可转动本体停止转动。
13.如权利要求2所述的方法，其特征在于，如果测得宏观弯曲损失为高于预定值， 则所述第一可转动本体停止转动。
14.如权利要求2所述的方法，其特征在于，每当测量到宏观弯曲损失时，记录所述 光纤中正绕经至少一个滑轮的一部分的那部分沿所述光纤的位置。
15.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光纤的第二端固定在第二可转动本 体上，并通过转动的光耦合器光耦合于所述光源，并且在所述第一可转动本体旋转的同时所述第二可转动本体旋转，以使所述光纤在缠绕 到所述第一可转动本体上的同时从所述第二可转动本体退绕。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述光纤以至少0.1米/秒的速度缠绕 到所述第一可转动本体上。
17.如权利要求2所述的方法，其特征在于，宏观弯曲损失是以至少10次/秒来测量的。
18.如权利要求2所述的方法，其特征在于，宏观弯曲损失是以至少100次/秒来测量的。
19.能执行权利要求1所述方法的设备。
20.能执行权利要求6所述方法的设备。
全文摘要
光纤连续测量系统连续地测量沿光纤长度的至少一种光学特性。系统包括其上固定反射器的可转动本体。反射器光耦合于光纤的一端，由此允许从光纤传播至反射器的光沿光纤的长度反射回测量设备。当光纤从一个可转动本体缠绕至另一个可转动本体时，获得要测量的特性。系统尤为适用于测量沿光纤长度的衰减，包括采用局部弯曲机构情况下的宏观弯曲损失。
文档编号G01M11/08GK102016533SQ200980115712
公开日2011年4月13日 申请日期2009年3月26日 优先权日2008年3月27日
发明者C·F·莱恩, J·P·马克莱, R·C·斯温格尔 申请人:康宁股份有限公司