具有受控發(fā)射條件的光學(xué)光源的制作方法
【專利摘要】給光學(xué)光源提供受控發(fā)射條件的系統(tǒng)、設(shè)備和方法包括可調(diào)節(jié)光纖彎曲/變形設(shè)備，以允許裝置調(diào)節(jié)，從而可以準(zhǔn)確地控制多模式發(fā)射條件。提供LED光源和OTDR/激光實(shí)施方式兩者。
【專利說明】具有受控發(fā)射條件的光學(xué)光源
【背景技術(shù)】
[0001]在光學(xué)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用中，準(zhǔn)確地控制來自于光源的多模式發(fā)射條件是重要的，以便改進(jìn)光纖衰減測(cè)量的一致性，不管是在LED光源應(yīng)用還是OTDR應(yīng)用中。
[0002]引起的問題是控制來自于多模式源的發(fā)射條件，不管是LED源還是激光源，使得多個(gè)模式組用高精確度發(fā)射。控制多模式光纖中的模式組是用光源和功率表進(jìn)行可重復(fù)、準(zhǔn)確和一致?lián)p失測(cè)量的關(guān)鍵。
[0003]控制發(fā)射條件的最常見方法是使用具有指定直徑和圈數(shù)的芯軸包繞物。參考圖1，芯軸的視圖，芯軸12配置成接收光纖14的多個(gè)包繞物。該方法將去除引起衰減測(cè)量不一致性的松散耦合較高階模式。然而，該方法不提供光源之間的一致?lián)p失測(cè)量，因?yàn)槿Q于光纖如何聯(lián)接到源和源的制造商，每個(gè)光源具有獨(dú)特發(fā)射條件。高達(dá)50%的差異是可能的。在涌現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)需要差異減少至10%時(shí),例如encircled flux (EF),需要用于控制發(fā)射條件的新方法。
[0004]引起的第二問題是提供可以適應(yīng)不同多模式光纖尺寸和不同波長(zhǎng)的源。顧客使用可以與例如50 μ m光纖一起使用且對(duì)于相同發(fā)射帶(launch cord)具有滿足兩個(gè)波長(zhǎng)(例如，850nm和1300nm)的受控發(fā)射條件的一個(gè)光源是有利的。
[0005]先前服從EP的模式控制器旨在是通用的，從而它們可以與任何LED光源一起使用。然而，這些裝置是大的、重的，且難以使用和制造。
[0006]與OTDR有關(guān)引起的問題是在裝置輸出處的插入損失。雖然在裝置的輸出和輸入之間預(yù)期有一定量的損失，但是損失保持在“參考級(jí)端接”是重要的。參考級(jí)端接實(shí)現(xiàn)小于
0.1dB損失。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，在發(fā)射帶的接口連接處需要參考級(jí)端接。
[0007]用于控制多模式源的發(fā)射條件的現(xiàn)有技術(shù)是圍繞指定尺寸的芯軸包繞測(cè)試帶，例如5圈，如圖1所示。該芯軸需要具有固定外直徑(例如，20_)的圓形裝置，光纖電纜包繞到所述芯軸上。該配置形成堆疊效應(yīng)，使得芯軸高度增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明，提供用于控制發(fā)射條件的改進(jìn)方法和設(shè)備。光纖彎曲設(shè)備給光纖提供可調(diào)節(jié)彎曲點(diǎn)，從而彎曲量的調(diào)節(jié)允許將發(fā)射條件調(diào)節(jié)至期望量。所述光纖然后在期望彎曲程度緊固。
[0009]因而，本發(fā)明的目的是提供改進(jìn)的發(fā)射條件控制裝置和方法。
[0010]本發(fā)明的另一目的是提供用于提供可調(diào)節(jié)發(fā)射條件控制器的改進(jìn)方法和設(shè)備。
[0011]本發(fā)明的又一目的是提供用于提供可復(fù)制發(fā)射條件的改進(jìn)裝置和方法。
[0012]在本說明書的結(jié)束部分中特別地指出并且明確地要求保護(hù)本發(fā)明的主題。然而，操作的組織和方法兩者及其進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)和目的可以通過參考與附圖相結(jié)合地進(jìn)行的以下描述來最好地理解，在附圖中相同的附圖標(biāo)記指代相同的元件。
【專利附圖】

【附圖說明】[0013]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有包繞光纖的芯軸的視圖；
[0014]圖2是根據(jù)本公開的測(cè)試系統(tǒng)的圖示；
[0015]圖3是根據(jù)本公開的混模器的簡(jiǎn)圖；
[0016]圖4-6圖示了根據(jù)本公開的線性混模器；
[0017]圖7是線性可變芯軸的具體示例的視圖，具有放大截面剖視中心部分；
[0018]圖8是線性可變芯軸實(shí)施例外視圖看起來如何的視圖；
[0019]圖9是本公開的OTDR實(shí)施例的框圖；
[0020]圖10是固定混模器、可變芯軸和100米光纖實(shí)施例的截面圖；
[0021]圖11是環(huán)的示例性變形量的視圖；
[0022]圖12是OTDR ModCon的實(shí)施例的部分截面俯視圖；和
[0023]圖13是圖11的ModCon的端視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)包括在測(cè)試設(shè)置中給光纖提供受控彎曲的系統(tǒng)和方法，以提供可調(diào)節(jié)受控發(fā)射條件。
[0025]改進(jìn)方法是光纖環(huán)形變化或者彎曲部被固定地或可變地控制的方法，從而不需要
堆疊配置。
[0026]實(shí)現(xiàn)具體發(fā)射條件(例如，EF)的原理需要光源發(fā)出過滿(over-filled)發(fā)射，具有用一致模態(tài)分布且隨后用去除所需模式以達(dá)到所需發(fā)射的濾模器激勵(lì)的最大數(shù)量模式。該原理可以總體上應(yīng)用于過滿或不滿(under-filled)的LED或激光光源。
[0027]參考圖2，根據(jù)本公開的系統(tǒng)的框圖，用于實(shí)現(xiàn)用獨(dú)特LED源(不管供應(yīng)商)服從EF的優(yōu)選方法是用例如尺寸105/125 μ m的階躍折射率光纖18在850nm和1300nm盤繞(pigtail)雙波長(zhǎng)組合器(LED)16。階躍折射率光纖將起到兩個(gè)目的。第一，這將提供在測(cè)試器堵頭(bulkhead)處的過滿發(fā)射，從而具有芯軸的測(cè)試帶可以與其連成一串。第二，階躍折射率光纖允許源與50 μ m或62.5 μ m測(cè)試參考帶一起使用，每個(gè)相應(yīng)地微調(diào)。由此，通過發(fā)射可預(yù)測(cè)模態(tài)分布，階躍折射率光纖減少源之間的差異。階躍折射率光纖適當(dāng)?shù)刂苯痈竭B到LED源。將混模器(即，階躍折射率光纖21以蛇形方式穿過的3個(gè)相鄰的引腳20，如圖3所示)增加到階躍折射率光纖還將改進(jìn)模態(tài)功率分布，從而所有模式被同樣地激勵(lì)。這提供在所有控制點(diǎn)(徑向點(diǎn))更接近目標(biāo)的EF響應(yīng)。該3引腳裝置可以設(shè)計(jì)成在任何便利位置附連到階躍折射率光纖。
[0028]如圖4-6所示的線性可變芯軸在突出光纖電纜的每端上具有固定參考級(jí)連接器，且使用可調(diào)節(jié)內(nèi)部柱塞彎曲內(nèi)部光纖，同時(shí)監(jiān)測(cè)EF響應(yīng)，在該點(diǎn)處，設(shè)定螺釘被固定且內(nèi)部?jī)?nèi)容物被罐裝。芯軸的目的是針對(duì)各個(gè)光纖之間的差異進(jìn)行細(xì)調(diào)，然后可以與任何合適源一起使用。換句話說，每個(gè)可變芯軸和測(cè)試帶在工廠中使用名義波長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)雙波長(zhǎng)LED相應(yīng)地調(diào)節(jié)。這些可變芯軸和測(cè)試帶中的每個(gè)現(xiàn)在可以與本領(lǐng)域的制造商獨(dú)特生產(chǎn)LED源中任一個(gè)一起使用。該裝置不能用在另一個(gè)制造商的LED源上。可變芯軸和測(cè)試帶可以用漸變折射率光纖50/125 μ m或62.5/125 μ m制造。漸變折射率光纖的每個(gè)尺寸使用具有± I μ m或更小的受控芯公差的光纖，從而減少差異，這有助于減少可變芯軸的微調(diào)范圍，因而減少其尺寸。該可變芯軸具有相當(dāng)?shù)某叽?、重量，且易于使用，如顧客?dāng)今使用那樣。然而，高度顯著地減少為測(cè)試帶的厚度，可以是3mm。
[0029]在圖示線性混模器的圖4-6的視圖中，光纖22穿過本體26內(nèi)的腔室24，經(jīng)過柱塞28的頂部。柱塞28具有鄰接光纖的下凹彎曲表面。柱塞能沿方向30軸線上下移動(dòng)，從而向上移動(dòng)將彎曲光纖更多，向下移動(dòng)將彎曲光纖更少。圖4圖示了柱塞處于完全縮回位置，圖5示出了柱塞部分伸出和光纖的對(duì)應(yīng)部分彎曲，圖6示出了柱塞的完全伸出位置和光纖的伴隨完全彎曲。
[0030]為了標(biāo)定裝置，合適測(cè)試設(shè)備被連接，且柱塞被調(diào)節(jié)以彎曲光纖，以提供期望傳輸條件。在通過調(diào)節(jié)柱塞完成所需模式分布設(shè)定后，如果需要，光纖可以永久性地緊固到位。這可以通過在LVM組件的輸入和出口端處由任何合適手段夾持光纖和/或借助于噴射合適化合物到光纖周圍的空空間而罐裝光纖來實(shí)現(xiàn)。
[0031]線性可變芯軸(LVM)提供改變光纖短長(zhǎng)度的彎曲半徑的合適手段，以提供光纖內(nèi)的模式分布的微調(diào)。與提供過滿發(fā)射條件的合適光源結(jié)合使用，LVM用作實(shí)時(shí)可調(diào)節(jié)濾模器，從而允許設(shè)置來自于光纖的光輸出模式分布，以服從所建立的encircled flux標(biāo)準(zhǔn)。由于調(diào)節(jié)方法的無階躍性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)快速和準(zhǔn)確的模式分布設(shè)置。
[0032]半徑Rl、R2和R3可以在各個(gè)LVM設(shè)計(jì)內(nèi)指定，以提供不同范圍的濾模和適應(yīng)不同外覆層或護(hù)套直徑的光纖。如果Rl = R2 = R3，那么最小等價(jià)光纖環(huán)直徑將等于圍繞直徑2XR1的固定芯軸纏繞光纖單圈，假定L~(R1+R4)，其中，R4 = (Rl+d)，d是光纖外覆層或護(hù)套直徑。光纖芯的實(shí)際彎曲半徑為大約Rl+(d/2)。當(dāng)光纖路徑直通時(shí)，最大等價(jià)光纖環(huán)直徑無限大。因而，對(duì)于滿足上述標(biāo)準(zhǔn)的LVM，等價(jià)芯軸直徑的調(diào)節(jié)范圍是2R至⑴。
[0033]操作原理不需要R1、R2和R3相等或者L (R1+R4)。然而，這些參數(shù)的變化將影響可獲得的調(diào)節(jié)范圍。建議R4> (Rl+d)以最大化給定總體LVM包裝尺寸內(nèi)的調(diào)節(jié)范圍。R4< (Rl+d)將不必要地防止一些芯軸調(diào)節(jié)。僅僅實(shí)踐考慮限制Rl、R2和R3的尺寸。過小將引起光纖的永久性損害，過大將對(duì)光纖內(nèi)的模式分布具有細(xì)微影響。
[0034]示例 I
[0035]參考圖7和8，圖示了 LVM原理的示例性實(shí)施例。在該示例中，R1、R2和R3為8mm，且已經(jīng)確定R = 8mm時(shí)可能的完全調(diào)節(jié)范圍不需要，L < (R1+R4)。這允許更緊湊外部包裝尺寸。光纖具有3mm直徑不平護(hù)套。
[0036]圖7是線性可變芯軸的具體示例的一部分的放大圖，其中，光纖通向中心部分30中，在圖7的放大截面圖中圖示，其中，柱塞28升高以將光纖22彎曲期望量，以提供合適條件。圖8是線性可變芯軸實(shí)施例在外視圖中看起來如何的視圖，其中，中心可變芯軸部分的具體長(zhǎng)度是47mm,線性可變芯軸的直徑是7_。
[0037]圖9是應(yīng)用于OTDR系統(tǒng)的本公開構(gòu)思的框圖，其中，脈沖激光源32應(yīng)用于固定混模器+濾模器+長(zhǎng)光纖框34,其輸出提供給輸出連接器36。
[0038]對(duì)于不滿發(fā)射(例如，用于OTDR的激光)實(shí)現(xiàn)具體發(fā)射條件(例如，EF)的原理與前文針對(duì)LED所述的方法和設(shè)備類似，除了需要更多模式激勵(lì)之外。另一變化在于增加光纖長(zhǎng)度，通常大約100米，正常用作發(fā)射帶，從而可以表征測(cè)試網(wǎng)絡(luò)中的第一連接器。
[0039]對(duì)于各個(gè)不滿發(fā)射，例如，激光源，產(chǎn)生過滿發(fā)射需要的具有混模器的內(nèi)部階躍折射率光纖用于提供過滿發(fā)射，在濾模器之后，如圖9所示。然而，對(duì)于0TDR，任何類型的內(nèi)部設(shè)備修改將改變光學(xué)性能，從而需要外部模態(tài)調(diào)節(jié)器。因而，整個(gè)組件保持為外部裝置。[0040]在圖9的視圖中，外部模態(tài)調(diào)節(jié)器(ModCon) 34具有用固定連接器端接的兩個(gè)固定光纖電纜。在輸入處，使用階躍折射率光纖，而在輸出處，使用漸變折射率光纖，50/125 μ m或62.5/125μπι尺寸。在內(nèi)部，階躍折射率光纖用彈簧加載夾具附連，其使得光纖在一個(gè)點(diǎn)以獨(dú)特方式彎曲，從而實(shí)現(xiàn)一致分布的過滿發(fā)射。該方法減少插入損失且相對(duì)于先前方法改進(jìn)，例如以蛇形方式使用多個(gè)彎曲，或者在光纖壓力上應(yīng)用光纖。階躍折射率光纖然后熔接到長(zhǎng)長(zhǎng)度光纖上，例如100米，其目的是提供OTDR和測(cè)試的第一連接器之間的光學(xué)距離。剛好在100米長(zhǎng)度之前，濾模器去除較高階模式，且實(shí)現(xiàn)期望服從EF的發(fā)射。對(duì)于該情況下的濾模器，多環(huán)光纖用柱塞變形，從而形狀變?yōu)闄E圓形。100米光纖具有足夠大的直徑(例如，100mm)也是重要的，從而沒有啟動(dòng)其它濾模。
[0041]實(shí)現(xiàn)期望結(jié)果的優(yōu)選方式是排序光纖部段、混模器、光纖長(zhǎng)度和濾模器，從而濾模器不在輸出光纖上的堵頭連接處增加插入損失，通過將濾模器移動(dòng)到100米光纖長(zhǎng)度的左側(cè)來完成。當(dāng)需要“參考級(jí)端接”時(shí)，這是重要的，多個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)需要小于0.1dB的插入損失。這可以通過將濾模器移動(dòng)到混模器附近且然后添加長(zhǎng)長(zhǎng)度的光纖來完成。由于長(zhǎng)長(zhǎng)度的光纖的輸出對(duì)于EF監(jiān)測(cè)，同時(shí)調(diào)節(jié)濾模器，因而濾模器相應(yīng)地放置沒有差別。
[0042]參考圖10，固定混模器、可變芯軸和100米光纖實(shí)施例的截面圖，一端附連到激光源(或0TDR) 40的輸出的輸入階躍折射率光纖38穿過具有獨(dú)特彎曲形狀的固定混模器42，使得光纖相應(yīng)地成形。該獨(dú)特形狀被限定，使得損失最小化，同時(shí)最大化模態(tài)激勵(lì)。該一位置夾持技術(shù)產(chǎn)生與需要多個(gè)彎曲位置的其它更復(fù)雜方法等價(jià)的模態(tài)分布。固定混模器可以包括例如彈簧偏壓或固定夾具，促使光纖由小引腳變形。階躍折射率光纖然后在44處熔接到50/125 μ m或62.5/125 μ m漸變折射率光纖46，使用再涂層過程取代熔接套。在此之后是100米漸變折射率光纖長(zhǎng)度48，用作發(fā)射光纖，成環(huán)以最小化彎曲損失，且之前是用作濾模器50的可變形光纖環(huán)52，可變形光纖環(huán)52例如通過可調(diào)節(jié)柱塞54變形，柱塞54使得環(huán)52可變地變形，以提供期望發(fā)射條件。
[0043]圖11圖示了在通過調(diào)節(jié)柱塞微調(diào)之后可變形環(huán)52的示例性變形量。
[0044]圖12是OTDR ModCon實(shí)施例的示例的部分截面圖，其中，裝置封裝在外殼56中，外殼56具有輸入和輸出連接器58，60，以連接到測(cè)試設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)電纜。階躍折射率光纖62連接到重復(fù)地成環(huán)的100米光纖，以在外殼內(nèi)容納(例如)100米長(zhǎng)度。光纖環(huán)64與可調(diào)節(jié)柱塞66相接，以提供發(fā)射條件的調(diào)節(jié)，同時(shí)固定混模器68以彈簧70偏壓引腳72的形式提供，其與光纖相接。外殼56具有例如130mm的長(zhǎng)度尺寸。圖13是外殼56的端視圖，具有88mm示例性寬度和12mm高度。
[0045]因此，提供為光學(xué)光源提供受控發(fā)射條件的改進(jìn)方法和設(shè)備。
[0046]對(duì)于LED源，該方法和設(shè)備解決了尺寸、重量和使用困難問題，與顧客當(dāng)今使用的相比，通過減少尺寸和重量，且提供使用便利性。
[0047]對(duì)于激光源情況，例如0TDR，該方法和設(shè)備解決了將組合混模器、濾模器和光纖長(zhǎng)度的元件的改進(jìn)方法整合的問題。通過使得OTDR服從EF且相應(yīng)地控制發(fā)射條件，在永久性光纖鏈路或信道上進(jìn)行的衰減測(cè)量將與光源和功率表組合很好地相關(guān)聯(lián)。
[0048]雖然已經(jīng)示出并且描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但對(duì)本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員而言將顯而易見的是，在不背離本發(fā)明的情況下可以在其更廣的方面進(jìn)行許多改變和修改。所附權(quán)利要求因此旨在覆蓋落入本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有這樣的改變和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制發(fā)射條件的設(shè)備，以用于光纖光學(xué)測(cè)試，所述設(shè)備包括: 光纖彎曲設(shè)備，用于給光纖提供彎曲；和 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于允許調(diào)節(jié)由光纖彎曲設(shè)備提供的彎曲量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于控制發(fā)射條件的設(shè)備，還包括: 固定元件，用于將光纖彎曲設(shè)備固定到期望彎曲程度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述光纖彎曲設(shè)備包括壓靠光纖以給光纖提供彎曲的構(gòu)件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述構(gòu)件包括與光纖接合的彎曲表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述光纖和所述構(gòu)件在具有半徑Rl的彎曲表面的空間中提供，所述構(gòu)件彎曲表面具有半徑R2，其中，Rl >= R2+光纖直徑。
6.一種光纖光學(xué)模態(tài)調(diào)節(jié)器，包括: 階躍折射率光纖； 固定混模器； 可微調(diào)濾模器；和 發(fā)射光纖。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖光學(xué)模態(tài)調(diào)節(jié)器，其中，所述固定混模器包括: 偏壓構(gòu)件，與光纖相接以使得光纖變形。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖光學(xué)模態(tài)調(diào)節(jié)器，其中，所述可微調(diào)濾模器包括: 光纖環(huán)；和 可調(diào)節(jié)柱塞，適合于撞擊所述光纖環(huán)，以使得所述光纖環(huán)可調(diào)節(jié)地變形。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖光學(xué)模態(tài)調(diào)節(jié)器，其中，所述發(fā)射光纖包括100米光纖。
10.一種用于控制發(fā)射條件的方法，以用于光纖光學(xué)測(cè)試，所述方法包括: 提供光纖彎曲設(shè)備，用于給光纖提供彎曲；和 提供調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于允許調(diào)節(jié)由光纖彎曲設(shè)備提供的彎曲量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于控制發(fā)射條件的方法，還包括: 提供固定元件，用于將光纖彎曲設(shè)備固定到期望彎曲程度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述提供光纖彎曲設(shè)備包括提供壓靠光纖以給光纖提供彎曲的構(gòu)件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述構(gòu)件包括與光纖接合的彎曲表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述光纖和所述構(gòu)件在具有半徑Rl的彎曲表面的空間中提供，所述構(gòu)件彎曲表面具有半徑R2，其中，Rl >= R2+光纖直徑。
【文檔編號(hào)】G02B6/27GK103472537SQ201310202296
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月7日
【發(fā)明者】S·戈德斯坦, I·戴維森, M·戈德斯坦, J·D·謝爾 申請(qǐng)人:弗蘭克公司