CN100567930C - 光纤母材的芯部不圆度的测量方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种光纤母材的芯部不圆度的测量方法及其装置，是测定具有芯部及包层部的光纤母材的芯部不圆度的方法，其特征在于，使光纤母材浸渍于与该光纤母材的包层部的折射率大略相等的液体中，从该光纤母材的侧面照射平行光并测定透射光的强度分布，测定由通过芯部的光所产生的暗部的宽度以求芯径相对值，更使光纤母材旋转以求得周方向复数点的芯相对值，基于所得的复数芯径相对值以求得芯部不圆度。不受芯/包层的折射率差及投光器/受光器的间隔影响，能够经常正确并且容易的测定芯部不圆度。

Description

光纤母材的芯部不圆度的测量方法及其装置

技术领域

本发明是，关于光纤母材的芯(core)部不圆度的测定方法及其装置。

所指定的申请国为可并入参考文献者，可参照下述申请案所记载的内容，将其内容并入本案参考，做为本案记述的一部分。

日本专利特愿2004-84718申请日期2004年3月23日

日本专利特愿2005-10585申请日期2005年1月18日

背景技术

近年来，对于限制光通信的长距离化或高速化的主要因素，偏光膜式色散(Polarization Mode Dispersion.以下，称为PMD)的影响受到关注。PMD是指具有互相直交的偏光面(plane of polarization)的两模式通过在光纤中以仅相异的速度传播，其入射的脉冲(pulse)的宽度随着在光纤中传播而扩大的现象。

通常的单模式(single mode)光纤是具有芯部与在其外周比该芯部折射率低的包层(clad)部，所入射的光以大略封闭于芯部的方式前进。芯部为完全真圆的情形，此两模式虽然降级(degradation)而不能区别，但在芯部为非真圆，且在制作光纤或光电缆的阶段在芯部施加应变以破坏对称性时，在光纤中传播的两模式的速度产生差异而产生PMD。

当PMD的影响变大时，在光通信相异的信号光脉冲的一部分重叠，有时信号光脉冲的检测变为不可能。因此，特别在严加要求PMD特性的情形，严密管理光纤芯部的不圆度成为重要。

光纤的芯部的不圆度例如由近场影像(Near Field Image)法测定。但是，由于单模式光纤的芯部的直径充其量只有10μm程度为非常小，除了欠缺测定精度之外，也容易被光纤切断时的测定面的状态影响。因此，芯部的不圆度希望在光纤用预形体(preform)(以下，单称预形体)的阶段也进行测定。

预形体的不圆度例如是使用激光外径测定器，一面使预形体旋转一面从复数方向测定外径，通过将所得的外径资料的最大值与最小值的差以平均值相除，可求不圆度。其它，使用最小自乘法等计算椭圆公式，从长轴与短轴的长度，及此等平均值也可求不圆度。

但是，由于预形体的芯部的不圆度通常是由芯部与包层部的一部分以一体合成，不能以上述方法测定。

专利文献1如图1所示，提案使光纤母材2贯通充满与包层部的折射率大略相等的液体的容器I的方式水平配置，在光纤母材2的侧面从光源部3照射平行光，使透射的光在受光部4受光，基于所得的光强度分布以求芯部不圆度的方法。此方法是测定光强度分布的明部的宽度以求芯径相对值，从此求得芯部不圆度。

专利文献1：日本专利特开2003-42894号公报

可是，认识由芯聚光的明部以求得芯部不圆度的专利文献1的方法，为使容器1内的相配油(与芯部的折射率大略相等的液体)不从光纤母材2的插通部泄漏起见，在容器1的插通部以具有弹性的填料密封，尽管如此在光纤母材2的长度方向以复数点测定之际，使容器1相对移动时，相配油有泄漏的情形。

而且，专利文献1的方法如图2所示，依芯5/包层6的折射率差及投光器3/受光器4的间隔，表示由芯所聚光的明部的宽度a的境界成为不明显，明部的宽度的检测具有困难或不可能的情形。

又，以专利文献1的在权利要求2项及图3所说明的方法算出的值，是表示与基于椭圆形状的不圆度为相异者。原因是，在将椭圆旋转360度的情形，是将大径部及细径部各观测二次。在专利文献1的权利要求2及图3仅将大径部及细径部各观测一次。

发明内容

本发明是鉴于上述课题，以提供不依芯/包层的折射率差及投光器/受光器的间隔，能够经常正确并且容易的测定芯部不圆度的光纤母材的芯部不圆度的测定方法以及其装置为目的。

本发明的芯部不圆度的测定方法，是测定具芯部及包层部的光纤母材的芯部不圆度的方法，其特征在于，使光纤母材浸渍于与该光纤母材的包层部折射率大略相等的液体中，从该光纤母材的侧面照射平行光测定透射光的强度分布，测定由通过芯部的光在强度分布所产生的暗部的宽度以求芯径相对值，而且使光纤母材旋转求在周方向的复数点的芯径相对值，基于所得的复数芯径相对值以求芯部不圆度。

在本发明，由通过芯部的光所产生的暗部的宽度，以使用可调整检测阈值的平行投光型外径测定器(例如，KEYENCE厂制LS-7500)测定为宜。

芯部不圆度是通过从复数周方向Φ所测定的芯相对值Dc(Φ)的最大值与最小值的差除以芯相对值Dc(Φ)的平均值，或者使用将Dc(Φ)与Φ代入Dc(Φ)＝A+Bsin2Φ所得的A及B，计算2B/A以求得。前者是表示从测定值可考虑到的最大不圆度，后者是成为仅抽出椭圆成分的不圆度。

后者的计算可使用傅里叶(Fourier)分析或高速傅里叶分析。使用傅里叶分析或高速傅里叶分析的优点，是使完全去除低次成分(sinΦ的成分)和高次成分(sin3Φ、sin4Φ、sin5Φ...)的拟合(fitting)结果，能够仅以计算而容易求得。

芯部不圆度的测定，是使光纤母材垂直配置而进行，收容液体的容器的至少向光纤母材照射平行光及其透射光所通过的部分，是以与包层部折射率大略相等的材质，最好是以与包层部相同的材质构成。

收容液体的容器，至少在向光纤母材照射平行光及其透射光所通过部分具有相对的平行的外表面。而且，在该容器中央设圆筒状的孔，容器的相对的平行的外表面及圆筒状的孔的内表面经过镜面研磨为宜。

容器内的液体温度及设置芯部不圆度测定装置的环境温度调整于大略一定。

本发明的光纤母材的芯部不圆度的测定装置，是测定具有芯部及包层部的光纤母材的芯部不圆度的装置，其特征在于包括浸渍单元、照射单元、测定单元、求得芯径相对值的单元、及旋转单元。其中，浸渍单元是使光纤母材浸渍于与该光纤母材的包层部的折射率大略相等的液体中。照射单元是向浸渍于该液体中的光纤母材的侧面照射平行光。测定单元是测定透射光纤母材的透射光的强度分布。求得芯径相对值的单元是测定在该强度分布由通过芯部的光所产生的暗部的宽度。旋转单元是为在光纤母材的周方向复数点测定该芯径相对值起见加以旋转光纤母材，并基于复数芯径相对值以求芯部不圆度。

由本发明的芯部不圆度的测定装置，具有使光纤母材以垂直加以支持的单元，收容液体的容器的至少向光纤母材照射平行光及其透射光通过的部分是以与包层部折射率大略相同的材质，最好以相同材质构成。又，容器的至少照射光及透射光通过的部分是以具有相对的平行的外表面，最好在其中央设圆筒状的孔，此等外表面及圆筒状的孔的内表面是经过镜面研磨。

求得芯径相对值的单元可使用能调整检测阈值的平行光投光型外径测定器和预形体测定器(preform analyzer)(折射率分布测定器)。各单元的控制及运算处理是以控制运算装置进行。通过使本测定***组入于预形体测定器时，以同一装置可进行折射率分布与芯部不圆度的测定，效果较佳。

依照由本发明的光纤母材的芯部不圆度的测定方法及其装置时，可以正确并且容易的测定光纤母材的芯部不圆度。

附图说明

图1由习知技术的说明芯不圆度的测定方法的概略图。

图2由习知技术的说明光强度分布的概略图。

图3是表示在本发明所使用的芯不圆度的测定装置的概略图。

图4是说明在本发明所使用的芯不圆度的测定方法的光学测定部的概略图。

图5是说明由本发明的光强度分布的概略图。

图6是说明由本发明的光强度分布的概略图。

图7是说明由本发明的测定装置的光学***的其他例的概略图。

图8是对于由本发明的测定装置的光学***，说明其他例的概略图。

图9是表示从复数周方向Φ测定光强度分布的暗部，以求芯径相对值Dc(Φ)的例的曲线图。

1：内容              2：光纤母材

3：投光器            4：受光器

7：垂吊部            8：相配油

9：容器              10：油槽

11：光照射部         12：光检测部

13：激光(LED扩散光)  14：圆筒状的孔

15：预形体测定器用激光源

16：芯部不圆度测定用投光器

18：芯部不圆度测定用受光器

具体实施方式

以下，虽以发明的实施例加以说明本发明，以下的实施例并非加以限定关于本发明的申请专利范围，又在实施例之中所说明的特征的组合的全部并非限定为发明的解决所段所必须。

本发明的芯部不圆度的测定方法，是从光纤母材的侧面照射平行光，在光纤母材的复数周方向Φ测定光强度分布的暗部以求得芯径相对值Dc(Φ)，使芯径相对值的最大值与最小值的差除以芯径相对值的平均值，或者，使用将Dc(Φ)与Φ拟合(fitting)于Dc(Φ)＝A+Bsin2Φ所得的A及B，计算2B/A以求得芯部不圆度者，光强度分布能够使用可调整检测阈值的平行光投光型外径测定器进行测定。

光强度分布如图5所示，使平行光照射于光纤母材时，透射包层6的光是直进，透射折射率高的芯5的光是收敛。因此在受光面是在包层部与芯部的境界产生明部a与暗部b。

但是，芯/包层的折射率差大的情形，或受光器在更后方的情形，焦点位置在比受光面较前方，如图2所说明，有明部a的轮廓不明显，完全无法辨识的情形。

因此，虽在明部a的轮廓不明显的情形，使用图6所示的暗部b的宽度辨识芯部的相对径时，不管芯/包层的折射率差和受光器的位置，可良好的辨识。此时，通过调整受光部的检测阈值，对于种种芯外径、芯/包层比的预形体，此暗部b的位置也可确实检测并能正确的测定。

以下，对于本发明的芯部不圆度的测定方法及装置，虽更详细加以说明，本发明不限定于此等说明，可能有种种方式。

首先，如图3所示，将垂直装设在包括旋转上下移动机构的垂吊部7上的光纤母材2，浸渍于以具有充满相配油8的容器(cell)9的油槽(oiltank)10中，从光纤母材2的侧方由光照射部11照射平行光，使透射光的光强度通过光检测部12测定，以求光纤母材2的径方向的光强度分布。

如此，由于在上方开口的油槽10之中使光纤母材2以垂直浸渍，不会如同专利文献1般产生相配油8泄漏的情形。而且，由于光学测定部在油槽10的上端，通过使光纤母材2上下移动，可容易测定长度方向的种种位置。而且，在垂吊部7通过使光纤母材2旋转时，可测定周方向的在任何位置的光强度分布。

相配油8是调整为折射率与光纤母材2的包层部的折射率大略相同。

光学测定部如图4所示，可使用平行光投光型外径测定器，此处包括光照射部11、透明的容器9及光检测部12。其中，光照射部11是使平行光，例如激光或LED扩散光13照射于光纤母材2。透明的容器9是充满相配油8。光检测部12是检测透射光纤母材2的透射光。

尚且，光检测部12可调整透射光的检测阈值，藉此，可以清楚的辨识在光强度分布的芯外周部所产生的暗部，可正确测定芯径相对值。

为防止相配油8与容器材料间的由光折射的误差起见，容器9是以与包层部的折射率大略相等的材质，最好以与包层部相同材质构成者。而且，容器部9的外表面构成为光的入射面及出射面以互相平行，对入射光及出射光以成为垂直面，以防止在容器9的光的折射。

尚且，由于相配油8的折射率是由温度加以变化，通过使设置光学测定部的空气的温度及相配油8的温度调整于大略一定时，可更提升测定精度。

光纤维母材2设置于容器9的中央，收纳于充满相配油8的圆筒状的孔14之中，通过此种构成，可使光纤母材2的包层部与相配油8的由折射率差产生的误差变小。

将容器9的外表面及圆筒状的孔14的内表面加以镜面研磨时，可更提升测定精度。

使用上述构成的装置，在光纤母材的复数周方向Φ测定光强度分布的暗部以求芯径相对值Dc(Φ)的例表示于图9。图中，实线是依测定值者，虚线是以拟合(fitting)所得者。

芯部不圆度是使芯径相对值的最大值与最小值的差除以芯径相对值的平均值的情形计算为0.61％。如虚线所示，使用将Dc(Φ)与Φ拟合于Dc(Φ)＝A+BsinΦ所得的A及B，计算2B/A以求芯部不圆度的情形，是由A＝4.346，B＝0.0106计算为0.49％。

由于有低次及高次的sin成分存在，拟合于Dc(Φ)＝A+Bsin2Φ并计算的情形的芯部不圆度变小，可考虑低次的成分表示起因于测定装置的杂讯(noise)成分，高次的成分表示实际的芯形状。

尚且，也可在本发明的芯部不圆度测定装置，组装预形体测定器，以共用容器、上下移动机构、旋转机构等的构成。

例如，如图7所示，使预形体测定用激光源15及此受光器16所构成的光学***与，由芯不圆度测定用投光器17及此受光器18所构成的光学***配置成为直交，如图8所示，也可使此等光学***配置于上下。通过成为此种构成，可使工作的安排等的准备共同化，以提升测定效率。

以上，虽使本发明用实施例加以说明，本发明的技术范围并非限定于上述实施例所记载的范围。任何熟习此技艺者明了在上述实施例可加多种变更或改良。加上变更或改良的形态也得包含于本发明的技术范围乙节，可从申请专利范围的记述加以明了。

依据本发明时，可使供给于拉线的光纤母材在事前有效率并且正确的检查，在光纤母材的制造管理上为极有用。

Claims (23)

1.一种光纤母材的芯部不圆度的测定方法，是测定具有芯部及包层部的光纤母材的芯部不圆度的测定方法，其特征在于，使光纤母材浸渍于与上述光纤母材的包层部的折射率大略相同的液体中，从上述光纤母材的侧面照射平行光以测定透射光的强度分布，测定由通过上述芯部的光在上述强度分布所产生的暗部的宽度以求得芯径相对值，更使上述光纤母材旋转以在周方向的复数点求得上述芯径相对值，基于所得的上述些复数芯径相对值以求得芯部不圆度。

2.如权利要求1所述的光纤母材的芯部不圆度的测定方法，其特征在于通过上述芯部的光所产生的上述暗部的宽度，使用平行光投光型外径测定器加以测定。

3.如权利要求2所述的光纤母材的芯部不圆度的测定方法，其特征在于上述平行光投光型外径测定器可调整检测阈值。

4.如权利要求1至3中任何一项所述的光纤母材的芯部不圆度的测定方法，其特征在于通过使从复数周方向所测定的上述些芯径相对值的最大值与最小值的差除以上述芯径相对值的平均值，求得上述芯部不圆度。

5.如权利要求1至3中任何一项所述的光纤母材的芯部不圆度的测定方法，其特征在于使从复数周方向Φ测定的上述些芯径相对值Dc(Φ)，以

Dc(Φ)＝A+Bsin2Φ

进行拟合，使2B/A为上述芯部不圆度。

6.如权利要求5所述的光纤母材的芯部不圆度的测定方法，其特征在于上述拟合是使用傅里叶(Fourier)分析或高速傅里叶分析。

7.如权利要求1至3中任何一项所述的光纤母材的芯部不圆度的测定方法，其特征在于上述芯部不圆度的测定是将上述光纤母材配置于垂直以进行。

8.如权利要求1至3中任何一项所述的光纤母材的芯部不圆度的测定方法，其特征在于使收容上述液体的容器的至少向上述光纤母材照射平行光及其透射光通过的部分，以与上述包层部的折射率大略相同的材质构成。

9.如权利要求1至3中任何一项所述的光纤母材的芯部不圆度的测定方法，其特征在于使收容上述液体的容器的至少向上述光纤母材照射平行光及其透射光通过的部分，以与上述包层部相同材质构成。

10.如权利要求1至3中任何一项所述的光纤母材的芯部不圆度的测定方法，其特征在于当上述光纤母材垂直浸渍于上述液体时，收容上述液体的容器至少向上述光纤母材照射平行光及其透射光通过的部分具有相对平行的外表面，在上述容器的中央设圆筒状的孔。

11.如权利要求10所述的光纤母材的芯部不圆度的测定方法，其特征在于相对的平行的上述外表面及上述圆筒状孔的内表面是经过镜面研磨。

12.如权利要求1至3中任何一项所述的光纤母材的芯部不圆度的测定方法，其特征在于上述容器的上述液体调节于一定的温度。

13.如权利要求1至3中任何一项所述的光纤母材的芯部不圆度的测定方法，其特征在于设置上述芯部不圆度的测定装置的空气的温度调节为大略一定。

14.一种光纤母材的芯部不圆度的测定装置，是测定具有芯部及包层部的光纤母材的芯部不圆度的装置，其特征在于包括：

浸渍单元，是使光纤母材浸渍于与上述光纤母材的包层部的折射率大略相等的液体中；

照射单元，向浸渍于上述液体中的上述光纤母材的侧面照射平行光；

测定单元，测定透射上述光纤母材的透射光的强度分布；

求得芯径相对值单元，是测定在上述强度分布由通过上述芯的光所产生的暗部的宽度以求得芯径相对值；以及

旋转单元，使上述光纤母材旋转，用以在上述光纤母材的周方向复数点测定上述芯径相对值；以及

基于上述复数芯径相对值以求得芯部不圆度。

15.如权利要求14所述的光纤母材的芯部不圆度的测定装置，其特征在于上述求芯径相对值单元是平行光投光型外径测定器。

16.如权利要求15所述的光纤母材的芯部不圆度的测定装置，其特征在于上述平行光投光型外径测定器可调整检测阈值。

17.如权利要求14至16中任何一项所述的光纤母材的芯部不圆度的测定装置，其特征在于具有使上述光纤母材支持于垂直的单元。

18.如权利要求14至16中任何一项所述的光纤母材的芯部不圆度的测定装置，其特征在于使收容上述液体的容器的至少向上述光纤母材照射上述平行光及其透射光通过的部分，以与上述包层部的折射率大略相等的材质构成。

19.如权利要求14至16中任何一项所述的光纤母材的芯部不圆度的测定装置，其特征在于使收容上述液体的容器的至少向上述光纤母材照射上述平行光及其透射光通过的部分，以与上述包层部相同材质构成。

20.如权利要求14至16中任何一项所述的光纤母材的芯部不圆度的测定装置，其特征在于当上述光纤母材垂直浸渍于上述液体时，收容上述液体的上述容器至少在向上述光纤母材照射上述平行光及透射光通过部份具有相对平行的外表面，在上述容器的中央设圆筒状的孔。

21.如权利要求20所述的光纤母材的芯部不圆度的测定装置，其特征在于相对平行的上述外表面及上述圆筒状孔的内表面是经过镜面研磨。

22.如权利要求14至16项中任何一项所述的光纤母材的芯部不圆度的测定装置，其特征在于包括预形体测定器。

23.如权利要求14至16项中任何一项所述的光纤母材的芯部不圆度的测定装置，其特征在于包括：

控制运算装置，进行各单元的控制及运算处理。

Images