CN109211527B - 光纤输出光束轮廓测量方法和光纤输出光束轮廓测量装置 - Google Patents

光纤输出光束轮廓测量方法和光纤输出光束轮廓测量装置 Download PDF

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Abstract

本文提供了一种用于测量从随机耦合的多芯光纤输出的光束的轮廓的方法及装置。该装置包括光源、测量单元和分析单元。将从光源输出的光在光纤的输入端输入到光纤的多个空间模式中的一个或多个空间模式中。测量单元通过对在光纤的输出端从多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的多个空间模式之间的干涉分量求平均，来测量从多个空间模式中的相应空间模式输出的各个光分量的强度分布的总和。分析单元根据由测量单元获得的各个光分量的强度分布的总和来计算光纤的MFD和/或Aeff。

Description

光纤输出光束轮廓测量方法和光纤输出光束轮廓测量装置
技术领域
本发明涉及用于一种测量从具有随机耦合的多个空间模式的多芯光纤输出的光束轮廓的方法及装置。
背景技术
作为具有多个空间模式(多个芯部和/或多个导模)的光纤的空分多路复用光纤的优点在于，可以增大所传输的信息的空间密度，并因此作为实现有效使用具有有限面积的传输路径(例如地下管道和海底线缆)的技术是有吸引力的。
具体而言，导模在多个芯部中相互耦合的耦合多芯光纤(C-MCF)包括布置为彼此之间的距离较小的芯部，并因此对增大所传输的信息的空间密度而言是有效的。因此，当与对通过耦合芯部传输的多个导模的信号之间进行区分的多输入多输出(MIMO)信号处理技术结合使用时，C-MCF能够实现高密度、高容量的信号传输。
随机耦合的多芯光纤(RC-MCF)是C-MCF的一个实例，在这种光纤中，适当地设定芯部之间的耦合强度，使得由于光纤的弯曲和扭曲而发生随机模式耦合。因此，模式之间的差模延迟(DMD)的累积速率可以减小到光纤长度的平方根。因此，可以通过使用RC-MCF来减少MIMO信号处理中的计算的量和成本。Tetsuya Hayashi等人的“Coupled-Core Multi-CoreFibers:High-Spatial-Density Optical Transmission Fibers with Low DiFFerentialModal Properties(耦合芯部的多芯光纤：具有低差分模式特性的高空间密度光学传输光纤)，ECOC 2015，We.1.4.1(2015)，Taiji Sakamoto等人的“Fiber Twisting-and Bending-Induced Adiabatic/Nonadiabatic Super-Mode Transition in Coupled MulticoreFiber(耦合多芯光纤中的光纤扭曲和弯曲诱导的绝热/非绝热超模跃迁)”J.of LIGHTWAVETECHNOLOGY，Vol.35,No.4,pp.1228-1237(2016)以及Tetsuya Hayashi等人的“Record-LowSpatial Mode Dispersion and Ultra-Low Loss Coupled Multi-Core Fiber forUltra-Long-Haul Transmission(用于超长距离传输的记录低空间模式色散和超低损耗耦合多芯光纤)”J.OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,Vol.35,No.3,pp.450-457(2017)描述了RC-MCF的实例。典型的RC-MCF具有1[1/m]或更大的芯间模式耦合系数或10[1/km]或更大的芯间功率耦合系数。
与目前广泛使用的单芯光纤相比，RC-MCF更重要，这不仅是因为芯部具有更高的空间密度，而且还因为：光因模式耦合而在芯部之间分散，从而导致光的非线性降低。因为非线性降低，所以当传播高强度光时，RC-MCF会因非线性干扰而产生更少的光学噪声。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量从RC-MCF输出的光束的轮廓的方法及装置。
根据本发明的测量从作为RC-MCF的光纤输出的光束的轮廓的方法包括测量步骤和分析步骤。在测量步骤中，将从光源输出的光在所述光纤的输入端输入到所述光纤的多个空间模式中的一个或多个空间模式中，并且通过对在所述光纤的输出端从所述多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的多个空间模式之间的干涉分量求平均，来测量从所述多个空间模式中的相应的一个空间模式输出的各个光分量的强度分布的总和。在分析步骤中，根据所述强度分布的总和来计算所述光纤的输出光束评估指标。
在一个实施例，所述测量步骤包括测量近场图案(NFP)作为所述强度分布的总和，并且所述分析步骤可以包括：根据测量出的NFP以及所述测量出的NFP是从各个超模输出的光束的平均NFP的假设来计算所有超模的平均光束评估指标。在另一个实施例，所述测量步骤可以包括测量NFP作为所述强度分布的总和，并且所述分析步骤可以包括：根据测量出的NFP以及所述测量出的NFP是彼此分开的区域中所包括的每个芯部的NFP的假设来计算每个芯部的光束评估指标，所述区域彼此分开使得每个区域包括一个所述芯部。在另一个实施例，所述测量步骤包括测量远场图案(FFP)作为所述强度分布的总和，并且所述分析步骤可以包括根据测量出的FFP以及所述测量出的FFP是从各个芯部输出的光束的平均FFP的假设来计算所有芯部的平均光束评估指标。
在根据本发明的方法的另一个方面中，所述测量步骤可以包括：确定所述光束轮廓的波长平均值，以对从所述多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的多个空间模式之间的干涉分量求平均。
在该方面中，所述测量步骤可以包括：在调整所述光源的线宽Δf或所述光纤的长度或弯曲半径使得所述光纤的模式色散τ与线宽Δf的乘积τ·Δf为9或更大的同时，确定所述光束轮廓的波长平均值，以对从所述多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的多个空间模式之间的干涉分量求平均。
在根据本发明的方法的另一个方面中，所述测量步骤可以包括：将来自所述光源的互不相关的光分量在所述光纤的输入端分别输入到所有多个空间模式中，并且对从所述多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的多个空间模式之间的干涉分量求平均。
在该方面中，所述测量步骤可以包括：从彼此独立工作的多个发光元件独立地输出互不相关的光分量。
作为选择，所述测量步骤可以包括：将从单个发光元件输出且具有线宽Δf的光分成要输入到所述光纤的相应空间模式中的光分量，并且应用彼此相差1.1/Δf或更大的延迟。
作为选择，所述测量步骤可以包括：将从单个发光元件输出的光分成要输入到所述光纤的相应空间模式中的光分量，并且暂时改变所述光分量的偏振。
一种测量从光纤输出的光束的轮廓的装置，该光纤是根据本发明的RC-MCF，该装置包括光源、测量单元和分析单元。所述光源输出光，使得将光在光纤的输入端输入到光纤的多个空间模式中的一个或多个空间模式中。所述测量单元通过对在所述光纤的输出端从所述多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的多个空间模式之间的干涉分量求平均，来测量从多个空间模式中的相应空间模式输出的各个光分量的强度分布的总和。分析单元根据所述强度分布的总和来计算所述光纤的输出光束评估指标。
在一个实施例中，所述测量单元可以测量NFP作为所述强度分布的总和，并且所述分析单元可以根据所述NFP以及测量出的NFP是从各个超模输出的光束的平均NFP的假设来计算所有超模的平均光束评估指标。在另一个实施例中，所述测量单元可以测量NFP作为所述强度分布的总和，并且所述分析单元可以根据所述NFP以及测量出的NFP是彼此分开的区域中所包括的每个芯部的NFP的假设来计算每个芯部的光束评估指标，所述区域彼此分开使得每个区域包括一个所述芯部。在另一个实施例中，所述测量单元可以测量FFP作为所述强度分布的总和，并且所述分析单元可以根据测量出的FFP以及所述测量出的FFP是从各个芯部输出的光束的平均FFP的假设来计算所有芯部的平均光束评估指标。
在根据本发明的装置的另一个方面中，所述测量单元可以确定所述光束轮廓的波长平均值，以对从所述多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的多个空间模式之间的干涉分量求平均。
在该方面中，所述测量单元可以在调整所述光源的线宽Δf或所述光纤的长度或弯曲半径使得所述光纤的模式色散τ与线宽Δf的乘积τ·Δf为9或更大的同时，确定光束轮廓的波长平均值，以对从所述多个空间模式输出的组合光的光束轮廓中的多个空间模式之间的干涉分量求平均。
在根据本发明的装置的另一个方面中，所述测量可以对从所述多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的多个空间模式之间的干涉分量求平均，在所述光纤的输入端处所有多个空间模式分别接收来自所述光源的互不相关的光分量。
在该方面中，所述光源可以包括多个发光元件，所述多个发光元件彼此独立地工作并输出互不相关的光分量。
作为选择，所述光源可以构造为将从单个发光元件输出且具有线宽Δf的光分成要输入到被测量的光纤的相应空间模式中的光分量，并且应用彼此相差1.1/Δf或更大的延迟。
作为选择，所述光源可以构造为将从单个发光元件输出的光分成要输入到被测量的光纤的相应空间模式中的光分量，并且将所述光分量的偏振暂时改变成不同的图案。
根据本发明，可以测量从RC-MCF输出的光束的轮廓。另外，可以根据测量结果来确定RC-MCF的每个芯部的模场直径(MFD)和有效面积(Aeff)。
附图说明
图1是示出了FFP测量***的概念图。
图2是示出了NFP测量***的概念图。
图3示出了RC-MCF的NFP的电场分布的实例。
图4示出了RC-MCF的NFP的强度分布的实例。
图5示出了以0.5秒为间隔测量的RC-MCF的NFP的强度分布，示出了随时间变化的一个实例。
图6是根据实施例的光纤输出光束轮廓测量方法的流程图。
图7是示出了根据实施例的光纤输出光束轮廓测量装置的结构的实例的概念图。
图8示出了在测量对象光纤是4芯部的RC-MCF的情况下所有超模的光强度的平均NFP的实例。
图9是示出了光强度变化范围与平均光强度的比率和τ·Δf之间的关系的曲线图。
图10是示出了光强度变化范围与平均光强度的比率和τ·Δf之间的关系的曲线图。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明的实施例进行详细描述。在参考附图的描述中，相同的元件由相同的附图标记表示，并因此省略冗余的描述。
本发明不限于下述实例。本发明由权利要求的范围限定，并且旨在包括权利要求范围的等同内容和落入范围内的所有修改。
通常来说，评估光纤的性能是重要的。光纤的性能由如下确定：例如在光纤被安装在实际传输***中时能实现的传输容量以及在光纤被熔接至另一光纤时预期的熔接损耗。当评估光纤的性能时，测量从光纤的空间模式输出的光束的轮廓(电场分布或强度分布)并且量化测量出的轮廓作为性能指标通常也是重要的。
对于单模光纤(SMF)，模场直径(MFD)和有效面积(Aeff)是重要的性能指标。MFD是与光纤被熔接在一起时引起的熔接损耗相关的指标。随着MFD增大且随着光纤之间的MFD之差减小，熔接损耗减小。Aeff是与非线性度相关的指标。非线性噪声的功率与Aeff的平方成反比。换句话说，非线性噪声随着Aeff的增大而降低。
在通过单模光纤进行传输期间发生的非线性噪声也受到信号光的强度、信号光的带宽、光纤的传输损耗和光纤的色散的影响。然而，Aeff是量化光纤在非线性度方面的性能的非常重要的指标。Rob Billington的“Effective Area of Optical Fibres-Definitionand Measurement Techniques(光纤的有效面积——定义和测量技术)”，国家物理实验室和国际电信联盟电信标准化部门的G.650.1建议书(ITU-T)中“Definitions and testmethods for linear,deterministic attributes of single-mode fibre and cable(单模光纤和线缆的线性、确定性属性的定义和测试方法)”(2010)描述了SMF的MFD和Aeff的定义和测量方法。
现在将描述用于测量SMF的MFD和Aeff的常用技术。通常，测量从SMF输出的光束的FFP，并且基于FFP计算MFD。FFP是以光纤的输出端为中心且具有足够大半径(FFP测量距离)的半球(远场(FF))上的电场幅值分布或强度分布。理论上，FFP测量距离需要是无限的。然而，根据ITU-T G.651.1，当MFD为2w时，光接收器的直径为b，并且波长为λ，使得如果FFP测量距离大于或等于40wb/λ，则在光纤的实际测量中可以确保足够的测量精度。
图1是示出了FFP测量***的概念图。光源10光学耦合至测量对象光纤2的输入端。xy直角坐标系由位于光纤2的输出端的中心处的原点定义。坐标(x，y)是沿着光纤2的输出端处的端面的局部直角坐标。坐标(r，θ)是对应于坐标(x，y)的极坐标。这里，φx是朝向对应于x轴的FFP的发散角，而φy是朝向对应于y轴的FFP的发散角。
假设SMF的空间模式中的电场分布是圆对称的，则可以从式(1)计算出MFD。
Figure BDA0001722028100000071
Fφ(φ)是在φ的辐射角(极角)处的电场幅值的FFP。Fφ(φ)可以被认为是对于φ在任意θ，一维上FFP的测量结果。
当E是光纤的模式中的电场幅值分布时，Aeff如式(2)中定义。
Figure BDA0001722028100000072
具体而言，当模式中的电场幅值分布是圆对称时，Aeff可以表示为式(3)。
Figure BDA0001722028100000073
因此，可以根据光纤模式中的强度分布|E|2来计算Aeff。
该模式中的电场分布E可以被认为等于从光纤输出的光束的NFP的强度分布。因此，可以根据NFP的强度分布计算Aeff。NFP是光纤的输出端表面(近场(NF))上的电场分布或强度分布。
图2是示出了NFP测量***的概念图。光纤的NFP尺寸非常小，因此难以以高精度直接测量NFP。因此，例如通过使用包括透镜21和22的放大光学***，借助于照相机观察NFP。然而，由于光学***的衍射极限和相机的关于动态范围和线性的问题，因此不能充分精确地测量NFP。
因此，在SMF的实际测量中，首先精确地测量FFP，然后根据FFP确定NFP。然后，使用NFP计算Aeff。可以利用弗劳恩霍夫(Fraunhofer)衍射解释从NFP到FFP的电场幅值的变化。因此，假设模式中的电场分布是圆对称的，可以通过使用如式(4)中的0阶汉克尔(Hankel)变换将表示电场幅值的NFP的r的函数Er(r)和表示电场幅值的FFP的φ的函数Fφ(φ)转换为彼此。
Figure BDA0001722028100000081
SMF具有单一空间模式，并且空间模式中的电场分布是圆对称的。因此，可以通过上述方法容易且精确地测量和评估SMF的MFD和Aeff。
相反，RC-MCF具有多个空间模式。另外，当光传播通过RC-MCF时，在空间模式之间发生随机光学耦合。因此，不能通过类似于SMF的方法评估RC-MCF的MFD和Aeff。
MFD和Aeff是用于量化光纤的各个模式中的电场幅值分布的性能指标。因此，为了评估RC-MCF的MFD和Aeff，需要在使光以要评估的仅一个模式输出的同时测量NFP和FFP。然而，在空间模式之间发生随机光学耦合，并且耦合发生的方式随着时间而变化。
例如，在RC-MCF中耦合的四个芯部的空间模式用作所谓的超模。超模分布在所有芯部上。图3显示了RC-MCF的NFP的电场分布的实例。图4示出了RC-MCF的NFP的强度分布的实例。本文使用的RC-MCF包括以正方形图案布置的四个芯部，使得芯部之间的中心间距离为20μm。每个单独芯部的MFD约为10μm。空间模式之间NFP的强度分布的差异极其小。
需要在以仅一个空间模式输出光的同时，测量从RC-MCF输出的光束的轮廓。然而，从具有相似设计的实际的RC-MCF输出的光的NFP强度随时间而变化。图5示出了以0.5秒为间隔测量的RC-MCF的NFP的强度分布，示出了随时间变化的一个实例。芯部不输出如图4所示的具有相同强度的光分量。这表示以随机混合的方式输出多种模式的光分量。
根据下面描述的本实施例的光纤输出光束轮廓测量方法和光纤输出光束轮廓测量装置能够测量从RC-MCF输出的光束的轮廓。可以根据测量结果确定RC-MCF的每个芯部的MFD和Aeff。
当激发RC-MCF的所有模式时，NFP的强度INFP可以被表示为式(5)。
Figure BDA0001722028100000091
En是模式n中NF的电场的复幅值的分布，En *是En的复共轭。Re[x]是复数x的实部。INFP,n表示模式n中NF的电场强度的分布。
类似的是，当激发RC-MCF的所有模式时，FFP的强度IFFP可以被表示为式(6)。
Figure BDA0001722028100000092
Fn是模式n中FF的电场复幅值的分布，Fn*是Fn的复共轭。IFFP,n表示模式n中FF的电场强度的分布。
例如，RC-MCF的模式之间的相位关系的随机变化导致由模式间干涉(干涉分量)引起的光强度的变化分量的随机变化，这由用于NF的式(5)和用于FF的式(6)的每一者的最后一行的右侧的第二项表示。结果，不能进行可靠的测量。
因此，通过对干扰分量进行充分平均使得干扰分量接近0，可以将式(5)重写为式(7)。
Figure BDA0001722028100000093
类似地，可以将式(6)重写为式(8)。
Figure BDA0001722028100000094
因此，可以可靠地测量INFP和IFFP。
为了实现这样的测量，根据本实施例的光纤输出光束轮廓测量方法和光纤输出光束轮廓测量装置以如下所述方式构造。图6是根据本实施例的光纤输出光束轮廓测量方法的流程图。图7是示出了根据本实施例的光纤输出光束轮廓测量装置1的结构的实例的概念图。
光纤输出光束轮廓测量装置1包括光源10、测量单元20和分析单元30。光纤2是RC-MCF。输入光纤3设置为将光源10光学地耦合至光纤2，并且可以为SMF。输入光纤3的第一端光学连接至光源10，并且输入光纤3的第二端在连接点4光学连接至光纤2的输入端。测量单元20接收从光纤2的输出端输出的光5。
在测量步骤S11中，使光源10输出测量光。将从光源10输出的光引导通过输入光纤3，并呈光纤2的一个或多个空间模式输入至作为RC-MCF的光纤2的输入端中。根据输入光纤3与光纤2之间在连接点4处的光学耦合状态来设定被输入了光的光纤2的一个或多个空间模式。光源10可以包括任何类型的发光元件，例如发光二极管或激光二极管。
在测量步骤S11中，测量单元20通过对在光纤2的输出端处从多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的空间模式之间的干涉分量求平均，来测量从相应空间模式输出的各个光分量的强度分布的总和。测量单元20可以包括任何类型的光接收元件(例如光电二极管)和某透镜***。
在分析步骤S12中，分析单元30根据由测量单元20获得的光强度分布的总和的测量结果来计算光纤2的输出光束评估指标(MFD，Aeff)。分析单元30可以包括例如中央处理单元(CPU)等计算元件以及例如存储器等存储元件。
在根据本实施例的光纤输出光束轮廓测量装置1和使用该装置的光纤输出光束轮廓测量方法中，测量单元20和分析单元30可以在下述的三种测量模式下工作。可以组合地应用三种测量模式中的两种或更多种测量模式。
在第一测量模式中，测量单元20测量NFP作为从光纤2的相应空间模式输出的各个光分量的强度分布的总和。然后，分析单元30通过假设测量出的NFP是从各个超模输出的光束的平均NFP，来计算所有超模的平均光束评估指标。
在第二测量模式中，测量单元20测量NFP作为从光纤2的相应空间模式输出的各个光分量的强度分布的总和。然后，分析单元30通过假设测量出的NFP是彼此分开的区域(使得每个区域包括一个芯部)中所包括的每个芯部的NFP，来计算每个芯部的光束评估指标。
在第三测量模式中，测量单元20测量FFP作为从光纤2的相应空间模式输出的各个光分量的强度分布的总和。然后，分析单元30通过假设测量出的FFP是从各个芯部输出的光束的平均FFP，来计算所有芯部的平均光束评估指标。
当光纤2是4芯部的RC-MCF时，所有超模的光强度的平均NFP如图8所示。当围绕光纤2的输出端的中心限定四个象限时，每个象限均具有峰值光强度。因此，在上述第一至第三测量模式中的每一测量模式中，分析单元30可以进行以下过程。
在第一测量模式中，可以通过使用四个象限的整个区域的强度分布来根据式(2)计算“Aeff”。该值不是超模在物理意义上的平均Aeff，而是根据超模的平均NFP计算的“Aeff”。然而，“Aeff”作为评估指标是足够可靠的。可以通过将计算出的“Aeff”除以芯部模式的数量来计算与每个芯部模式的Aeff对应的值。
在第二测量模式中，可以通过针对四个象限的每个区域根据式(2)计算Aeff来计算每个芯部的Aeff。另外，也可以通过使用极坐标系根据式(3)计算每个芯部的Aeff，极坐标系的原点在例如每个象限中的峰值强度点或几何中心。将芯部的峰值强度点或几何中心连接起来的线段的垂直平分线可以用作使芯部的区域彼此分开的边界线。
在第三测量模式中，从式(8)可以清楚地看出，测量出的强度的FFP是各个模式的强度的FFP的总和。在每个模式被认为是每个芯部的模式的情况下，如果FFP测量距离足够大，则测量出的强度的FFP可以简单地被认为是各个芯部的强度的FFP的总和。与强度峰值出现在不同位置的NFP不同的是，当光纤2的输出端表面垂直于芯部的中心轴线时，各芯部的FFP具有在辐射角θ为0度的位置处重叠的峰值。因此，可以简单地通过测量强度的FFP来获得芯部强度的平均FFP。测量出的FFP是芯部的平均FFP，并且当然是圆对称的。因此，可以根据式(1)计算每个芯部的MFD。另外，在通过使用式(4)将FFP转换成NFP之后，可以根据式(3)计算每个芯部的Aeff。
在第一至第三测量模式中的任一模式中，测量单元20通过对在光纤2的输出端处从多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的空间模式之间的干涉分量求平均，来测量从相应空间模式输出的各个光分量的强度分布的总和。如下所述，可以对空间模式之间的干扰分量求平均。
可以通过确定光束轮廓的波长平均值来对从多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的空间模式之间的干涉分量求平均。例如，光源10可以通过如下方式随时间改变波长：使用具有可变输出光波长的发光元件或使具有不同输出光波长的多个发光元件连续发光。在该情况下，分析单元30可以根据针对各个波长由测量单元20测量出的光束轮廓来确定波长平均值。作为选择，光源10可以包括输出宽波段光的发光元件(例如，超发光二极管(SLD))。在该情况下，分析单元30可以确定由测量单元20测量出的光束轮廓的时间平均值。
作为选择，也可以通过将来自光源10的互不相关的光分量在光纤2的输入端分别输入到所有空间模式中，来对从多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的空间模式之间的干涉分量求平均。在该情况下，光源10可以利用从彼此独立工作的多个发光元件分别输出的光分量，以将互不相关的光分量在光纤2的输入端分别输入到所有空间模式中。作为选择，光源10可以将从单个发光元件输出的光分成要输入到相应空间模式中的光分量，并且将要输入到相应空间模式中的光分量的偏振暂时改变成不同图案，从而将互不相关的光分量在光纤2的输入端输入到所有空间模式中。
可以根据光强度变化范围与平均光强度(变化范围/平均值)的比率(VAR)来评估在光纤2的输出端处从多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的空间模式之间的干涉分量求平均的程度。当光纤2的模式色散是τ且光源10的线宽是Δf时，VAR取决于τ和Δf的乘积。
图9是示出了当通过确定光束轮廓的波长平均值来对空间模式之间的干涉分量求平均时VAR和τ·Δf之间的关系的曲线图。当τ·Δf为9或更大时，VAR为0.05或更小。当τ·Δf为22.5或更大时，VAR为0.02或更小。当τ·Δf为45或更大时，VAR为0.01或更小。当τ·Δf为90或更大时，VAR为0.005或更小。当τ·Δf为225或更大时，VAR为0.002或更小。当τ·Δf为450或更大时，VAR为0.001或更小。
因此，通过调整光源10的线宽或光纤2的长度或弯曲半径，优选地在τ·Δf为9或更大时进行测量。更优选的是，在τ·Δf是22.5或更大时进行测量。更优选的是，在τ·Δf是45或更大时进行测量。更优选的是，在τ·Δf是90或更大时进行测量。更优选的是，在τ·Δf是225或更大时进行测量。最优选的是，在τ·Δf是450或更大时进行测量。
当通过将来自光源10的互不相关的光分量在光纤2的输入端分别输入到所有空间模式中来对从在多个空间模式中输出的组合光的光束轮廓的空间模式之间的干涉分量求平均时，优选的是，光源10将从单个发光元件输出的光分成要输入到相应空间模式中的光分量，并且对要分别输入到所有空间模式中的光分量应用彼此相差τ或更大的延迟。
图10是示出了在该情况中VAR与τ·Δf之间的关系的曲线图。当τ为1.10/Δf或更大时，VAR为0.05或更小。当τ为1.26/Δf或更大时，VAR为0.02或更小。当τ为1.37/Δf或更大时，VAR为0.01或更小。当τ为1.47/Δf或更大时，VAR为0.005或更小。当τ为1.59/Δf或更大时，VAR为0.002或更小。当τ为1.67/Δf或更大时，VAR为0.001或更小。
因此，τ优选地为1.10/Δf或更大。更优选的是，τ为1.26/Δf或更大。更优选的是，τ为1.37/Δf或更大。更优选的是，τ为1.47/Δf或更大。更优选的是，τ为1.59/Δf或更大。最优选的是，τ为1.67/Δf或更大。

Claims (20)

1.一种测量从具有随机耦合的多个空间模式的光纤输出的光束的轮廓的方法，所述方法包括：
测量步骤，将从光源输出的光在所述光纤的输入端输入到所述光纤的所述多个空间模式中的一个或多个空间模式中，并且通过对在所述光纤的输出端从所述多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的多个空间模式之间的干涉分量求平均，来测量近场图案或远场图案作为从所述多个空间模式中的相应的一个空间模式输出的各个光分量的强度分布的总和；以及
分析步骤，根据所述强度分布的总和来计算所述光纤的输出光束评估指标。
2.根据权利要求1所述的方法，其中
所述测量步骤包括：测量近场图案作为所述强度分布的总和，并且
所述分析步骤包括：根据测量出的近场图案以及所述测量出的近场图案是从各个超模输出的光束的平均近场图案的假设来计算所有超模的平均光束评估指标。
3.根据权利要求1所述的方法，其中
所述测量步骤包括：测量近场图案作为所述强度分布的总和，并且
所述分析步骤包括：根据测量出的近场图案以及所述测量出的近场图案是彼此分开的区域中所包括的每个芯部的近场图案的假设来计算每个芯部的光束评估指标，所述区域彼此分开使得每个区域包括一个所述芯部。
4.根据权利要求1所述的方法，其中
所述测量步骤包括：测量远场图案作为所述强度分布的总和，并且
所述分析步骤包括：根据测量出的远场图案以及所述测量出的远场图案是从各个芯部输出的光束的平均远场图案的假设来计算所有芯部的平均光束评估指标。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中
所述测量步骤包括：确定所述光束轮廓的波长平均值，以对从所述多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的多个空间模式之间的干涉分量求平均。
6.根据权利要求5所述的方法，其中
所述测量步骤包括：在调整所述光源的线宽Δf或所述光纤的长度或弯曲半径使得所述光纤的模式色散τ与线宽Δf的乘积τ·Δf为9或更大的同时，确定所述光束轮廓的波长平均值，以对从所述多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的多个空间模式之间的干涉分量求平均。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中
所述测量步骤包括：将来自所述光源的互不相关的光分量在所述光纤的输入端分别输入到所有多个空间模式中，并且对从所述多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的多个空间模式之间的干涉分量求平均。
8.根据权利要求7所述的方法，其中
所述测量步骤包括：从彼此独立工作的多个发光元件独立地输出互不相关的光分量。
9.根据权利要求7所述的方法，其中
所述测量步骤包括：将从单个发光元件输出且具有线宽Δf的光分成要输入到所述光纤的相应空间模式中的光分量，并且应用彼此相差1.1/Δf或更大的延迟。
10.根据权利要求7所述的方法，其中
所述测量步骤包括：将从单个发光元件输出的光分成要输入到所述光纤的相应空间模式中的光分量，并且将所述光分量的偏振暂时改变成不同的图案。
11.一种测量从具有随机耦合的多个空间模式的光纤输出的光束的轮廓的装置，所述装置包括：
光源，其输出光，使得将光在所述光纤的输入端输入到所述光纤的多个空间模式中的一个或多个空间模式中；
测量单元，其通过对在所述光纤的输出端从所述多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的多个空间模式之间的干涉分量求平均，来测量近场图案或远场图案作为从所述多个空间模式中的相应空间模式输出的各个光分量的强度分布的总和；以及
分析单元，其根据所述强度分布的总和来计算所述光纤的输出光束评估指标。
12.根据权利要求11所述的装置，其中
所述测量单元测量近场图案作为所述强度分布的总和，并且
所述分析单元根据所述近场图案以及测量出的近场图案是从各个超模输出的光束的平均近场图案的假设来计算所有超模的平均光束评估指标。
13.根据权利要求11所述的装置，其中
所述测量单元测量近场图案作为所述强度分布的总和，并且
所述分析单元根据所述近场图案以及测量出的近场图案是彼此分开的区域中所包括的每个芯部的近场图案的假设，来计算每个芯部的光束评估指标，所述区域彼此分开使得每个区域包括一个所述芯部。
14.根据权利要求11所述的装置，其中
所述测量单元测量远场图案作为所述强度分布的总和，并且
所述分析单元根据测量出的远场图案以及所述测量出的远场图案是从各个芯部输出的光束的平均远场图案的假设，来计算所有芯部的平均光束评估指标。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的装置，其中
所述测量单元确定所述光束轮廓的波长平均值，以对从所述多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的多个空间模式之间的干涉分量求平均。
16.根据权利要求15所述的装置，其中
所述测量单元在调整所述光源的线宽Δf或所述光纤的长度或弯曲半径使得所述光纤的模式色散τ与线宽Δf的乘积τ·Δf为9或更大的同时确定所述光束轮廓的波长平均值，以对从所述多个空间模式输出的组合光的光束轮廓中的多个空间模式之间的干涉分量求平均。
17.根据权利要求11至14中任一项所述的装置，其中
所述测量单元对从所述多个空间模式输出的组合光的光束轮廓的多个空间模式之间的干涉分量求平均，在所述光纤的输入端处所有多个空间模式分别接收来自所述光源的互不相关的光分量。
18.根据权利要求17所述的装置，其中
所述光源包括多个发光元件，所述多个发光元件彼此独立地工作并输出互不相关的光分量。
19.根据权利要求17所述的装置，其中
所述光源构造为将从单个发光元件输出且具有线宽Δf的光分成要输入到被测量的光纤的相应空间模式中的光分量，并且应用彼此相差1.1/Δf或更大的延迟。
20.根据权利要求17所述的装置，其中
所述光源构造为将从单个发光元件输出的光分成要输入到被测量的光纤的相应空间模式中的光分量，并且将所述光分量的偏振暂时改变成不同的图案。
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