CN109416438B - 光纤评价方法和光纤评价装置 - Google Patents

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Abstract

在无需芯部对准的情况下评价耦合型多芯光纤的光学特性，耦合型多芯光纤的多个芯部中的一个布置为在耦合型多芯光纤的包层的中央处的中央芯部，空间模式的总数为芯部的数量或比该数量更大，(光纤长度)×(芯部之间的功率耦合系数)为10以上。耦合型多芯光纤接合至虚设光纤，虚设光纤具有在包层的中央的芯部，虚设光纤的包层的形状和尺寸与耦合型多芯光纤的包层的形状和尺寸相同，使各光纤的对应的一个端部彼此面对，并且以各光纤的周部为基准使光纤对准。将光射入接合至虚设光纤的耦合型多芯光纤，并且光测量单元测量穿过光纤的光。

Description

光纤评价方法和光纤评价装置
技术领域
本发明涉及一种光纤评价方法和光纤评价装置。
背景技术
已经论述了用于评价光纤性能的各种方法。例如，Roland Ryf等人在ECOC截止日后论文(Postdeadline papers)Th.13.C.1(2011)发表的“在三芯微结构光纤上的相干1200km 6×6MIMO模式多路复用传输(Coherent 1200-km 6×6MIMO Mode-MultiplexedTransmission over 3-Core Microstructured Fiber)”以及Taiji Sakamoto等人在J.Lightw.Technol.,34(4),1228-1237(2016)发表的“耦合型多芯光纤中的光纤扭曲和弯曲诱导的绝热/非绝热超模转换(Fiber Twisting-and Bending-Induced Adiabatic/Nonadiabatic Super-Mode Transition in Coupled Multicore Fiber)”中已经评价了耦合型多芯光纤。
发明内容
[技术问题]
本发明提供了在无需芯部对准的情况下可以评价耦合型多芯光纤的性能的光纤评价方法和光纤评价装置。
[问题的解决方案]
根据本发明的第一方面的光纤评价方法评价包括多个芯部和共同的包层的耦合型多芯光纤(在下文中，称为耦合型MCF)的光学特性，所述多个芯部中的一个芯部布置为在所述包层的中央处的中央芯部，空间模式(spatial modes)的总数为所述多个芯部的数量或比该数量更大，(光纤长度)×(芯部之间的功率耦合系数)为10以上。所述评价方法包括：布置第一虚设光纤(dummy fiber)，使得所述第一虚设光纤的一端面向所述耦合型MCF的一端，所述第一虚设光纤包括包层和在所述包层的中央的芯部，所述第一虚设光纤的包层的形状和尺寸与所述耦合型MCF的包层的形状和尺寸相同；以所述耦合型MCF的包层的周部和所述第一虚设光纤的包层的周部为基准，将所述耦合型MCF与所述第一虚设光纤彼此对准；在所述耦合型MCF的中央芯部面向所述第一虚设光纤的芯部的同时，将所述耦合型MCF与所述第一虚设光纤彼此接合；以及将来自光源的光射入与所述第一虚设光纤接合的所述耦合型MCF，并且用光测量单元测量穿过所述第一虚设光纤和所述耦合型MCF的光。在这种情况下，“虚设光纤”代表将光射入到测试光纤的光纤或从测试光纤接收光的光纤。
在根据本发明的一个方面的光纤评价方法中，可以通过在将所述耦合型MCF和所述第一虚设光纤布置在V型槽中的同时将所述耦合型MCF的端表面与所述第一虚设光纤的端表面彼此配合(mating)，来执行所述耦合型MCF和所述第一虚设光纤之间的对准。
另外，在根据本发明的一个方面的光纤评价方法中，所述第一虚设光纤可以为单模光纤，并且所述方法可以包括：将第二虚设光纤的一端接合到所述耦合型MCF的另一端，所述第二虚设光纤是包括包层和在所述包层的中央的芯部的另一单模光纤，所述第二虚设光纤的包层的形状和尺寸与所述耦合型MCF的包层的形状和尺寸相同；通过将来自所述光源的光穿过所述第一虚设光纤输入所述耦合型MCF并且用所述光测量单元测量从所述耦合型MCF穿过所述第二虚设光纤的光，来测量所述耦合型MCF中的中央芯部的透射光谱；以及，通过分析所述透射光谱来评价所述耦合型MCF的模式色散。
在这种情况下，可以被输入与所述第一虚设光纤和所述第二虚设光纤接合的所述耦合型MCF的光可以是单偏振波，并且所述方法可以包括：通过使来自与所述第二虚设光纤接合的所述耦合型MCF的光穿过偏振滤波器或偏振分离器，用所述光测量单元测量所述耦合型MCF中的中央芯部的单偏振波的透射光谱。
此外，在根据本发明的一个方面的光纤评价方法中，所述第一虚设光纤可以为单模光纤，并且所述耦合型MCF的所述一端可以是来自所述光源的光所输入的一端，并且所述方法可以包括：将第二虚设光纤的一端接合到所述耦合型MCF的另一端，所述第二虚设光纤是包括包层和在所述包层的中央的芯部的多模光纤，所述第二虚设光纤的包层的形状和尺寸与所述耦合型MCF的包层的形状和尺寸相同，并且所述第二虚设光纤的芯部的半径大于所述耦合型MCF中设置在最外侧的芯部的周部与所述包层的中央之间的距离的最大值；并且通过将来自所述光源的光穿过所述第一虚设光纤输入所述耦合型MCF并且用所述光测量单元测量从所述耦合型MCF穿过所述第二虚设光纤的光，来评价所述耦合型MCF的损耗。
作为选择，在根据本发明的一个方面的光纤评价方法中，所述方法可以包括：通过将波长扫描光或以预定频率调制的光输入与所述第一虚设光纤接合的所述耦合型MCF，用所述光测量单元测量来自所述耦合型MCF的光，并且测量所述耦合型MCF中群延迟的波长依赖性，来评价所述耦合型MCF的色散。
作为又一选择，在根据本发明的一个方面的光纤评价方法中，所述第一虚设光纤可以为单模光纤，所述耦合型MCF的另一端可以为敞开端，并且所述可以方法包括：通过将来自所述光源的光穿过所述第一虚设光纤输入与所述第一虚设光纤接合的所述耦合型MCF并且用所述光测量单元测量穿过所述第一虚设光纤、来自所述耦合型MCF的光，来评价所述耦合型MCF的背散射(backscattering)。
根据本发明的第二方面，提供一种光纤评价装置，所述装置评价包括多个芯部和共同的包层的耦合型MCF的光学特性，所述多个芯部中的一个芯部布置为在所述包层的中央处的中央芯部，空间模式的总数为所述多个芯部的数量或比该数量更大，
(光纤长度)×(芯部之间的功率耦合系数)为10以上。所述评价装置包括：光源；虚设光纤，其包括包层和在所述包层的中央的芯部，所述虚设光纤的包层的形状和尺寸与所述耦合型MCF的包层的形状和尺寸相同；以及光测量单元。所述虚设光纤布置为使得所述虚设光纤的一端面向所述耦合型MCF的一端，以所述耦合型MCF的包层的周部和所述虚设光纤的包层的周部为基准，将所述耦合型MCF和所述虚设光纤彼此对准，并且在所述耦合型MCF的中央芯部面向所述虚设光纤的芯部的同时，将所述耦合型MCF和所述虚设光纤彼此接合。将从所述光源发射的光输入与所述虚设光纤接合的所述耦合型MCF，并且用所述光测量单元测量穿过所述虚设光纤和所述耦合型MCF的光。
[本发明的有益效果]
根据本发明的各方面，在无需芯部对准的情况下可以评价耦合型多芯光纤的性能。
附图说明
[图1]图1是评价光纤的背散射的装置的概念图。
[图2]图2提供了概念图，每幅概念图均示出了待评价的光纤与单芯虚设光纤之间的优选的接合的实例。
[图3]图3提供了概念图，每幅概念图均示出了待评价的光纤与单芯虚设光纤之间的不适当的接合的实例。
[图4]图4是说明背散射的评价方法的曲线图。
[图5]图5提供了概念图，每幅概念图均说明了通过缩减(cutback)方法评价光纤损耗的装置和方法。
[图6]图6提供了概念图，每幅概念图均说明了评价光纤的弯曲损耗的装置和方法。
[图7]图7提供了概念图，每幅概念图均说明了评价光纤的模式色散的装置和方法。
[图8]图8是示出评价光纤的色散的装置的第一构造的概念图。
[图9]图9是示出评价光纤的色散的装置的第二构造的概念图。
[图10]图10提供了概念图，每幅概念图均说明了评价光纤的截止波长的装置和方法。
具体实施方式
下面参考附图描述根据本发明的光纤评价方法和光纤评价装置的各具体实例。然而，本发明不限于这些实例并是由权利要求来限定。期望的是本发明包括与权利要求的范围等同的意思以及在该范围内的所有变型。
为了评价用作“耦合”有多个芯部的整体式波导的耦合型多芯光纤(耦合型MCF)的性能，需要使芯部的位置在待测量的耦合型MCF与用于将光输入和输出该耦合型MCF的光纤(在本说明书中，称为虚设光纤)之间彼此对准。然而，视觉识别和定位芯部(芯部对准)需要精确的定位。因此，考虑到工作效率，期望进行改进。
待评价的光纤是包括多个芯部和共同的包层的耦合型MCF，多个芯部中的一个芯部布置为包层的中央处的中央芯部，空间模式的总数为所述多个芯部的数量或比该数量更大，
(光纤长度)×(芯部之间的功率耦合系数)为10以上。在以下实施例中，上述耦合型MCF可以被称为“待评价的光纤”或“光纤F”。
在根据本发明的实施例的光纤评价方法中，单芯虚设光纤的一端布置为面向待评价的耦合型MCF的一端，单芯虚设光纤包括包层和在该包层的中央的芯部，单芯虚设光纤的包层的形状和尺寸与耦合型MCF的包层的形状和尺寸相同。以耦合型MCF的包层的周部和单芯虚设光纤的包层的周部为基准，将耦合型MCF和单芯虚设光纤彼此对准，使得耦合型MCF的中央芯部面向单芯虚设光纤的芯部。然后，来自光源的光被引入耦合型MCF，或者来自耦合型MCF的光通过单芯虚设光纤被光测量单元接收。利用该构造，可以仅通过外径对准(包层对准)来评价上述耦合型MCF的特性。
在具有上述构造的光纤评价方法中，可以评价与耦合型MCF的特性相关的多个参数。具体而言，耦合型MCF的传输损耗、弯曲损耗、模式色散和色散是待评价的参数。***装置构造和具体评价方法随着待评价的参数而变化，并且因此描述了用于每个上述参数的装置构造和评价方法。当装置构造包括共同部分时，省略对该共同部分的描述。
1.损耗评价方法
损耗评价方法可以是包括背散射评价方法和缩减评价方法的两种传输损耗评价方法，以及一种弯曲损耗评价方法。
1-1.背散射评价方法
图1是用于评价光纤的传输损耗的评价装置1的概念图。评价装置1包括：光源10；光测量单元20；分束器30，其设置在光源10与光测量单元20之间并且使从光源10发射的光分束；以及单芯虚设光纤40A，其将由分束器30分束的光射入待评价的光纤F，并且接收来自待评价的光纤F的光并通过分束器30向光测量单元20输出光。
光源10没有特别限制。例如，可以使用卤素灯或波长可调谐激光器。在评价传输损耗时，光源10需要具有发射脉冲光的功能。对于光测量单元20，例如，可以使用光功率计或光谱分析仪(OSA)。
单芯虚设光纤40A是包括包层以及在该包层的中央的芯部的光纤，单芯虚设光纤的包层的形状和尺寸与待评价的光纤F的包层的形状和尺寸相同。以光纤F的包层的周部和单芯虚设光纤40A的包层的周部为基准，通过外径对准使单芯虚设光纤40A和待评价的光纤F对准。例如，可以通过使用具有形成在平板中的V型槽的已知对准部件来执行外径对准。通过使用具有V型槽的对准部件，单芯虚设光纤可以容易地与耦合型MCF对准。图1中使用的单芯虚设光纤40A是单模光纤。另外，可以根据待评价的光纤F来确定单芯虚设光纤40A的直径。例如，单芯虚设光纤40A的外径可以为125μm，或可以是在124μm至126μm的范围内的外径。
图2提供了示出待评价的光纤F与单芯虚设光纤之间的优选的接合的实例(A)、(B)和(C)的概念图。图3提供了示出待评价的光纤F与单芯虚设光纤之间的不适当的接合的实例(D)、(E)和(F)的概念图。尽管在评价装置1中光纤F的一端接合有单芯虚设光纤40A，但在另一评价装置(将在后文中描述)中光纤F的两端都可接合有单芯虚设光纤。因此，参考图2和图3，描述了单芯虚设光纤接合到光纤F的两端的情况。
在接合实例(A)中，单模单芯虚设光纤40A通过外径对准而接合至光纤F的两端。在这种情况下，设置在光纤F的包层FC的中央处的中央芯部F1面向设置在单芯虚设光纤40A的包层401的中央处的芯部402。另外，设置在除光纤F的包层FC的中央以外的位置处的芯部F2面向单芯虚设光纤40A的包层401。
接合实例(B)示出了这样的实例：单模单芯虚设光纤40A通过外径对准而接合至光纤F的一端，并且多模单芯虚设光纤40B通过外径对准而接合至光纤F的另一端。多模单芯虚设光纤40B用于另一评价方法(将在后文中描述)。在这种情况下，光纤F和单芯虚设光纤40A之间的关系与接合实例(A)相同。另外，设置在光纤F的包层FC的中央处的中央芯部F1以及设置在除光纤F的包层FC的中央以外的位置处的芯部F2面向设置在单芯虚设光纤40B的包层403的中央的芯部404。即，此多模光纤的芯部半径大于光纤F中设置在最外侧的芯部的周部与包层的中央之间的距离的最大值。
在接合实例(C)中，两多模单芯虚设光纤40B通过外径对准而接合至光纤F的两端。另外，在这种情况下，与接合实例(B)类似，光纤F的芯部F1和F2面向单芯虚设光纤40B的芯部404。
接合实例(D)示出了这样的实例：包括在待评价的光纤G中的芯部G1面向单芯虚设光纤40A的芯部402。在接合实例(D)中，光纤G不包括位于其包层的中央的芯部，并且执行芯部对准而不是外径对准。
接合实例(E)示出了这样的实例：光纤F的位于中央的芯部F1面向单芯虚设光纤40A；然而，位于除中央以外的位置处的芯部F2面向芯部402。另外，在这种情况下，执行芯部对准而不是外径对准。如在接合实例(D)和接合实例(E)中所示，通过芯部对准可以使待评价的光纤接合到单芯虚设光纤40A。然而，对准工作所需时间的增加，导致对光纤的检测成本大大增加。
接合实例(F)示出了这样的实例：不包括位于包层的中央处的芯部的光纤G通过外径对准而接合到单芯虚设光纤40A。在这种情况下，芯部没有彼此接合，并且因此不能评价光纤G。
图3中所示的各实例均是当使用根据本实施例的评价装置来评价光纤时，不适当的接合至单芯虚设光纤的实例。因此，如图2所示，将包括包层FC的中央处的芯部F1的耦合型MCF选择为待评价的光纤F，使得可以通过外径对准使芯部彼此接合。
回看图1，描述使用评价装置1的用于光纤F的传输损耗的评价方法。在评价装置1中，通过外径对准使光纤F接合至单芯虚设光纤40A，并且随后光源10发射脉冲光。来自光源10的脉冲光通过分束器30射入单芯虚设光纤40A、穿过单芯虚设光纤40A，并且射入光纤F的中央处的芯部F1。来自光源10的光在光纤F中传播一小段距离(约数十米以下)的同时从中央芯部F1分散到周围的其他芯部F2。结果，在光的功率(强度)到达平衡状态的状态下，光传播穿过芯部F1和F2。
另外，传播穿过光纤F的脉冲光在沿光纤F的纵向的每个位置处背散射。该背散射光被单芯虚设光纤40A接收。该背散射光穿过分束器30并到达光测量单元20。光测量单元20测量背散射光的功率随时间的变化。在光纤F中产生背散射的位置的差异表现为背散射光被观察到的时间的差异(基于脉冲振荡)。基于从来自光源10的光分散到全部芯部(F1、F2)并且到达如上文所述的平衡状态的位置向下游侧延伸部分中的光的衰减状态，来评价光纤F中的全部模式的传输损耗平均值。
图4是说明背散射的评价方法的曲线图。水平轴线表示时间，并且竖直轴线表示由光测量单元20检测到的光功率。以来自光源10的单个脉冲光的振荡为基准，光测量单元20首先检测到透过单芯虚设光纤40A的光(P0)。然后，光测量单元20依次检测到：在脉冲光到达单芯虚设光纤40A与光纤F之间的接合处时该接合处的反射光的峰(P1)、由射入到光纤F的光从中央芯部F1分散到芯部F2而耦合的功率(P2)、在分散之后在光纤F中前进的光的背散射的变化(P3)、以及在光纤F的敞开端处反射的光的峰(P4)。可以通过测量分散后在光纤F中前进的光的背散射的变化(P3)来评价光纤F的传输损耗。
1-2.缩减评价方法
图5提供了说明通过缩减方法评价光纤F的损耗的装置2和方法的各概念图。部分(A)示出了缩减之前的接合状态，并且部分(B)示出了缩减之后的接合状态。评价装置2包括：光源10；光测量单元20；单芯虚设光纤40A，其将来自光源10的光射入待评价的光纤F；以及单芯虚设光纤40B，其接收来自光纤F的光并将光输出到光测量单元20。单芯虚设光纤40A是单模光纤。单芯虚设光纤40A优选地具有与待评价的光纤F中的中央芯部F1的模场直径匹配的模场直径。另外，单芯虚设光纤40B是多模光纤，并且可以接收光纤F的全部传播模式的光。单芯虚设光纤40A和40B通过外径对准而接合至光纤F。
光源10没有特别限制。例如，可以使用诸如卤素灯等宽带光源或波长可调谐激光器。另外，波长可调谐透射滤波器和宽带光源可以组合并用作波长可调谐光源。如果采用波长可调谐光源作为光源10，则可使用光功率计作为光测量单元20。另外，如果采用宽带光源作用光源10，则可使用光谱分析仪(OSA)作为光测量单元20。
如部分(A)所示，测量光从光源10输出，并且穿过输入侧的单芯虚设光纤40A射入到光纤F。然后，测量从光纤F穿过光接收侧的单芯虚设光纤40B而到达光测量单元20的光的功率的波长依赖性。假设在这种情况下光纤F的长度为L1。然后，如部分(B)所示，切断光纤F，使得在输入端侧保留具有长度L2的部分。然后，通过外径对准，将具有长度L2的光纤F的输出侧的端部接合到单芯虚设光纤40B以用于接收光。然后，从光源10输出测量光，并且测量穿过具有长度L2的光纤F、到达光测量单元20的光的功率的波长依赖性。通过使用与光纤F相关的两个光功率之间的波长依赖性的差异，可以获得针对长度(L1-L2)的光纤F的传输损耗的全部模式平均值的波长依赖性。
当芯部之间的功率耦合系数为h时，hL2优选地等于或大于1，并且hL2更优选地等于或大于10。通过基于这种关系进行评价，可以更精确地评价光纤F的特性。
1-3.弯曲损耗评价方法
图6提供了说明评价光纤F的弯曲损耗的装置2和方法的各概念图。部分(A)示出了施加待评价的弯曲之前的状态。部分(B)示出了施加待评价的弯曲之后的状态。用于弯曲损耗的评价可以使用与通过缩减方法评价损耗的装置构造相同的装置构造。此外，可以将作为具有线宽(line width)在50nm以下的固定波长的光源的发光二极管或超发光二极管用作光源10，并且可以采用光功率计作为光测量单元20。
首先，如部分(A)所示，提供处于预定弯曲状态的光纤F，测量光从光源10输出，并且测量光穿过输入侧的单芯虚设光纤40A射入到光纤F。然后，测量从光纤F穿过光接收侧的单芯虚设光纤40B而到达光测量单元20的光的功率(以及光功率的波长依赖性)。
然后，设z为光纤F从射入端(与单芯虚设光纤40A接合一侧的端部)起在纵向上的位置，在z等于或大于1/h处施加待评价的弯曲C1(见部分(B))。然后，在该状态下，测量光从光源10输出，并且穿过输入侧的单芯虚设光纤40A射入到光纤F。然后，测量从光纤F穿过光接收侧的单芯虚设光纤40B而到达光测量单元20的光的功率(以及光功率的波长依赖性)。
因此，可以根据待测量的弯曲C1的存在与否来计算光功率(波长依赖性)的差异，并且因此可以评价光纤F相对于待测量的弯曲C1的弯曲损耗的全部模式平均值。当设置弯曲C1的位置z等于或大于10/h时，可以更精确地评价光纤F的特性。
2.模式色散评价方法
图7提供了说明用于评价光纤F的模式色散的装置3和方法的各概念图。部分(A)示出了测量中央芯部的透射光谱的步骤。部分(B)示出了测量全部模式的透射光谱的步骤。对于用于模式色散的评价方法，使用固定分析仪方法。评价装置3包括：光源10；光测量单元20；单芯虚设光纤43A，其将来自光源10的光射入待评价的光纤F；以及单芯虚设光纤44A和40B，其均接收来自光纤F的光并将光输出到光测量单元20。
单芯虚设光纤43A和44A为单模光纤。单芯虚设光纤43A和44B中的每个优选地具有与待评价的光纤F中的中央芯部F1的模场直径匹配的模场直径。另外，单芯虚设光纤40B可以接收光纤F的全部传播模式中的光。单芯虚设光纤40B、43A和44A均通过外径对准而接合至光纤F。
另外，在光源10与单芯虚设光纤43A之间设置有偏振滤波器51，并且在单芯虚设光纤44A与光测量单元20之间设置有偏振滤波器52。作为设置偏振滤光器51的替代，可以设置输出单偏振波的光的光源。可以省去偏振滤波器51和52；然而，偏振滤波器51和52可以增加精度。
关于光源10和光测量单元20的组合，例如，光源10可以是诸如波长可调谐激光器等波长可调谐光源，并且光测量单元20可以是光功率计。在这种情况下，从波长可调谐激光器发出的激光的振动频率可以优选地为1MHz以下，并且更优选地为100kHz以下。另外，使激光的波长改变的步长(step width)可以优选地为10pm以下，并且更优先地为5pm以下，并且进一步优选地为1pm以下。通过如上所述地减小步长，可以测量大的模式色散。
光源10和光测量单元20的另一组合可以是这样的构造：宽带光源用于光源10，并且光谱分析仪(OSA)用于光测量单元20。在这种情况下，OSA的波长分辨率可以优选为10pm以下，更优选为5pm以下，并且进一步优选为1pm以下。
下面描述使用评价装置3评价光纤F的模式色散的方法。首先，如部分(A)所示，提供处于预定弯曲状态的光纤F，测量光从光源10输出，并且测量光穿过输入侧的单芯虚设光纤43A射入到光纤F。然后，获得从光纤F穿过光接收侧的单芯虚设光纤44A而到达光测量单元20的光的光谱。到达光测量单元20的光的光谱用作中央芯部F1处的透射光谱。
接下来，将光接收侧的单芯虚设光纤44A更换为多模单芯虚设光纤40B，移除偏振滤波器52，并且因此将构造改变为部分(B)中的构造。然后，在该状态下，测量光从光源10输出，并且穿过输入侧的单芯虚设光纤43A射入到光纤F。然后，获得从光纤F穿过光接收侧的单芯虚设光纤40B而到达光测量单元20的光的光谱。到达光测量单元20的光的光谱用作光纤F的中央芯部F1和周围芯部F2的全部模式的透射光谱。
基于通过上述两次测量获得的中央芯部F1的透射光谱和全部模式的透射光谱，可以获得包括在全部模式的光功率中的中央芯部F1的光功率的比率的光谱(中央芯部功率比光谱)。通过分析中央芯部功率比光谱，可以评价模式色散。根据中央芯部功率比光谱来评价模式色散的具体分析方法可以是在ITU-T G.650.2中作为用于单模光纤的各偏振模式之间的模式色散的评价方法而公开的方法。
对于更容易的评价方法，可以通过分析中央芯部F1的透射光谱而不是中央芯部功率比光谱来评价模式色散。在这种情况下，可不执行部分(B)中所示的使用多模单芯虚设光纤40B的测量。
如部分(A)和部分(B)所示，如果设置有偏振滤波器51和52或者将可以输出单偏振波的光源用作光源10，则可以用光测量单元20测量单偏振波的透射光谱。因此，可以更准确地评价模式色散。即使不设置偏振滤波器51和52并且将与输出单偏振波的光源不同的光源用作光源10，也可以评价模式色散。可以使用偏振分离器来替代偏振滤波器51和52。
3.色散评价方法
图8示出了根据评价光纤的色散的第一构造实例的评价装置4。评价装置4包括光源10、光测量单元20、单模单芯虚设光纤43A(输入侧)和单模单芯虚设光纤44A(光接收侧)、功率调制器61、电信号源62、相位差评价器63、以及控制/分析计算机64。
对于光源10，例如，可以使用诸如波长可调谐激光器等波长可调谐光源。对于光测量单元20，例如，可以使用光检测器和示波器的组合。该组合具有这样的功能：将具有由光测量单元20检测的光功率的信号转换为电信号，并测量该电信号随时间的变化。
功率调制器61具有以预定频率调制来自光源10的光的功率的功能。电信号源62具有输出与功率调制器61的调制相关的电信号的功能。相位差评价器63具有这样的功能：评价来自电信号源62的调制相关的电信号与由光测量单元20测量并被转换为电信号的光的功率调制信号之间的相位差。控制/分析计算机64具有这样的功能：基于由相位差评价器63检测到的相位差，控制上述各个装置，并且执行与色散相关的评价。为了观察用于调制光功率的电信号的输出和从光检测器输出的电信号，可以使用微波网络分析仪。
在评价装置4中，基于来自电信号源62的电信号，通过功率调制器61以预定频率调制从光源10输出的光的功率，并且随后将光穿过单芯虚设光纤43A射入光纤F。然后，将来自光纤F的光穿过单芯虚设光纤44A射入光测量单元20。在光测量单元20中，如上所述，将光功率信号转换为电信号，然后测量电信号随时间的变化，并且将测量结果传输至相位差评价器63。
相位差评价器63将从电信号源62传输到功率调制器61的用于光功率调制的电信号的一部分分离出，并获取该部分作为基准信号。另外，相位差评价器63获取基准信号与基于由光测量单元20接收的光的功率变化的转换后的电信号的功率变化之间的相位差。因此，相位差评价器63测量由光在光纤F中的传播引起的群延迟的全部模式平均值。通过在改变从光源10发射的光的波长的同时重复该测量，可以测量与光纤F相关的群延迟的全部模式平均值的波长依赖性。通过利用控制/分析计算机64分析与光纤F相关的群延迟的全部模式平均值的波长依赖性，可以评价光纤F的色散的全部模式平均值。
使用群延迟的波长依赖性实施的色散分析方法例如可以是简单的数值微分，或者可以使用数值微分的近似公式。另外，可以通过使用多项式来估计群延迟谱，并且可以对多项式进行微分。另外，可以通过使用Sellmeier多项式来估计群延迟谱，并且可以对Sellmeier多项式进行微分。在ITU-T G.650.1中披露了使用这种群延迟的波长依赖性的色散分析方法的细节。
图9示出了根据评价光纤的色散的第二构造实例的评价装置5。评价装置5包括光源10、光测量单元20、单模单芯虚设光纤43A(输入侧)和单模单芯虚设光纤44A(光接收侧)、控制/分析计算机64、模数(A/D)转换器65、光分束器66A(输入侧)和光分束器66B(光接收侧)、以及基准光学路径67。
将波长扫描光源用于光源10。另外，将平衡光检测器用于光测量单元20。来自光源10的光被光分束器66A分束并被输出到单芯虚设光纤43A和基准光学路径67。将单模光纤用于基准光学路径67。穿过基准光学路径67的光，以及穿过单芯虚设光纤43A、光纤F和单芯虚设光纤44A的光被光分束器66B多路复用，然后被射入光测量单元20。与由光测量单元20检测的光功率相关的电信号被A/D转换器65转换为数字值并被传输至控制/分析计算机64。
利用图9所示的评价装置5，包括穿过基准光学路径67的光与穿过光纤F的光之间的群延迟差异的光射入到光测量单元20，并且因此光测量单元20可以检测该光。控制/分析计算机64通过傅立叶分析获取上述两个光之间的干扰的差拍信号，并且因此基于基准光学路径67与光纤F(光纤F的全部模式平均值)之间的群延迟差异的波长依赖性以及基准光学路径67中的预先测得的群延迟的波长依赖性，计算光纤F中群延迟的全部模式平均值的波长依赖性。通过分析所计算的波长依赖性，可以评价光纤F的色散的全部模式平均值。在ITU-T G.650.1中披露了使用光纤F中的群延迟的波长依赖性的色散分析方法的细节。
4.截止波长评价方法
图10提供了说明用于评价光纤F的截止波长的评价装置6和方法的各概念图。部分(A)示出了测量全部模式的透射光的功率的波长依赖性的步骤。部分(B)是测量消除了高阶模式的透射光的功率的波长依赖性的步骤。部分(C)示出了测量射入光纤F的光的功率的波长依赖性的步骤。对于截止波长的评价方法，使用单模基准方法和多模基准方法。评价装置6包括：光源10；光测量单元20；单芯虚设光纤43B，其将来自光源10的光射入待评价的光纤F；以及单芯虚设光纤44B，其接收来自光纤F的光并将光输出到光测量单元20。单芯虚设光纤43B和44B都是多模光纤，允许光射入光纤F的全部模式(包括具有大传输损耗并且因此有效地截止的模式)，并且允许光被全部模式接收。单芯虚设光纤43B和44B通过外径对准而接合至光纤F。
光源10没有特别限制。例如，可以使用诸如卤素灯等宽带光源或波长可调谐激光器。另外，波长可调谐透射滤波器和宽带光源可以组合并用作波长可调谐光源。当采用波长可调谐光源作为光源10时，光功率计可以用于光测量单元20。另外，当采用宽带光源作用光源10时，光谱分析仪(OSA)可以用于光测量单元20。
在单模基准方法和多模基准方法中，如部分(A)所示，测量光从光源10输出，并且穿过输入侧的单芯虚设光纤43B射入到光纤F。然后，测量从光纤F穿过光接收侧的单芯虚设光纤44B而到达光测量单元20的光的功率P1[dBm]的波长依赖性。此时，光纤F被设置在用于评价截止波长的状态(光纤长度、光纤的弯曲状态、光纤是否为电缆形式)。
在单模基准方法中，如部分(B)所示，将弯曲C2应用于测量P1的状态，并且测量从光纤F穿过光接收侧的单芯虚设光纤44B而到达光测量单元20的光的功率P2[dBm]的波长依赖性。弯曲C2足够小，以通过光纤F中的弯曲损耗来过滤除传播模式以外的高阶模式。尽管在这种情况下弯曲C2的标准半径为约30mm，但优选地半径可以根据光纤的结构适当地设定。
在除传播模式以外的高阶模式被截止的波段(长波长侧)中，损耗差P1-P2具有约0的值；然而，当随着波长减小高阶模式被更多地引导时，损耗差增加。此时，可以将损耗差P1-P2变为预定值的波长评价为截止波长。在典型的单模光纤的情况下，预定值为0.1dB。然而，在耦合型MCF中，可以设定更小的值。在这种情况下，可以优选地设置预定值以允许高阶模式和传播模式之间的损耗差为19.3dB。
在多模基准方法中，如部分(C)所示，测量光从光源10输出，并且穿过输入侧的单芯虚设光纤43A射入到短(约1m至2m)的单芯多模光纤(SCMMF)50。然后，测量从单芯多模光纤F穿过光接收侧的单芯虚设光纤44B而到达光测量单元20的光的功率P3[dBm]的波长依赖性。作为选择，输入侧的单芯虚设光纤43A可以直接接合到光接收侧的单芯虚设光纤44B而不是经由单芯多模光纤50接合到光接收侧的单芯虚设光纤44B，并且可以测量到达光测量单元20的光的功率作为光功率P3。
损耗差P3-P1的波长依赖性可以回归到将除传播模式以外的高阶模式截止的波段(在长波长侧)中的某一直线，并且损耗差P3-P1取该直线附近的值。然而，当随着波长减小高阶模式被更多地引导时，损耗差P3-P1与该直线分离开并且比该直线上的损耗差增加更多。此时，可以将该直线与损耗差P3-P1之间的差异变为预定值的波长评价为截止波长。在典型的单模光纤的情况下，预定值为0.1dB。然而，在耦合型MCF中，可以设定更小的值。在这种情况下，可以优选地设置预定值以允许高阶模式和传播模式之间的损耗差为19.3dB。
如上所述，在根据本发明的光纤评价方法和光纤评价装置中，以两个光纤的包层的周部为基准，通过所谓的外径对准将单芯虚设光纤与待测量的光纤(耦合型MCF)对准。因此，上述光纤评价装置可以在不对准芯部的情况下评价耦合型MCF的性能。
上述光纤评价方法和光纤评价装置均可以优选地评价包括多个芯部和包层的耦合型MCF的光学特性，多个芯部中的一个芯部布置为在包层的中央处的中央芯部，空间模式的总数为多个芯部的数量或比该数量更大，
(光纤长度)×(芯部之间的功率耦合系数)为10以上。即，关于待测量的光纤F，中央芯部F1设置在包层FC的中央，并且因此可以仅通过外径对准将中央芯部F1接合到单芯虚设光纤的芯部。
另外，由于待测量的光纤F中的空间模式的数量等于或大于芯部的数量，因此待测量的光纤F可以以小的损耗接合到单模波导的单芯虚设光纤。如果光纤F的空间模式的数量小于多个芯部的数量，即使光纤F的中央芯部和单芯虚设光纤的芯部具有相同的结构，也会发生将光纤F的多个芯部作为波导结构的模式的电场分布与单芯虚设光纤的模式的电场分布之间的不匹配，从而导致接合损耗的增加。如果光纤F的空间模式的数量等于或大于多个芯部的数量，则单芯虚设光纤的模式的电场分布与将光纤F的多个芯部作为波导结构的多个模式中的一个匹配。因此，可以减少接合损耗。此时，芯部模式(基于仅存在一个芯部的假设的假想空间模式)的模场直径MFDF与单芯虚设光纤的模场直径MFD1之差的比率的绝对值2|(MFDF-MFD1)|/(MFDF+MFD1)优选为0.1以下，更优选为0.05以下，并且进一步优选为0.01以下。
另外，由于待测量的光纤F的(光纤长度)×(芯部之间的功率耦合系数)为10以上，因此以相对于光纤的总长度约1/10的传播长度，即可在芯部之间获得足够的功率耦合。即使在通过输入到单模来评价光学特性时，也可以有效地评价作为全部模式的平均值的光学特性。与之对比，例如，如果(光纤长度)×(芯部之间的功率耦合系数)小于1，则即使在光传播了光纤的总长度之后在输出端处模式之间的功率也不能充分混合，可以评价的光学特性的值不是全部模式的平均值，而是与射入模式(launch mode)的值偏离的值。
应注意的是，根据本发明的光纤评价方法和光纤评价装置不限于上述实施例。例如，光源10和光测量单元20的上述组合仅是实例，并且可以适当地选择。另外，对于包括在评价装置中的其它光学元件，可以适当地改变光学元件的构造。

Claims (8)

1.一种光纤评价方法，所述光纤评价方法评价包括多个芯部和共同的包层的耦合型多芯光纤的光学特性，所述多个芯部中的一个芯部布置为在所述包层的中央处的中央芯部，空间模式的总数为所述多个芯部的数量或比该数量更大，光纤长度乘以芯部之间的功率耦合系数为10以上，所述方法包括：
布置第一虚设光纤，使得所述第一虚设光纤的一端面向所述耦合型多芯光纤的一端，所述第一虚设光纤包括包层和在所述包层的中央的芯部，所述第一虚设光纤的包层的形状和尺寸与所述耦合型多芯光纤的包层的形状和尺寸相同；
以所述耦合型多芯光纤的包层的周部和所述第一虚设光纤的包层的周部为基准，将所述耦合型多芯光纤与所述第一虚设光纤彼此对准；
在所述耦合型多芯光纤的中央芯部面向所述第一虚设光纤的芯部的同时，将所述耦合型多芯光纤与所述第一虚设光纤彼此接合；以及
将来自光源的光射入与所述第一虚设光纤接合的所述耦合型多芯光纤，并且用光测量单元测量穿过所述第一虚设光纤和所述耦合型多芯光纤的光。
2.根据权利要求1所述的光纤评价方法，
其中，通过在将所述耦合型多芯光纤和所述第一虚设光纤布置在V型槽中的同时将所述耦合型多芯光纤的端表面与所述第一虚设光纤的端表面彼此配合，来执行所述耦合型多芯光纤和所述第一虚设光纤之间的对准。
3.根据权利要求1或2所述的光纤评价方法，
其中，所述第一虚设光纤为单模光纤，并且
所述方法包括：
将第二虚设光纤的一端接合到所述耦合型多芯光纤的另一端，所述第二虚设光纤是包括包层和在所述包层的中央的芯部的另一单模光纤，所述第二虚设光纤的包层的形状和尺寸与所述耦合型多芯光纤的包层的形状和尺寸相同；
通过将来自所述光源的光穿过所述第一虚设光纤射入所述耦合型多芯光纤并且用所述光测量单元测量从所述耦合型多芯光纤穿过所述第二虚设光纤的光，来测量所述耦合型多芯光纤中的中央芯部的透射光谱；以及
通过分析所述透射光谱来评价所述耦合型多芯光纤的模式色散。
4.根据权利要求3所述的光纤评价方法，
其中，被射入与所述第一虚设光纤和所述第二虚设光纤接合的所述耦合型多芯光纤的光是单偏振波，并且
所述方法包括：通过使来自与所述第二虚设光纤接合的所述耦合型多芯光纤的光穿过偏振滤波器或偏振分离器，用所述光测量单元测量所述耦合型多芯光纤中的中央芯部的单偏振波的透射光谱。
5.根据权利要求1或2所述的光纤评价方法，
其中，所述第一虚设光纤为单模光纤，并且所述耦合型多芯光纤的所述一端是来自所述光源的光所射入的一端，并且
所述方法包括：
将第二虚设光纤的一端接合到所述耦合型多芯光纤的另一端，所述第二虚设光纤是包括包层和在所述包层的中央的芯部的多模光纤，所述第二虚设光纤的包层的形状和尺寸与所述耦合型多芯光纤的包层的形状和尺寸相同，并且所述第二虚设光纤的芯部的半径大于所述耦合型多芯光纤中设置在最外侧的芯部的周部与所述包层的中央之间的距离的最大值；并且
通过将来自所述光源的光穿过所述第一虚设光纤射入所述耦合型多芯光纤并且用所述光测量单元测量从所述耦合型多芯光纤穿过所述第二虚设光纤的光，来评价所述耦合型多芯光纤的损耗。
6.根据权利要求1或2所述的光纤评价方法，
其中，所述方法包括：通过将波长扫描光或以预定频率调制的光射入与所述第一虚设光纤接合的所述耦合型多芯光纤，用所述光测量单元测量来自所述耦合型多芯光纤的光，并且测量所述耦合型多芯光纤中群延迟的波长依赖性，来评价所述耦合型多芯光纤的色散。
7.根据权利要求1或2所述的光纤评价方法，
其中，所述第一虚设光纤为单模光纤，
所述耦合型多芯光纤的另一端为敞开端，并且
所述方法包括：通过将来自所述光源的光穿过所述第一虚设光纤射入与所述第一虚设光纤接合的所述耦合型多芯光纤并且用所述光测量单元测量穿过所述第一虚设光纤、来自所述耦合型多芯光纤的光，来评价所述耦合型多芯光纤的背散射。
8.一种光纤评价装置，所述装置评价包括多个芯部和共同的包层的耦合型多芯光纤的光学特性，所述多个芯部中的一个芯部布置为在所述包层的中央处的中央芯部，空间模式的总数为所述多个芯部的数量或比该数量更大，光纤长度乘以芯部之间的功率耦合系数为10以上，所述装置包括：
光源；
虚设光纤，其包括包层和在所述包层的中央的芯部，所述虚设光纤的包层的形状和尺寸与所述耦合型多芯光纤的包层的形状和尺寸相同；以及
光测量单元，
其中，所述虚设光纤布置为使得所述虚设光纤的一端面向所述耦合型多芯光纤的一端，以所述耦合型多芯光纤的包层的周部和所述虚设光纤的包层的周部为基准，将所述耦合型多芯光纤和所述虚设光纤彼此对准，并且在所述耦合型多芯光纤的中央芯部面向所述虚设光纤的芯部的同时，将所述耦合型多芯光纤和所述虚设光纤彼此接合，并且
将从所述光源发射的光射入与所述虚设光纤接合的所述耦合型多芯光纤，并且用所述光测量单元测量穿过所述虚设光纤和所述耦合型多芯光纤的光。
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