專利名稱：多模光纖的測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及準(zhǔn)確測定多模光纖的特性的方法。作為寬頻帶多模光纖的評(píng)價(jià)方法有DMD(Differential mode delay，差分模延遲)測定，通過利用本發(fā)明測定DMD，能降低由測定環(huán)境變化造成的影響，從而可以進(jìn)行準(zhǔn)確的測定。
本申請(qǐng)對(duì)2004年1月27日申請(qǐng)的JP特愿2004-18512號(hào)主張優(yōu)先權(quán)，并在此援引其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
近年來，作為評(píng)價(jià)寬頻帶GI光纖的方法，DMD測定法已被標(biāo)準(zhǔn)化。通過進(jìn)行該測定，可以保證IEC標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的以10Gbps傳輸300m的寬頻帶GI光纖。
因此，進(jìn)行高精度的DMD測定，從質(zhì)量保證方面來看是非常重要的。在測定標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于測定精度被規(guī)定為“測定的波動(dòng)必須小于或等于要測定的DMD值的5％”。
非專利文獻(xiàn)1IEEE 802.3ae非專利文獻(xiàn)2IEC/PAS 60793-1-49非專利文獻(xiàn)3TIA-455-220非專利文獻(xiàn)4信越石英、石英玻璃技術(shù)指南-1石英玻璃的化學(xué)物理特性，P.7.(http://www.sqp.co.jp/seihin/catalog/pdf/g1.pdf)非專利文獻(xiàn)5信越石英、石英玻璃技術(shù)指南-2石英玻璃的光學(xué)特性，P.7.(http://www.sqp.co.jp/seihin/catalog/pdf/g2.pdf)非專利文獻(xiàn)6IEC 60793-2-10專利文獻(xiàn)1JP特開2003-195085號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
然而，在前述的非專利文獻(xiàn)1～3、6中，沒有記載進(jìn)行高精度DMD測定的具體方法。本發(fā)明人實(shí)際進(jìn)行了DMD測定，對(duì)其測定精度會(huì)不會(huì)發(fā)生問題進(jìn)行了研討。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)了下述的問題由于DMD測定中光纖溫度發(fā)生變化，因此光纖的折射率及長度發(fā)生變化，從而不能準(zhǔn)確進(jìn)行DMD測定。
即使一點(diǎn)點(diǎn)的溫度變化也會(huì)引起該問題，因此其在DMD測定及評(píng)價(jià)中是非常重要的問題。
本發(fā)明就是鑒于前述情況而做出的，目的在于提供一種用于提高光纖的DMD測定精度，對(duì)多模光纖的特性進(jìn)行準(zhǔn)確的測定及評(píng)價(jià)的精密測定方法。
為達(dá)成前述目的，本發(fā)明提供一種多模光纖的測定方法，其特征在于，在多模光纖的DMD測定中，監(jiān)控測定時(shí)的溫度變化，在其溫度變化減小的環(huán)境下進(jìn)行測定。
在本發(fā)明中，測定時(shí)間與被測定光纖在測定時(shí)的溫度變化率的乘積的絕對(duì)值優(yōu)選為小于或等于0.4℃。并且，測定時(shí)間與被測定光纖在測定時(shí)的溫度變化率的乘積的絕對(duì)值進(jìn)一步優(yōu)選為小于或等于0.3℃。
在本發(fā)明中，優(yōu)選為將測定的周圍環(huán)境的溫度變化控制為較小值來進(jìn)行DMD測定，使得測定時(shí)間與被測定光纖在測定時(shí)的溫度變化率的乘積的絕對(duì)值減小。
在此情況下，進(jìn)一步優(yōu)選為在將周圍環(huán)境的溫度變化控制在小于或等于±1.0℃/小時(shí)的環(huán)境下進(jìn)行DMD測定。
另外，在本發(fā)明的方法中，可縮短測定時(shí)間來進(jìn)行DMD測定，使得測定時(shí)間與被測定光纖在測定時(shí)的溫度變化率的乘積的絕對(duì)值小于或等于0.4℃。
在此情況下，優(yōu)選為使測定時(shí)間小于或等于10分鐘，進(jìn)一步優(yōu)選為使測定時(shí)間小于或等于3分鐘。
并且，在本發(fā)明中，可以在將測定的周圍環(huán)境的溫度變化控制為較小值的環(huán)境下，并且縮短測定時(shí)間來進(jìn)行DMD測定，使得測定時(shí)間與被測定光纖在測定時(shí)的溫度變化率的乘積的絕對(duì)值小于或等于0.4℃。
并且，在本發(fā)明中，優(yōu)選為在進(jìn)行DMD測定前，將被測定光纖置于測定環(huán)境下，使該光纖的溫度與測定環(huán)境的溫度基本上相等后再進(jìn)行DMD測定。
根據(jù)本發(fā)明，在多模光纖的DMD測定中，通過邊將測定時(shí)間、測定光纖的溫度變化率的乘積的絕對(duì)值保持在較小值邊進(jìn)行測定，可以進(jìn)行高精度的DMD測定。
并且，通過控制周圍環(huán)境的溫度，使得測定溫度的變化減小，可以進(jìn)行高精度的DMD測定。
另外，通過縮短測定時(shí)間，能減小對(duì)測定光纖的溫度變化的影響，可以進(jìn)行高精度的DMD測定。
這樣，通過以較高的測定精度來實(shí)施多模光纖的DMD測定，可以保證產(chǎn)品的高質(zhì)量，而且將提高生產(chǎn)的成品率。


圖1是表示多模光纖的溫度變化量與脈沖的傳輸時(shí)間變化量比的關(guān)系的圖。
圖2是表示多模光纖的測定時(shí)間為10分鐘的情況下的溫度變化率與脈沖的傳輸時(shí)間變化量比的關(guān)系的圖。
圖3是表示多模光纖的測定時(shí)間分別為10分鐘、5分鐘、3分鐘的情況下的溫度變化率與脈沖傳輸時(shí)間變化量比的關(guān)系的圖。
圖4是表示在多模光纖的DMD測定中，被測定光纖的激勵(lì)位置的光纖的立體圖。
圖5是例示在多模光纖的DMD測定中，DMD測定波形的圖。
附圖符號(hào)說明1被測定光纖(多模光纖)，2纖芯區(qū)域，3包層區(qū)域，4激勵(lì)位置
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的多模光纖的測定方法的特征在于，在多模光纖的DMD測定中，在測定時(shí)間與被測定光纖在測定時(shí)的溫度變化率的乘積的絕對(duì)值小于或等于0.4℃、優(yōu)選小于或等于0.3℃的條件下，進(jìn)行DMD測定。
由于溫度變化而給DMD測定帶來影響的原因在于，要測定的光纖受溫度變化的影響，光纖的折射率及長度發(fā)生變化。即，原因就是由于溫度變化而使得光纖中的傳輸時(shí)間在溫度變化前后不同。對(duì)于使用脈沖在時(shí)間域內(nèi)進(jìn)行測定的DMD測定而言，該偏移直接反映于測定，而無法辨別通過DMD測定所測定的模式色散導(dǎo)致的變化。因此，溫度變化會(huì)使DMD測定的結(jié)果受到影響。
因此，首先通過計(jì)算來定量求得溫度變化給DMD測定帶來的影響。
接下來對(duì)該計(jì)算及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行說明。
長度為L、折射率為n的光纖，在溫度僅發(fā)生ΔT的變化時(shí)，其長度L’、折射率n’用線膨脹系數(shù)α和折射率溫度系數(shù)β，分別通過下式(1)、(2)來表示。
L’＝L+ΔL＝L+α·L·ΔT…(1)n’＝n+Δn＝n+β·ΔT …(2)另外，溫度變化前、溫度變化后的光纖傳輸時(shí)間t(L，n)、t(L+ΔL，n+Δn)如下式(3)、(4)所示。這里，c為高速。準(zhǔn)確地講，光纖中的傳輸速度因模式而不同，在將某一模式的群折射率設(shè)為ng時(shí)，則為c/ng，由于這里僅涉及傳輸時(shí)間的差，所以微小的差不會(huì)成為問題。由此，設(shè)ng≈n，并導(dǎo)出式(3)、(4)。
t(L,n)=L·nc...(3)]]>t(L+ΔL,n+Δn)=(L+ΔL)·(n+Δn)c...(4)]]>由此，溫度變化前后的光纖傳輸時(shí)間的差Δt如下式(5)所示。式(5)的第二行是忽略了第一行右邊的最后一項(xiàng)而近似整理出的式子。
Δt=t(L+ΔL,n+Δn)-t(L,n)=1c{L·Δn+n·ΔL+ΔL·Δn}...(5)]]>≈1c{L·Δn+n·ΔL}]]>這里，為了滿足測定標(biāo)準(zhǔn)(非專利文獻(xiàn)2)的要求，即“測定的波動(dòng)必須小于或等于要測定的DMD值的5％”，而推導(dǎo)出下式(6)。這里，DMDmin((ps/m))是假定進(jìn)行測定的最小DMD值。
|Δt|DMDmin×L≤0.05...(6)]]>由此，由式(6)的條件可以求得最大的溫度變化量ΔTmax。這里，ΔTmax是滿足式(6)的最大變化量的絕對(duì)值。
由上可知，“測定時(shí)間tmeasurement”與“測定中的光纖的溫度變化率kfiber”必須滿足下式(7)。
|tmeasurement×kfiber|≤ΔTmax…(7)具體的ΔTmax是由要測定的DMDmin和式(1)～(5)的α、β、n所決定的值。
假定被測定光纖為石英系光纖，以下試求具體值。作為線膨脹系數(shù)α和折射率溫度系數(shù)β、折射率n，分別代人合成石英的值α＝0.51×10-6(K-1)、β＝9.8×10-6(K-1)、n＝1.45250(波長850nm下)(參照非專利文獻(xiàn)4、5)。使溫度變化為0～1.0℃來進(jìn)行計(jì)算。圖1表示式(6)的左邊的計(jì)算結(jié)果。這里，DMDmin分0.30ps/m、0.20ps/m兩種情況進(jìn)行計(jì)算。該DMDmin值采用了DMD測定要求的測定精度所需要的值(參照后述的關(guān)于DMD測定的補(bǔ)充說明。)。從計(jì)算結(jié)果可知，為了將測定偏移控制為小于或等于DMDmin的5％，在該值為0.30ps/m、0.20ps/m時(shí)，容許溫度變化必須分別控制在±0.4℃、±0.3℃。
以下，基于該結(jié)果說明解決方法。
本發(fā)明的第一方法，在周圍環(huán)境的溫度得到控制了的位置進(jìn)行DMD測定，由此降低DMD測定的測定誤差。
作為表示該第一方法的有效性的實(shí)施例，進(jìn)行了如下的測定。使用單模光纖向被測定光纖的中心射入波長850nm的脈沖光，以十分鐘、兩分鐘的間隔測定射出脈沖的時(shí)間波形，從而測定其與最初測定的脈沖中心的偏移。該實(shí)驗(yàn)并非是DMD測定本身，而是通過使測定光纖傳輸脈沖光來求式(5)的Δt。測定中使用依據(jù)IEC60793-2-10(參照非專利文獻(xiàn)6)的Ala.2的石英系的50/125GI光纖3000m，控制測定周圍溫度，使得溫度變化率為+1.0℃/小時(shí)(以下簡記為h)、+2.0℃/h、+3.0℃/h、+4.0℃/h、+5.0℃/h左右，并進(jìn)行測定。測定結(jié)果如表1所示。
表1


并且，從該結(jié)果求每單位時(shí)間的脈沖中心的偏移量，假設(shè)測定時(shí)間tmeasurement＝10分鐘，DMDmin＝0.30ps/m、0.20ps/m，求出脈沖變化量對(duì)DMDmin的比(％)的結(jié)果如圖2所示。
圖2的值是由表1的五次測定平均求得的值。如果求得的量用公式表示，則下式(8)成立。在下式(8)中，表示Δt＝tmeasurement×每單位時(shí)間的脈沖的偏移量。
|Δt|DMDmin×L...(8)]]>這里，脈沖的偏移量使用了用測定光纖的長度進(jìn)行了歸一化的量。從該結(jié)果可知，如果測定時(shí)間為10分鐘，溫度變化率為+1.0℃/h左右，則測定的偏移相對(duì)于DMDmin小于或等于5％。與其相對(duì)，如果溫度變化率為+3.0℃/h左右，則測定的偏移相對(duì)于DMDmin遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過5％。
本發(fā)明的第二方法通過縮短測定時(shí)間來降低DMD測定的測定誤差。
作為該第二方法的實(shí)施例，在前述第一實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)中，假定測定時(shí)間為10分鐘、5分鐘、3分鐘的情況下，與圖2同樣地求出相對(duì)于溫度變化的脈沖的傳輸時(shí)間變化量比。其結(jié)果如圖3所示。
由該結(jié)果可知，如果縮短測定時(shí)間，則DMD測定所受的影響將減小，如果使測定時(shí)間為3分鐘，則溫度變化率即使為5.0℃/h，測定精度也可小于等于5％。
本發(fā)明的第三方法通過兼用前述第一、第二方法來進(jìn)一步降低測定精度。
作為第三方法的實(shí)施例，在第二方法的實(shí)施例所列舉出的圖3中，觀察溫度變化率為1.0℃/h且測定時(shí)間為3分鐘的情況，可知測定精度小于或等于1％。
從該結(jié)果可知，通過兼用第一、第二方法，可以實(shí)現(xiàn)精度非常高的DMD測定。
作為第三方法的第二個(gè)實(shí)施例，實(shí)際進(jìn)行了DMD測定。測定使用在波長850nm下，半徑0～23μm的DMD值為0.15ps/m、0.24ps/m這樣非常小的值的兩種光纖來進(jìn)行。這里列舉出的DMD值為，在測定時(shí)間為3分鐘且溫度變化率小于或等于±1.0℃/h的環(huán)境下，使用第三方法進(jìn)行十次測定的平均值。下面，設(shè)該條件下求得的值為DMDideal。并且，設(shè)用DMDideal以外的條件測得的DMD值為DMDmeasurement。下面要評(píng)價(jià)的測定誤差值為通過下式(9)求得的值。
DMDmeasurement-DMDidealDMDideal×100[%]...(9)]]>在測定條件為以下的四個(gè)條件下進(jìn)行。這里，溫度變化率2.0℃/h為在具有空調(diào)設(shè)備的房間內(nèi)的最大變動(dòng)幅度，溫度變化率4.0℃/h為在野外的大約變動(dòng)幅度。這里所示的值是實(shí)際測定時(shí)監(jiān)控溫度所得的最大變動(dòng)幅度，當(dāng)然溫度變動(dòng)有可能因季節(jié)、時(shí)間帶、氣候等而不同。
是測定時(shí)間為10分鐘、溫度變化率為±2.0℃/h的變動(dòng)；[2]是測定時(shí)間為10分鐘、溫度變化率為±4.0℃/h的變動(dòng)；[3]是測定時(shí)間為5分鐘、溫度變化率為±4.0℃/h的變動(dòng)；[4]是測定時(shí)間為3分鐘、溫度變化率為±2.0℃/h的變動(dòng)。
測定結(jié)果如表2所示。
表2

測定時(shí)間10分鐘、溫度變化率±2.0℃/hour的變動(dòng)[2]測定時(shí)間10分鐘、溫度變化率±4.0℃/hour的變動(dòng)[3]測定時(shí)間5分鐘、溫度變化率±4.0℃/hour的變動(dòng)[4]測定時(shí)間3分鐘、溫度變化率±2.0℃/hour的變動(dòng)從表2的結(jié)果可知，縮短測定時(shí)間，溫度變化小的測定誤差也小。
另外，在DMD測定中，由于波長850nm下的光纖傳輸損耗約為2.4dB/km這樣的較大值，因此為了減小測定干擾，需要增加測定平均化的次數(shù)，測定很費(fèi)時(shí)間。在該實(shí)施例中，作為減少測定時(shí)間的方法，通過增大光源的輸出并使用測定靈敏度高的檢測器來解決該問題。作為減少測定時(shí)間的方法，除此以外也可以提高檢測器的數(shù)據(jù)采樣速度等。
(關(guān)于DMD測定的補(bǔ)充說明)DMD測定是由IEC/PAS 60793-1-49(參照非專利文獻(xiàn)2)標(biāo)準(zhǔn)化了的測定方法，其是用于測定多模光纖的模色散的方法。所謂的DMD(Differential mode delay，差分模延遲)被定義為模式之間的延遲時(shí)間差，即，在被測定光纖的徑向位移(offset)的某個(gè)范圍內(nèi)(Rinner～Router)，最快模式與最慢模式的脈沖遲延時(shí)間差。
(DMD測定方法)
如圖4所示，使用具有纖芯區(qū)域2和設(shè)置于其外周的包層區(qū)域3的被測定光纖1，使光從激勵(lì)光纖(單模光纖)向該被測定光纖1的纖芯區(qū)域2的某個(gè)位置(激勵(lì)位置4)射入，并測定其脈沖響應(yīng)。使該激勵(lì)位置4從Rinner＝0μm(纖芯中心)到Router＝23μm進(jìn)行徑向變化，并測定各點(diǎn)的脈沖響應(yīng)。該脈沖響應(yīng)如圖5所示，按位移位置進(jìn)行記錄。
(DMD算出方法)從測定得來的數(shù)據(jù)中，將相當(dāng)于位移的峰值功率的25％的點(diǎn)設(shè)為快速轉(zhuǎn)折點(diǎn)、慢速轉(zhuǎn)折點(diǎn)(fast edge、slow edge)。將某一位移范圍內(nèi)(圖5中為R＝1～5μm)的快速轉(zhuǎn)折點(diǎn)(fast edge)中的最快點(diǎn)設(shè)為Tfast，將慢速轉(zhuǎn)折點(diǎn)(slow edge)中的最慢點(diǎn)設(shè)為Tslow。此時(shí)的DMD值如下式(10)所示。
DMD＝(Tslow-Tfast)-ΔTREF…(10)用入射脈沖的脈沖幅度ΔTpulse和波長色散的色散Δtchrom將ΔTREF表示于下式(11)。
ΔTREF＝(ΔT2pulse+Δt2chrom)1/2…(11)關(guān)于如上算出的DMD，分別算出徑向位移在R＝5～18μm的范圍(inner)和R＝0～23μm的范圍(outer)的DMD。
(DMD的標(biāo)準(zhǔn))依據(jù)IEC 60793-2-10(參照非專利文獻(xiàn)6)的Ala.2的、以10Gbps可傳輸300m的光纖，由DMD的計(jì)算方法算出的兩個(gè)DMD必須滿足表3中的六個(gè)模板(template)中的一個(gè)。
表3


權(quán)利要求
1.一種多模光纖的測定方法，其特征在于，在多模光纖的DMD測定中，監(jiān)控測定時(shí)間內(nèi)的溫度變化，在控制了溫度變化量的環(huán)境下進(jìn)行DMD測定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖的測定方法，其特征在于，測定時(shí)間與被測定光纖在測定時(shí)的溫度變化率的乘積小于或等于0.4℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖的測定方法，其特征在于，測定時(shí)間與被測定光纖在測定時(shí)的溫度變化率的乘積小于或等于0.3℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖的測定方法，其特征在于，在將周圍環(huán)境的溫度變化率控制為小于或等于±1.0℃/小時(shí)的環(huán)境下進(jìn)行測定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖的測定方法，其特征在于，使測定時(shí)間小于或等于10分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖的測定方法，其特征在于，使測定時(shí)間小于或等于3分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖的測定方法，其特征在于，在將周圍環(huán)境的溫度變化率控制為小于或等于±1.0℃的環(huán)境下，使測定時(shí)間小于或等于10分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖的測定方法，其特征在于，在進(jìn)行DMD測定前，將被測定光纖置于測定環(huán)境下，在該光纖的溫度與測定環(huán)境的溫度基本上相等后，進(jìn)行DMD測定。
全文摘要
本發(fā)明提供一種精密的測定方法，用于提高多模光纖的DMD測定精度，準(zhǔn)確地測定、評(píng)價(jià)多模光纖的特性。其特征在于，在多模光纖的DMD測定中，監(jiān)控測定時(shí)間內(nèi)的溫度變化，在控制了溫度變化量的環(huán)境下進(jìn)行DMD測定。
文檔編號(hào)G01M11/00GK1910435SQ20058000296
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月27日
發(fā)明者竹永勝宏, 官寧, 松尾昌一郎, 姬野邦治, 原田光一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社藤倉