УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИСПЕРСИИ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ МОД ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА (ВАРИАНТЫ) И ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2010 года по МПК G01M11/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к способу измерения двулучепреломления оптического волокна и к измерительному устройству, и к способу измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна и к оптическому волокну, и относится к методам точного и простого измерения двулучепреломления и дисперсии поляризационных мод оптического волокна в продольном направлении.

Данная заявка относится и по ней испрашивается приоритет на основании Японской патентной публикации 2005-117030, поданной 14 апреля 2005 г., и на основании Японской патентной публикации 2005-229263, поданной 8 августа 2005 г., содержание которых полностью включено в настоящее описание посредством ссылки.

Описание уровня техники

В последние годы рост пропускной способности и дальности оптических каналов связи привел к необходимости в снижении дисперсии поляризационных мод (далее "ДПМ") на линиях связи. ДПМ - это дисперсия, которая обусловлена различием в групповой скорости двух ортогональных компонентов собственной поляризации, которые распространяются в оптическом волокне (см. ссылку на патентные источники 1 и 2 и ссылку на непатентные источники 1-5).

ДПМ определяется двумя параметрами. Один из них - это величина двулучепреломления в оптическом волокне; другой - это величина взаимодействия поляризационных мод, которая указывает изменения продольного направления оси двулучепреломления в оптическом волокне.

Конкретные факторы, определяющие ДПМ в линии связи на основе оптического кабеля, включают в себя эллиптичность сердцевины волокна, асимметрию и т.п. напряжений, возникающих в сердцевине, и другие факторы, имеющие место в оптическом волокне, а также асимметрию напряжений, обусловленную изгибанием оптического волокна при изготовлении оптического кабеля, и другие факторы, связанные с процессами изготовления оптического кабеля. Поэтому, во избежание ухудшения ДПМ в оптических кабелях вследствие факторов в оптических волокнах, желательно измерять ДПМ, обусловленную факторами в оптическом волокне, до процессов изготовления оптического кабеля, и отбраковывать оптические волокна с низкими характеристиками ДПМ.

Оптическое волокно обычно наматывается на бобину для транспортировки к месту изготовления оптического кабеля. Однако оптическое волокно, намотанное на бобину, подвергается изгибу и двулучепреломлению, обусловленному поперечным давлением при намотке на бобину; кроме того, оптические волокна входят в контакт друг с другом или подвергаются существенному кручению при наматывании на бобину, что обуславливает взаимодействие поляризационных мод. По этой причине ДПМ оптического волокна, намотанного на бобину, не совпадает с ДПМ, обусловленной факторами в оптическом волокне.

Таким образом, для измерения ДПМ, обусловленной факторами в оптическом волокне, применяется способ, согласно которому оптическое волокно удаляют из бобины и наматывают с диаметром от 20 см до 100 см, и, путем погружения волокна в жидкость, удельный вес которой близок к удельному весу оптического волокна, устраняют двулучепреломление, обусловленное поперечным давлением и изгибом малого радиуса, а также взаимодействие поляризационных мод, обусловленное контактом между оптическими волокнами, и измеряют ДПМ. Это измерение ДПМ описано, например, в ссылке на непатентный источник 5.

Согласно ссылке на непатентный источник 4 ДПМ обладает статистическими свойствами, и поэтому измерения сопряжены с неопределенностью. Для снижения этой неопределенности, можно использовать способы увеличения полной ДПМ оптического волокна для измерения, расширения длин волны для измерения, или приложения возмущения к измеряемому оптическому волокну и осуществления многократных измерений.

Ссылка на патентный источник 1: Международная патентная публикация WO 2004/010098.

Ссылка на патентный источник 2: Международная патентная публикация WO 2004/045113.

Ссылка на непатентный источник 1: Е. Chausse, N. Gisin, Ch. Zimmer, "POTDR, depolarization and detection of sections with large PMD", OFMC '95.

Ссылка на непатентный источник 2: Tadao Tsuruta, Ouyou Kougaku 2, стр.197-200, BAIFUKAN CO., LTD.

Ссылка на непатентный источник 3: R.C. Jones, "A new calculus for the treatment of optical systems VI. Experimental determination of the matrix", JOSA, т.37, стр.110-112, 1947.

Ссылка на непатентный источник 4: N. Gisin, "How accurately can one measure a statistical quantity like polarization-mode dispersion", PTL, т.8, №12, стр.1671-1673, дек. 1996.

Ссылка на непатентный источник 5: B.L. Heffher, "Automated measurement of polarization mode dispersion using Jones matrix eigenanalysis", IEEE Photonics Tech. Lett. т.4, №9, сен. 1992.

Однако способы измерения ДПМ, отвечающие уровню техники, сопряжены со следующими проблемами.

Для увеличения полной ДПМ оптического волокна для измерения, общую длину оптического волокна для измерения следует сделать большой, если оптическое волокно для измерения имеет малую ДПМ; но поскольку оптическое волокно, используемое в измерениях ДПМ в свободном состоянии, нельзя снова использовать в качестве изделия, этот способ требует оптического волокна большой длинны всякий раз при осуществлении измерения, что приводит к заметному проценту отходов. Кроме того, способы, предусматривающие расширение длин волны для измерения, подлежат ограничениям, связанным с рабочими длинами волны источника света, что приводит к ограничению сферы применения таких способов. Кроме того, способы, требующие неоднократных измерений, требуют время для осуществления измерений и неэффективны.

Теперь опишем другую технологию, отвечающую уровню техники, и проблемы, связанные с этой технологией. Ввиду больших флуктуации ДПМ в зависимости от условий предварительного формирования и вытягивания оптического волокна, обычно оптические волокна, изготовленные в одинаковых условиях, демонстрируют, по существу, одинаковые значения ДПМ, но вследствие непредвиденных причин, в ряде случаев происходит частичное ухудшение ДПМ, поэтому желательно осуществлять измерения в продольном направлении.

Способы продольного измерения двулучепреломления и ДПМ, отвечающие уровню техники, включают в себя способы, описанные в ссылках на патентный источник 1 и 2. Эти способы предусматривают измерение двулучепреломления и ДПМ на основании степени расплывания формы сигнала ОВРМ (оптического временного рефлектометра), наблюдаемого при размещении поляризатора между ОВРМ и оптическим волокном для измерения. Однако эти способы измерения сталкиваются с рядом проблем.

Прежде всего, согласно способам, отвечающим уровню техники, амплитуда сигнала зависит от состояния поляризации падающего света и от угла оси двулучепреломления оптического волокна, из-за чего возникает проблема, состоящая в невозможности осуществления точных измерений. Например, когда поляризация падающего света является линейной поляризацией, амплитуда максимальна, когда угол между направлением линейной поляризации и осью двулучепреломления равен 45°, но когда эти два направления совпадают, амплитуда равна нулю. Эта проблема оказывает серьезное влияние на результаты измерения дисперсии поляризационных мод с использованием традиционных способов.

Кроме того, согласно способам, отвечающим уровню техники, разброс относительно кривой аппроксимации методом наименьших квадратов используется в качестве показателя расплывания формы сигнала ОВРМ; для этого следует производить усреднение по определенному интервалу, что само по себе не позволяет добиться высокого разрешения.

Кроме того, способы, отвечающие уровню техники, отличаются простой конфигурацией, благодаря использованию ОВРМ общего назначения; но поскольку источник света ОВРМ общего назначения имеет большую ширину спектра, от 5 нм до 20 нм, при прохождении точки с большой ДПМ, возникает явление, состоящее в том, что состояние поляризации импульса зависит от длины волны, вследствие чего амплитуда усредняется и уменьшается; поэтому возникает проблема, связанная с невозможностью осуществления последовательных измерений ДПМ (см. ссылку на непатентный источник 1).

Сущность изобретения

Данное изобретение предложено в свете вышеописанных обстоятельств, и ставит своей задачей обеспечение способа измерения, с высокой точностью и за короткий промежуток времени, двулучепреломления и ДПМ короткого оптического волокна, имеющего сравнительно малую ДПМ в свободном состоянии, и устройства для осуществления этого способа.

Дополнительной задачей данного изобретения является обеспечение способа и устройства для точного продольного измерения двулучепреломления и ДПМ оптического волокна в свободном состоянии с произвольным разрешением, с тем условием, чтобы даже наличие точки с большой ДПМ посередине волокна не оказывало влияния на результаты последующих измерений.

Для решения поставленных задач данное изобретение предусматривает способ измерения двулучепреломления оптического волокна, в котором получают двухпроходную матрицу Джонса R(z) для первого интервала (0, z) от начальной точки измерения 0 в оптическом волокне для измерения до предписанной позиции z, и двухпроходную матрицу Джонса R(z+Δz) для второго интервала (0, z+Δz) от начальной точки измерения 0 до позиции z+Δz, отличной от позиции z, определяют собственные значения ρ₁, ρ₂ матрицы R(z+Δz)R(z)^-1, и, решая следующие уравнения (1) и (2),

где ϕ обозначает разность фаз между линейно поляризованными компонентами, обусловленную двулучепреломлением, Δn обозначает двулучепреломление, и λ обозначает длину волны,

получают двулучепреломление в бесконечно малом интервале Δz от позиции z до позиции z+Δz.

Согласно способу измерения двулучепреломления оптического волокна, отвечающему данному изобретению, предпочтительно использовать поляризационный ОВРМ для получения двухпроходных матриц Джонса оптического волокна для измерения.

Кроме того, данное изобретение предусматривает устройство измерения двулучепреломления оптического волокна, имеющее средство управления хронированием; средство формирования импульсного света, действующее под управлением средства управления хронированием; средство преобразования поляризации, которое преобразует импульсный свет из средства формирования импульсного света в поляризованное состояние; средство оптической рециркуляции, которое вводит импульсный свет из средства преобразования поляризации в один конец оптического волокна для измерения, и которое выводит свет обратного рассеяния, возвращающийся в один конец оптического волокна для измерения; средство выявления поляризации, действующее под управлением средства управления хронированием, которое выявляет состояние поляризации света, выходящего из средства оптической рециркуляции, как временной ряд; и средство анализа, которое на основании выходного сигнала средства выявления поляризации использует способ измерения двулучепреломления для измерения двулучепреломления оптического волокна для измерения.

Кроме того, данное изобретение предусматривает способ измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна, в котором двулучепреломление оптического волокна для измерения в свободном состоянии, измеряемое с использованием способа измерения двулучепреломления оптического волокна, и связь с дисперсией поляризационных мод оптического волокна для измерения в свободном состоянии, используют для измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна для измерения в свободном состоянии.

Кроме того, данное изобретение предусматривает способ измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна, в котором удаляют участок оптического волокна, намотанного на бобину и, после использования способа измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна для измерения дисперсии поляризационных мод измеренное значение дисперсии поляризационных мод принимают как дисперсию поляризационных мод, когда все оптическое волокно, намотанное на бобину, находится в свободном состоянии.

Кроме того, данное изобретение предусматривает способ измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна, в котором двулучепреломление оптического волокна для измерения в свободном состоянии, измеряемое с использованием способа измерения двулучепреломления оптического волокна, и связь с дисперсией поляризационных мод оптического волокна для измерения в свободном состоянии, используют для измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна для измерения в свободном состоянии, когда оно находится в состоянии намотки на бобину.

Кроме того, данное изобретение предусматривает способ измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна, в котором двулучепреломление оптического волокна для измерения в состоянии намотки на бобину, измеряемое с использованием способа измерения двулучепреломления оптического волокна, и связь с дисперсией поляризационных мод оптического волокна для измерения в свободном состоянии, используют для измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна для измерения в свободном состоянии, когда оно находится в состоянии намотки на бобину.

Согласно способу измерения дисперсии поляризационных мод величина кручения, приложенная к оптическому волокну для измерения в состоянии намотки на бобину может составлять 1 рад/м или менее.

Согласно способу измерения дисперсии поляризационных мод двулучепреломление можно измерять для участка, на котором эффекты натяжения намотки на бобину и поперечного давления, обусловленного намоткой самого оптического волокна, малы, и это двулучепреломление оптического волокна для измерения можно использовать как репрезентативное значение, и использовать как дисперсию поляризационных мод оптического волокна, когда все оптическое волокно, намотанное на бобину, находится в свободном состоянии.

Согласно способу измерения дисперсии поляризационных мод прокладочный материал можно поместить в месте, где оптическое волокно для измерения контактирует с бобиной, на которую намотано оптическое волокно, для уменьшения поперечного давления на оптическое волокно, и, кроме того, можно устранить эффект флуктуации состояния поляризации в ходе измерений, обусловленных расширением и сжатием бобины вследствие изменений температуры в условиях измерения.

Согласно способу измерения дисперсии поляризационных мод после временного ослабления натяжения оптического волокна можно измерять двулучепреломление оптического волокна для измерения, когда оно находится в состоянии намотки на бобину, и можно измерять дисперсию поляризационных мод оптического волокна в свободном состоянии.

Кроме того, данное изобретение предусматривает оптическое волокно, в котором дисперсия поляризационных мод, измеряемая вышеописанным способом измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна, составляет 0,1 пс·км 1/2 или менее.

В этом оптическом волокне величина приложенного кручения в состоянии намотки на бобину может составлять 1 рад/м или менее.

В этом оптическом волокне можно отображать значение или верхний предел измеренной дисперсии поляризационных мод.

Согласно данному изобретению получают двухпроходную матрицу Джонса R(z) для первого интервала (0, z) от начальной точки измерения 0 в оптическом волокне для измерения до предписанной позиции z и двухпроходную матрицу Джонса R(z+Δz) для второго интервала (0, z+Δz) от начальной точки измерения 0 до позиции z+Δz, отличной от позиции z, в оптическом волокне для измерения, определяют собственные значения ρ₁, ρ₂ матрицы R(z+Δz)R(z)^-1, и получаются путем вычисления двулучепреломление бесконечно малого интервала Δz и получают ДПМ оптического волокна на основании полученного, таким образом, двулучепреломления оптического волокна, что позволяет обеспечить способ и устройство для точного измерения, в короткий промежуток времени, двулучепреломления и ДПМ короткого оптического волокна, находящегося в свободном состоянии и имеющего сравнительно малую ДПМ.

Кроме того, данное изобретение позволяет обеспечить способ и устройство для измерения в продольном направлении, точно и с произвольным разрешением, двулучепреломления и ДПМ оптического волокна в свободном состоянии, при этом даже наличие точки с большой ДПМ посередине волокна не оказывает влияния на результаты последующих измерений.

Кроме того, благодаря данному изобретению, ДПМ оптического волокна в свободном состоянии можно оценить для оптического волокна в состоянии намотки на бобину или в состоянии намотки на бобину с временно ослабленным натяжением.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - общая схема, поясняющая интервал измерения согласно способу измерения двулучепреломления оптического волокна, отвечающему данному изобретению.

Фиг.2 - блок-схема аспекта устройства измерения двулучепреломления оптического волокна, отвечающего данному изобретению.

Фиг.3 - блок-схема иллюстративного средства формирования импульсного света устройства измерения двулучепреломления оптического волокна, отвечающего данному изобретению.

Фиг.4 - блок-схема другого иллюстративного средства формирования импульсного света устройства измерения двулучепреломления оптического волокна, отвечающего данному изобретению.

Фиг.5 - блок-схема иллюстративного средства преобразования поляризации устройства измерения двулучепреломления оптического волокна, отвечающего данному изобретению.

Фиг.6 - блок-схема другого иллюстративного средства преобразования поляризации устройства измерения двулучепреломления оптического волокна, отвечающего данному изобретению.

Фиг.7 - блок-схема еще одного иллюстративного средства преобразования поляризации устройства измерения двулучепреломления оптического волокна, отвечающего данному изобретению.

Фиг.8 - блок-схема еще одного иллюстративного средства преобразования поляризации устройства измерения двулучепреломления оптического волокна, отвечающего данному изобретению.

Фиг.9 - блок-схема другого аспекта устройства измерения двулучепреломления оптического волокна, отвечающего данному изобретению.

Фиг.10 - пример двулучепреломления, измеренного способом измерения, отвечающим данному изобретению, когда кручение в одном направлении применяется после отвердевания оптического волокна.

Фиг.11 - пример фактического двулучепреломления и двулучепреломления, измеренного способом измерения, отвечающим данному изобретению, когда кручение в одном направлении применяется до отвердевания оптического волокна.

Фиг.12 - пример фактического двулучепреломления и двулучепреломления, измеренного способом измерения, отвечающим данному изобретению, когда синусоидальное вращение применяется до отвердевания оптического волокна.

Фиг.13 - двулучепреломления, измеренного способом, отвечающим данному изобретению, с результатами измерения для десяти измерений ДПМ традиционным способом.

Фиг.14 - сравнение результатов измерения для одного измерения ДПМ традиционным способом с результатами измерения для десяти измерений ДПМ традиционным способом.

Фиг.15 - пример продольного измерения двулучепреломления оптического волокна, намотанного на бобину.

Фиг.16 - пример продольного измерения двулучепреломления оптического волокна, намотанного на бобину.

Фиг.17 - взаимосвязь между продольным распределением двулучепреломления, измеренным для оптического волокна в состоянии намотки на бобину, и ДПМ, когда оптическое волокно разделено надвое в центре и находится в свободном состоянии.

Фиг.18 - взаимосвязь между продольным распределением двулучепреломления, измеренным для оптического волокна, намотанного на бобину, приспособленную для временного ослабления натяжения, в состоянии ослабленного натяжения, и ДПМ, когда оптическое волокно разделено надвое в центре и находится в свободном состоянии.

Фиг.19 - график, демонстрирующий результат сравнения двулучепреломления в состоянии намотки на бобину, и ДПМ оптического волокна, находящегося в свободном состоянии.

Фиг.20 - график, демонстрирующий результат сравнения двулучепреломления оптического волокна, находящегося в свободном состоянии, и ДПМ оптического волокна, находящегося в свободном состоянии.

Фиг.21 - график, демонстрирующий результат сравнения двулучепреломления в состоянии намотки на бобину, и двулучепреломления оптического волокна, находящегося в свободном состоянии.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Ниже приведено описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на чертежи. Однако изобретение не ограничивается нижеизложенными вариантами осуществления, и, например, составные элементы этих вариантов осуществления можно соответствующим образом комбинировать.

Прежде всего, рассмотрим способ измерения двулучепреломления оптического волокна, отвечающий данному изобретению.

На фиг.1 показана общая схема, поясняющая интервал измерения согласно способу измерения двулучепреломления оптического волокна, отвечающему данному изобретению. Согласно способу измерения двулучепреломления, отвечающему изобретению, задают первый интервал (0, z) от начальной точки измерения 0 до предписанной позиции z в оптическом волокне для измерения, и задают второй интервал (0, z+Δz) от начальной точки измерения 0 до позиции z+Δz, отличной от позиции z;

интервал от позиции z до позиции z+Δz (интервал, который является разностью между первым интервалом и вторым интервалом) представляет собой бесконечно малый интервал Δz.

Кроме того, если однопроходная матрица Джонса для первого интервала (0, z) равна J₁, однопроходная матрица Джонса для бесконечно малого интервала Δz равна

J₂, и двухпроходная матрица Джонса для первого интервала (0, z) равна R(z), то получаем соотношение, выражаемое следующим уравнением (3).

Для матрицы R(z+Δz)R(z)^-1 получается следующее уравнение (4).

В оптическом волокне в свободном состоянии и в оптическом волокне в оптическом кабеле, изменения оси двулучепреломления оптического волокна и кручение, приложенное к оптическому волокну, осуществляются постепенно, поэтому можно считать, что в бесконечно малом интервале Δz присутствует только линейное двулучепреломление, и угол оси двулучепреломления также можно считать постоянным. Тогда однопроходная матрица Джонса J₂ для бесконечно малого интервала Δz задается следующим уравнением (5), где угол быстрой оси двулучепреломления равен θ, и разность фаз с ортогональной поляризацией, обусловленной двулучепреломлением, равен ϕ.

(В уравнении (5), P₂ это матрица, компоненты которой представляют собой собственные векторы матрицы J₂, и Q₂ - это диагональная матрица, диагональные компоненты которой представляют собой собственные значения матрицы J₂). Отсюда получаем следующее уравнение (6).

В этом случае, получаем следующее уравнение (7).

С другой стороны, после диагонализации, R(z+Δz)R(z)^-1 можно выразить посредством уравнения (8).

Таким образом, получаем следующее уравнение (9).

Отсюда следует, что диагональная матрица Q', полученная диагонализацией матрицы R(z+Δz)R(z)^-1, равна квадрату диагональной матрицы Q₂, полученной диагонализацией матрицы Джонса J₂ для бесконечно малого интервала (z,z+Δz). Таким образом, получаем следующее уравнение (10).

Диагональные элементы Q' являются собственными значениями R (z+Δz)R(z)^-1, поэтому, если два собственных значения ρ₁, ρ₂ R(z+Δz)R(z) ^-1 заданы уравнением (11),

ρ₁=exp(ϕ)

то следующие уравнения (12) и (13)

можно использовать для получения измеренного двулучепреломления в произвольном бесконечно малом интервале Δz, т.е. продольного двулучепреломления.

Производя обработку усреднения значений двулучепреломления, измеренных таким образом с необходимым разрешением, можно осуществлять измерения двулучепреломления с произвольным разрешением.

При расчетах двулучепреломления согласно способу измерения двулучепреломления, отвечающему данному изобретению, на матрицу Джонса для первого интервала (0, z) не налагается никаких конкретных ограничений, поэтому свойства матрицы Джонса для первого интервала (0, z) не влияют на измерения.

Теперь рассмотрим вариант осуществления изобретения - устройство измерения двулучепреломления оптического волокна, со ссылкой на чертежи.

На фиг.2 показана блок-схема варианта осуществления изобретения - устройство измерения двулучепреломления оптического волокна. Устройство 1 измерения двулучепреломления согласно этому варианту осуществления изобретения содержит средство 11 управления хронированием; средство 12 формирования импульсного света, действующее под управлением средства 11 управления хронированием; средство 13 преобразования поляризации, которое преобразует состояние поляризации импульсного света из средства 12 формирования импульсного света; средство 14 оптической рециркуляции, которое вводит импульсный свет из средства 13 преобразования поляризации в один конец оптического волокна для измерения, и которое выводит свет обратного рассеяния, возвращающийся в один конец оптического волокна для измерения; средство 15 выявления поляризации, действующее под управлением средства 11 управления хронированием, которое выявляет состояние поляризации света, выходящего из средства 14 оптической рециркуляции; и средство 16 анализа, которое на основании выходного сигнала средства 15 выявления поляризации использует вышеописанный способ измерения двулучепреломления для измерения двулучепреломления оптического волокна 2 для измерения.

В устройстве 1 измерения двулучепреломления согласно этому варианту осуществления изобретения импульсный свет, выходящий из средства 12 формирования импульсного света, действующего под управлением средства 11 управления хронированием, поступает в средство 13 преобразования поляризации, и после преобразования в три разных состояния поляризации выводится.

Импульсный свет, выходящий из средства 13 преобразования поляризации, входит в один конец оптического волокна 2 для измерения из средства 14 оптической рециркуляции, и свет обратного рассеяния, возвращающийся к этому концу, поступает из средства 14 оптической рециркуляции в средство 15 анализа поляризации, действующее 11 под управлением средства управления хронированием, и состояние поляризации возвращающегося света выявляется как данные временного ряда.

При измерении состояния поляризации значения интенсивности четырех поляризованных компонентов, содержащихся в возвращающемся свете, а именно горизонтально поляризованного компонента, вертикально поляризованного компонента, компонента, линейно поляризованного под углом 45°, и компонента правой круговой поляризации, измеряются как временной ряд, вычисляются параметры Стокса, и полностью поляризованные компоненты преобразуются в векторы Джонса (см. ссылку на непатентный источник 2). Производя эти операции с использованием временного ряда, можно выявить состояния поляризации как временной ряд.

Средство 16 анализа измеряет двухпроходную матрицу Джонса оптического волокна 2 для измерения на основе данных временного ряда для состояний поляризации возвращающегося света, для трех типов состояний поляризации, полученных преобразованием с помощью средства 13 преобразования поляризации. Способ вычисления матрицы Джонса из выходного поляризованного света для трех разных типов входного поляризованного света, например, подробно описан в ссылке на непатентный источник 3.

Теперь рассмотрим конфигурацию средства 12 формирования импульсного света, используемого в этом устройстве 1 измерения двулучепреломления. Источник света ОВРМ общего назначения имеет большую ширину спектра от 5 нм до 20 нм, поэтому после прохождения точки с большой ДПМ имеет место явление, состоящее в том, что состояния поляризации в импульсе зависят от длины волны, и амплитуда усредняется и уменьшается, из-за чего возникает общеизвестная проблема невозможности последующих измерений ДПМ (см. ссылку на непатентный источник 1). Поэтому желательно, чтобы импульсный свет, выходящий из средства 12 формирования импульсного света, имел малую ширину спектра.

Однако при малой ширине спектра импульсного света возникает другая проблема. При сужении спектра когерентность источника света возрастает, из-за чего имеет место интерференция со светом обратного рассеяния из разных позиций, проявляющаяся как существенный шум в ходе измерений с помощью ОВРМ. Это так называемый когерентный шум.

Согласно одному эффективному способу устранения влияния когерентного шума на форму сигнала ОВРМ регулятор 122 фазы, в котором используется электрооптический эффект, акустооптический эффект и т.п., помещают после источника 121 импульсного света средства 12 формирования импульсного света, как показано на фиг.3, благодаря чему ширина спектра источника 121 импульсного света расширяется в достаточной степени, чтобы изменениями состояния поляризации, обусловленными изменением длины волны, можно было пренебречь, тем самым, снижая когерентность. Кроме того, поместив фильтр, зависящий от длины волны, после источника 121 импульсного света с большой шириной спектра, изменениями состояния поляризации, обусловленные изменением длины волны, можно пренебречь, и можно получить аналогичные преимущественные результаты даже, когда спектр сужается до такой степени, что когерентность не составляет проблемы.

Ширина спектра длин волны должна быть такой, чтобы изменения состояния поляризации, обусловленные изменением длины волны в разных точках оптического волокна 2 для измерения, можно было пренебречь; поскольку это зависит от величины совокупной ДПМ в каждой точке оптического волокна 2 для измерения, ширину спектра невозможно определить однозначно, но ширина спектра в 0.1 нм достаточна для устранения когерентного шума, и увеличение ширины не требуется.

Теперь рассмотрим другой вариант осуществления средства 12 формирования импульсного света, используемого в устройстве 1 измерения двулучепреломления оптического волокна, отвечающем данному изобретению. Согласно фиг.4, если в состав средства 12 формирования импульсного света входит оптический усилитель 123, импульсный свет усиливается, что позволяет осуществлять измерения на более значительных расстояниях. В этом случае, оптический усилитель 123 излучает свет спонтанно, поэтому предпочтительно, чтобы средство 124 подавления спонтанного излучения располагалось после оптического усилителя 123, чтобы спонтанное излучение не попадало в оптическое волокно 2 для измерения в то время, когда импульсы не выводятся. В качестве средства подавления спонтанного излучения можно использовать акустооптический модулятор или другой оптический модулятор.

Перейдем к описанию средства 13 преобразования поляризации. Средство 13 преобразования поляризации, используемое в данном изобретении, должно иметь возможность формировать три разных состояния поляризации, и должно иметь такую конфигурацию, чтобы сформированные состояния поляризации можно было выявлять. Согласно фиг.5, когда волновая пластинка 131 используется независимо в качестве средства преобразования поляризации, если состояние поляризации света, падающего на волновую пластинку 131, изменяется, состояние поляризации излучаемого света изменяется; поэтому желательно, чтобы весь оптический путь от средства 12 формирования импульсного света, излучающего линейно поляризованный свет, до средства 13 преобразования поляризации был обеспечен с использованием компонентов, поддерживающих поляризацию (оптического волокна, поддерживающего поляризацию, или других световодов, поддерживающих поляризацию), чтобы состояние поляризации света, падающего на средство 13 преобразования поляризации оставалось постоянным.

Перейдем к описанию другого средства 13 преобразования поляризации согласно данному изобретению. Согласно фиг.6, если в качестве средства 13 преобразования поляризации используется поляризатор 132, то даже, когда состояние поляризации света, падающего на средство 13 преобразования поляризации, не определено, свет, испускаемый средством 13 преобразования средства, преобразования поляризации является линейно поляризованным светом. Поэтому предпочтительно, чтобы, путем изменения угла средства 13 преобразования поляризации, можно было создавать состояние произвольной линейной поляризации. При этом, в ряде случаев, при изменении угла поляризатора 132, мощность излучения из поляризатора 132 уменьшается в соответствии с углом, и отношение С/Ш измерений ОВРМ снижается. Поэтому, согласно фиг.8, предпочтительно располагать еще одно средство 18 преобразования поляризации перед средством 13 преобразования поляризации, чтобы, путем изменения состояния поляризации света, входящего в средство 13 преобразования поляризации, можно было регулировать мощность излучения из поляризатора в средстве 13 преобразования поляризации.

Перейдем к описанию еще одного средства 13 преобразования поляризации согласно изобретению. При использовании конфигурации, в которой поляризатор 133 и волновая пластинка 134, размещенная после него, используются в качестве средства 13 преобразования поляризации, как показано на фиг.7, даже когда состояние поляризации света, входящего в средство 13 преобразования поляризации не определено, свет, выходящий из средства 13, преобразования поляризации является линейно поляризованным светом, и волновая пластинка 134 создает предпочтительное состояние поляризации. В этом случае предпочтительно использовать конфигурацию, в которой, путем изменения угла поляризатора 133 в соответствии с состоянием поляризации света, входящего в средство 13 преобразования поляризации, можно регулировать выходную мощность поляризатора 133. Еще более предпочтительно использовать конфигурацию, в которой еще одно средство 18 преобразования поляризации располагается перед средством 13 преобразования поляризации, благодаря чему, путем изменения состояния поляризации света, входящего в средство 13 преобразования поляризации, можно регулировать мощность, излучаемую из поляризатора 133 в средстве 13 преобразования поляризации.

Теперь рассмотрим еще один вариант осуществления устройства измерения двулучепреломления согласно изобретению. Состояние поляризации света, проходящего через оптическое волокно, сильно изменяется, когда оптическое волокно подвергается изгибу, внешним силам и другим возмущениям извне. Поэтому при использовании поляризаторов 132, 133 в средстве 13 преобразования поляризации, если возмущение прилагается извне в ходе измерений на оптическом пути, соединяющем средство 12 формирования импульсного света и средство 13 преобразования поляризации, величины света, проходящего через поляризаторы 132 и 133 в средстве 13 преобразования поляризации изменяются, что оказывает большое влияние на результаты измерения. Поэтому, как показано на фиг.9, предпочтительно, чтобы средство 19 оптического разветвления и средство 20 оптического выявления располагались после средства 13 преобразования поляризации, чтобы можно было измерять изменения количеств света, проходящего через поляризаторы 132 и 133, и чтобы можно было осуществлять мониторинг наличия эффекта возмущений, а также управлять средством 13 преобразования поляризации и, таким образом, всегда получать заданную интенсивность импульсного света.

Теперь рассмотрим еще один вариант осуществления устройства измерения двулучепреломления согласно изобретению. Когда в ходе измерений к оптическому волокну для измерения 2 применяются аналогичные возмущения, матрица Джонса для оптического волокна изменяется, и это влияет на результаты измерения. Поэтому способ, предусматривающий осуществление двух или более измерений, для одной и той же входной поляризации и сравнение результатов, для отслеживания возмущений, прилагаемых к оптическому волокну 2 для измерения в ходе измерений, представляется эффективным. В частности, можно использовать конфигурацию, в которой, благодаря внедрению в средство 16 анализа вышеописанной программы измерения, предусматривающей осуществление двух или более измерений для одной и той же входной поляризации и сравнение результатов, можно отображать приложение возмущений к оптическому волокну 2 для измерения в ходе измерений. Для осуществления двух или более измерений не обязательно использовать все три входные поляризации; обычно достаточно осуществлять два измерения с одним и тем же входным состоянием поляризации в начале и на конце, и сравнивать результаты измерения.

Теперь рассмотрим способ измерения ДПМ, отвечающий данному изобретению. Особенностью способа измерения ДПМ, отвечающего данному изобретению, является определение ДПМ в оптическом волокне 2 для измерения на основании двулучепреломления оптического волокна 2 для измерения, измеряемого с использованием вышеописанного способа измерения двулучепреломления, отвечающего данному изобретению.

Как объяснено выше, ДПМ определяется двумя факторами, а именно локальным двулучепреломлением и взаимодействием поляризационных мод. Поэтому, когда взаимодействие поляризационных мод можно считать, по существу, постоянным, и когда существует фиксированная взаимосвязь между величиной локального двулучепреломления и взаимодействием поляризационных мод, значение взаимодействия поляризационных мод можно измерять с использованием локального двулучепреломления, что позволяет измерять значение ДПМ.

В общем случае, чем больше двулучепреломление оптического волокна, находящегося в свободном состоянии, тем меньше взаимодействие поляризационных мод, и чем меньше двулучепреломление, тем больше взаимодействие поляризационных мод; таким образом, существует фиксированная взаимосвязь между величиной двулучепреломления и взаимодействием поляризационных мод, и предварительно определив эту взаимосвязь экспериментальным путем, можно измерять ДПМ через величину двулучепреломления. Этот способ особенно эффективен для измерения ДПМ в коротком оптическом волокне, в котором ДПМ в свободном состоянии сравнительно мала.

Оптическое волокно общей длиной 3000 м фактически находилось в свободном состоянии, и измерительное устройство, отвечающее данному изобретению, использовали для измерения двулучепреломления на длине волны 1,55 мкм. Затем ДПМ оптического волокна в свободном состоянии измерили для диапазона длины волны 1,55 мкм; сравнение результатов приведено на фиг.13. Результаты измерения ДПМ, приведенные на фиг.13, получали путем изменения установленного состояния оптического волокна после каждого измерения, осуществляя 10 измерений ДПМ для оптического волокна в свободном состоянии, и усредняя результаты.

На фиг.14 сравнивается один результат измерения, извлеченный из десяти результатов со средним по 10 измерениям при измерении ДПМ оптического волокна в свободном состоянии. В силу статистической природы ДПМ, среднее значение для 10 измерений считается более близким к истинному значению; но из сравнения фиг.13 и фиг.14, следует, что результаты сравнения с двулучепреломлением, измеряемым с использованием способа, отвечающего данному изобретению, отчетливо демонстрируют более сильную корреляцию, чем результаты сравнения с единичным измерением ДПМ. Поэтому способ, отвечающий данному изобретению, способен обеспечивать точное измерение ДПМ.

Согласно ссылке на непатентный источник 4, когда точность измерения ДПМ выражается стандартным отклонением σ от истинного значения, то σ обратно пропорционально степени 1/2 полной ДПМ. Кроме того, поскольку полная ДПМ пропорциональна степени 1/2 длины оптического волокна, σ обратное пропорционально степени 1/4 длины оптического волокна. Поэтому, хотя в этом варианте осуществления используется оптическое волокно длиной 3000 м, при использовании оптического волокна длиной 1000 м этот параметр ухудшится примерно в 1,6 раза; при длине 300 м, этот параметр ухудшится примерно в 1,8 раза; и при длине 100 м, этот параметр ухудшится примерно в 2,3 раза. Поэтому при использовании более короткого оптического волокна, чем в этом варианте осуществления, для осуществления аналогичных измерений, корреляция, показанная на фиг.14, предположительно будет ослабевать. С другой стороны, поскольку двулучепреломление не является статистической величиной, точность измерения не зависит от длины измеряемого оптического волокна. Таким образом, способ, отвечающий данному изобретению, особенно полезен, в сравнении со способами прямого измерения ДПМ, отвечающими уровню техники, для измерения ДПМ короткого оптического волокна со сравнительно малой ДПМ.

Опишем другой способ измерения ДПМ, отвечающий данному изобретению. Как объяснено выше, ДПМ оптического волокна, намотанного на бобину, и ДПМ в свободном состоянии не совпадают. Однако, в случаях, когда величина двулучепреломления вследствие приложения внешней силы мала по сравнению с величиной внутреннего двулучепреломления, или когда кручение, приложенное к оптическому волокну, мало, значения двулучепреломления оптического волокна в двух состояниях примерно одинаковы. В подобных случаях существует взаимосвязь между двулучепреломлением оптического волокна, намотанного на бобину, и двулучепреломлением оптического волокна, находящегося в свободном состоянии; и ДПМ оптического волокна, находящегося в свободном состоянии, можно измерять на основании двулучепреломления оптического волокна, намотанного на бобину.

В случаях, приложение кручения или поперечного давления после отвердевания оптического волокна, влияет на значение двулучепреломления, измеренное с использованием способа, отвечающего данному изобретению, и это значение отличается от двулучепреломления оптического волокна, находящегося в свободном состоянии; но когда все оптическое волокно подвергается аналогичным процессам и наматывается на бобину, т.е. подвергается общим производственным процессам, влияние является, по существу, постоянным. Поэтому, когда влияние можно считать постоянным, существует взаимосвязь между значением двулучепреломления, измеренным способом, отвечающим данному изобретению, в состоянии намотки на бобину, и значением двулучепреломления для оптического волокна, находящегося в свободном состоянии. Таким образом, путем измерения двулучепреломления оптического волокна, намотанного на бобину, можно измерять ДПМ оптического волокна, находящегося в свободном состоянии.

Теперь рассмотрим кручение, прилагаемое к оптическому волокну, подвергаемому измерениям, когда оно намотано на бобину. Согласно способу измерения двулучепреломления, отвечающему данному изобретению, предполагается, что бесконечно малый интервал (z, z+Δz) имеет лишь линейное двулучепреломление, и что направление оси двулучепреломления также постоянно. В оптическом волокне в свободном состоянии и в оптическом волокне в оптическом кабеле, величина кручения мала, и это предположение не создает никаких проблем. Однако, в случае приложения большого кручения к оптическому волокну, намотанному на бобину, вследствие процесса намотки, это влияет на значение двулучепреломления, измеряемое с использованием способа, отвечающего данному изобретению. Это влияние можно рассчитать с использованием численных методов вычисления, и можно выявить область применения способов, отвечающих данному изобретению.

При осуществлении вычислений, бесконечно малый интервал Δz задали равным длине в 1 м, которая, в целом, равна разрешению ОВРМ. Вычисление матрицы Джонса для бесконечно малого интервала осуществляли путем дополнительного деления бесконечно малого интервала на интервалы в 0,001 м, и поворота оси двулучепреломления соседних интервалов на величину кручения. Матрицу Джонса для интервала 0,001 м вычисляли, умножая матрицу Джонса, представляющую только влияние мощности вращения в интервале, на матрицу Джонса, представляющую только влияние линейного двулучепреломления в интервале. Дисперсию волновода и дисперсию материала оптического волокна не учитывали, и свет, распространяющийся в оптическом волокне, аппроксимировали плоской волной. Величину двулучепреломления до приложения кручения Δn взяли равной 1,55×10^-7, мощность вращения α - равной 0,07, и длину волны - равной 1,55 мкм. Это репрезентативные значения для оптических волокон и длин волны, широко применяемых в современных оптических системах связи.

На фиг.10 показано, как изменяется величина двулучепреломления, измеряемая способом, отвечающим изобретению, при изменении величины кручения. Согласно фиг.10, когда величина кручения, приложенного к оптическому волокну, равна 1 рад/м, величина двулучепреломления, измеряемая с использованием способа, отвечающего изобретению, совпадает с величиной двулучепреломления в отсутствие кручения с отклонением около 10%. Однако, когда величина кручения равна 2 рад/м, отклонение составляет около 40%. Поэтому предпочтительно, чтобы величина кручения, приложенного к оптическому волокну, измеряемому с использованием способа, отвечающего данному изобретению, составляла 1 рад/м или менее.

В последние годы в ряде случаев применялся способ эффективного снижения двулучепреломления, посредством применения вращения до отвердевания стекла в ходе вытягивания оптического волокна из стекломассы и изменения направления оси двулучепреломления, для снижения ДПМ оптического волокна. Величину Δn' эффективного двулучепреломления в бесконечно малом интервале можно определить из разности фаз ϕ, возникающей между двумя ортогональными собственными поляризациями, которые присущи бесконечно малому интервалу, и, после диагонализации матрицы Джонса для бесконечно малого интервала согласно уравнению (14),

Δn' можно вычислить из следующих уравнений (15) и (16).

В этом случае, направление оси двулучепреломления в бесконечно малом интервале Δz также не постоянно и может влиять на значение двулучепреломления, измеренное с использованием способа, отвечающего данному изобретению. Это влияние можно рассчитать с использованием численных методов вычисления, для выявления области применения способов, отвечающих данному изобретению. Условия вычисления такие же.

Прежде всего, на фиг.11 показаны расчетные различия между величиной эффективного двулучепреломления в интервале Δz и величиной двулучепреломления, измеренной способом, отвечающим данному изобретению, в случае применения вращения в постоянном направлении до отвердевания оптического волокна, и переменной величины применяемого вращения.

На фиг.12 показаны результаты аналогичных вычислений для случаев применения синусоидального вращения до отвердевания оптического волокна. Синусоидальное вращение это способ применения вращения, при котором следующее уравнение (17)

характеризует соотношение между углом вращения θ в точке на расстоянии z, амплитудой вращения А и периодом вращения Р.

Из фиг.11 и 12, следует, что даже в случае применения вращения в постоянном направлении до отвердевания оптического волокна, и даже в случае применения синусоидального вращения до отвердевания оптического волокна, величина двулучепреломления, измеренная способом, отвечающим данному изобретению, хорошо согласуется с величиной эффективного двулучепреломления. Поэтому, когда эффективное двулучепреломление снижается вследствие применения вращения до отвердевания оптического волокна, способ, отвечающий данному изобретению, можно использовать для точного измерения двулучепреломления.

Теперь рассмотрим еще один способ измерения ДПМ, отвечающий данному изобретению. Если влияние внешней силы, прилагаемой бобиной к оптическому волокну для измерения, мало, способ, отвечающий данному изобретению, можно использовать для измерения ДПМ оптического волокна, находящегося в свободном состоянии, но при высоком натяжении намотки на бобину, имеет место эффект поперечного давления, обусловленный натяжением, и в ряде случаев трудно снизить влияние на двулучепреломление внешней силы, приложенной по всей длине оптического волокна для измерения. На фиг.15 показаны результаты продольного измерения, от самой внешней периферии, двулучепреломления оптического волокна, намотанного на бобину. Из фиг.15, следует, что в состоянии намотки на бобину, чем дальше к внутренней периферии, тем больше двулучепреломление.

С другой стороны, двулучепреломление оптического волокна часто зависит от заготовки оптического волокна; при одинаковой заготовке, величина двулучепреломления часто бывает, по существу, одинаковой. В подобных случаях, такие места, где влияние на двулучепреломление вследствие приложения внешней силы мало, двулучепреломление вблизи самой внешней периферии намотанного оптического волокна обычно можно измерять и брать в качестве репрезентативного значения двулучепреломления для оптического волокна для измерения, и использовать для измерения ДПМ оптического волокна, находящегося в свободном состоянии.

На фиг.16 сравнивается двулучепреломление, фактически измеренное в интервале 500 м от самой внешней периферии в состоянии намотки на бобину с ДПМ, измеренной, когда все оптическое волокно, намотанное на бобину, находилось в свободном состоянии. Из фиг.16 следует, что путем измерения двулучепреломления внешнего периферийного участка, в состоянии намотки на бобину, результат можно использовать как репрезентативное значение ДПМ, когда все оптическое волокно, намотанное на бобину, находится в свободном состоянии.

Теперь рассмотрим формы бобин, для которых пригодны способы, отвечающие данному изобретению. Если влияние внешней силы, приложенной со стороны бобины к оптическому волокну для измерения, мало, то при использовании вышеописанного способа для измерения ДПМ оптического волокна, находящегося в свободном состоянии, измерения можно осуществлять на большем расстоянии от внешнего периферийного участка. Для этого, предпочтительно помещать прокладочный материал в местах, где бобина и оптическое волокно для измерения контактируют друг с другом, для снижения влияния внешней силы, приложенной к оптическому волокну для измерения. Одним фактором возмущения, действующим на оптическое волокно для измерения в ходе измерений, является возмущение, обусловленное изменением поперечного давления, прилагаемого к волокну, когда бобина, на которую намотано оптическое волокно, расширяется или сжимается вследствие изменений температуры; предпочтительно использовать прокладочный материал во избежание приложения возмущений к оптическому волокну для измерения даже, когда происходит расширение или сжатие бобины.

Кроме того, предпочтительно, чтобы бобина имела конфигурацию, позволяющую временно ослаблять натяжение оптического волокна для измерения, и использовать способ измерения, согласно которому, после временного ослабления натяжения оптического волокна в ходе измерений, после измерения ДПМ с использованием способа, отвечающего данному изобретению, натяжение возвращается к исходному состоянию. Этот способ особенно эффективен при высоком натяжении намотки на бобину, и при большом двулучепреломлении, обусловленном намоткой на бобину.

Опишем способ продольного измерения ДПМ и двулучепреломления оптического волокна. Используя способ, отвечающий данному изобретению, двулучепреломление можно определять в продольном направлении оптического волокна, и таким образом, используя вышеописанную взаимосвязь между двулучепреломлением и ДПМ, ДПМ можно измерять в продольном направлении.

На фиг.17 сравниваются результаты, когда оптическое волокно общей длиной 5000 м, вытянутое из стекломассы с частичным ухудшением круглости оптического волокна, и находящееся в состоянии намотки на бобину, подвергается измерениям продольно двулучепреломления способом, отвечающим данному изобретению, и затем делится надвое в точке на расстоянии 2500 м и подвергается измерениям ДПМ в свободном состоянии. Из фиг.17, следует, что, используя способ, отвечающий данному изобретению, ДПМ в свободном состоянии в продольном направлении можно измерять в продольном направлении даже, когда оптическое волокно намотано на бобину.

Кроме того, предпочтительно использовать конфигурацию, в которой прокладочный материал располагается в местах, где бобина и оптическое волокно для измерения контактируют друг с другом или натяжение оптического волокна для измерения, обусловленное бобиной, временно ослабляется, и чтобы, когда натяжение оптического волокна временно ослабляется в ходе измерений, ДПМ измерялась в продольном направлении способом, отвечающим данному изобретению, что позволило бы выявлять продольные флуктуации ДПМ с исключительно высокой точностью.

На фиг.18 сравниваются результаты, когда оптическое волокно общей длиной 3000 м, вытянутое из стекломассы с частичным ухудшением круглости оптического волокна, намотано на бобину, конфигурация которой позволяет временно ослаблять натяжение оптического волокна для измерения, после чего натяжение временно ослабляется и продольное двулучепреломление измеряется способом, отвечающим данному изобретению, после чего волокно делится надвое в точке на расстоянии 1500 м, и измерения ДПМ осуществляются в свободном состоянии. Из фиг.18, следует, что, используя способ, отвечающий данному изобретению, можно выявить даже очень малые продольные изменения ДПМ.

Данное изобретение предусматривает оптическое волокно, в котором дисперсия поляризационных мод, измеренная вышеописанным способом измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна, составляет 0,1 пс·км^-1/2 или менее. Оптическое волокно, согласно данному изобретению, может представлять собой одномодовое оптическое волокно из кварцевого стекла (далее "SM волокно") или оптическое волокно, поддерживающее поляризацию, и т.п., но без ограничения.

Оптическое волокно, согласно данному изобретению, можно обеспечить в состоянии намотки на бобину; предпочтительно, чтобы, в состоянии намотки на бобину, величина приложенного кручения составляла 1 рад/м или менее. Если величина кручения равна 1 рад/м или менее, то двулучепреломление, измеренное в состоянии намотки на бобину, согласуется с величиной двулучепреломления в отсутствие кручения с отклонением около 10%, благодаря чему двулучепреломление оптического волокна можно измерять в состоянии намотки на бобину. С другой стороны, в случаях, когда величина кручения превышает 1 рад/м, и разные оптические волокна имеют разные величины кручения, взаимосвязь между измеренным двулучепреломлением и ДПМ оптического волокна, находящегося в свободном состоянии, ослабевает, что не позволяет точно осуществлять измерение ДПМ.

Предпочтительно, чтобы оптическое волокно, согласно данному изобретению, отображало, либо на самом оптическом волокне, либо на бобине, на которую оно намотано, значение ДПМ, измеренное с использованием вышеописанного способа измерения ДПМ, согласно данному изобретению, или его верхний предел. Предпочтительно, чтобы отображаемыми данными были, например, "ДПМ от 0,01 до 0,05 пс·км^-1/2, "ДПМ 0,1 пс·км^-1/2 или менее" и т.п. Отображение можно производить, прикрепляя ярлык, на котором напечатаны отображаемые данные, присоединяя метку с отображением и т.п. Значение ДПМ или его верхний предел также можно печатать в пояснительной документации, где перечислены характеристики оптического волокна, и эту документацию можно упаковывать или компоновать с оптическим волокном, намотанным на бобину.

Оптические волокна различной длины, намотанные на бобину диаметром 300 мм с натяжением 40 г, в этом состояния подвергались измерениям двулучепреломления в интервале 1300 м от самой внешней периферии. Затем эти 1300 м перевели в свободное состояние, и измерили двулучепреломление ДПМ по десять раз каждое. К оптическим волокнам применяли вибрации после каждого измерения (согласно Приложению Е IEC 60793-1-48).

Результаты сравнения двулучепреломления в состоянии намотки на бобину, и ДПМ оптического волокна, находящегося в свободном состоянии, приведены на фиг.19. Согласно фиг.19, результаты измерения ДПМ усреднены по десяти измерениям. Из фиг.19 следует, что путем измерения двулучепреломления в состоянии намотки на бобину, можно измерять ДПМ оптического волокна, находящегося в свободном состоянии.

На фиг.20 показаны результаты сравнения двулучепреломления оптического волокна, находящегося в свободном состоянии, и ДПМ оптического волокна, находящегося в свободном состоянии. Точки на фиг.20 являются усреднениями по десяти результатам измерения для каждого измерения; усы указывают стандартное отклонение. Согласно фиг.20, путем измерения двулучепреломления в свободном состоянии, можно измерять ДПМ оптического волокна, находящегося в свободном состоянии. Можно видеть, что стандартное отклонение измерений двулучепреломления чрезвычайно мало по сравнению со стандартным отклонением измерений ДПМ. Отсюда следует, что способ измерения ДПМ, согласно данному изобретению, имеет очень высокую воспроизводимость результатов измерения.

На фиг.21 показаны результаты сравнения двулучепреломления в состоянии намотки на бобину, и двулучепреломления оптического волокна, находящегося в свободном состоянии. Из фиг.21 следует, что даже в состоянии намотки на бобину, состояние двулучепреломления такое же, как в свободном состоянии, а следовательно, этот способ пригоден для измерения оптического волокна, намотанного на бобину. Измеренные значения двулучепреломления одинаковы для состояния намотки на бобину и для свободного состояния, поскольку при намотке на бобину не возникает кручения, или, влияние радиуса изгиба и поперечного давления, обусловленных бобиной, на двулучепреломление очень мало.

Изобретение относится к способам измерения дисперсии поляризационных мод (ДПМ) оптического волокна в различных состояниях, устройству измерения двулучепреломления и оптическому волокну. Изобретение основано на возможности получения двухпроходной матрицы Джонса R(z) для первого интервала (0, z) от начальной точки измерения 0 в оптическом волокне для измерения до предписанной позиции z, и двухпроходной матрицы Джонса R (z+Δz) для второго интервала (0, z+Δz) от начальной точки измерения 0 до позиции z+Δz, отличной от позиции z, определяют собственные значения ρ₁ и ρ₂, матрицы R(z+Δz)R(z)^-1 и получения двулучепреломление в бесконечно малом интервале Δz от позиции z до позиции z+Δz, решением следующих уравнений (1) и (2),

где φ - обозначает разность фаз между линейно поляризованными компонентами, обусловленную двулучепреломлением; Δn - обозначает двулучепреломление; λ - обозначает длину волны; и использовании измеренного двулучепреломления и его связи с ДПМ для определения ДПМ. Заявленное изобретение направлено на повышение точности измерения ДПМ за короткий промежуток времени и на коротком отрезке оптического волокна. 7 н. и 18 з.п. ф-лы, 21 ил.

1. Устройство измерения двулучепреломления оптического волокна, отличающееся тем, что имеет, по меньшей мере, средство управления хронированием, средство формирования импульсного света, действующее под управлением средства управления хронированием, средство преобразования поляризации, которое преобразует поляризованное состояние импульсного света из средства формирования импульсного света, средство оптической рециркуляции, которое вводит импульсный свет из средства преобразования поляризации в один конец оптического волокна для измерения и которое выводит свет обратного рассеяния, возвращающийся в один конец оптического волокна для измерения, средство выявления поляризации, действующее под управлением средства управления хронированием, которое выявляет состояние поляризации света, выходящего из средства оптической рециркуляции, как временной ряд, и средство анализа, которое на основании выходного сигнала средства выявления поляризации осуществляет измерение двулучепреломления, при этом получают двухпроходную матрицу Джонса R(z) для первого интервала (0, z) от начальной точки измерения 0 в оптическом волокне для измерения до предписанной позиции z и двухпроходную матрицу Джонса R (z+Δz) для второго интервала (0, z+Δz) от начальной точки измерения 0 до позиции z+Δz, отличной от позиции z, определяют собственные значения ρ₁ и ρ₂ матрицы R(z+Δz)R(z)^-1 и получают двулучепреломление в бесконечно малом интервале Δz от позиции z до позиции z+Δz, решая следующие уравнения (1) и (2)


где φ - разность фаз между линейно поляризованными компонентами, обусловленную двулучепреломлением;
Δn - двулучепреломление;
λ, - длина волны.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для получения двухпроходных матриц Джонса оптического волокна для измерения используют поляризационный оптический временной рефлектометр (ОВРМ).

3. Способ измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна, отличающийся тем, что измеряют двулучепреломление оптического волокна для измерения в свободном состоянии, измеряемое с использованием способа измерения двулучепреломления оптического волокна, при котором формируют импульсный свет посредством средства формирования импульсного света, преобразуют поляризованное состояние импульсного света, полученного из средства формирования импульсного света, осуществляют введение преобразованного импульсного света в один конец оптического волокна для измерения, выявляют состояние поляризации света обратного рассеяния, возвращающегося в указанный конец оптического волокна для измерения, как данные временного ряда, посредством средства выявления поляризации, получают двухпроходную матрицу Джонса R(z) для первого интервала (0, z) от начальной точки измерения 0 в оптическом волокне для измерения до предписанной позиции z и двухпроходную матрицу Джонса R (z+Δz) для второго интервала (0, z+Δz) от начальной точки измерения 0 до позиции z+Δz, отличной от позиции z, определяют собственные значения ρ₂ и ρ₂ матрицы R(z+Δz)R(z)^-1 и получают двулучепреломление в бесконечно малом интервале Δz от позиции z до позиции z+Δz, решая следующие уравнения (1) и (2):


где φ - разность фаз между линейно поляризованными компонентами, обусловленную двулучепреломлением;
Δn - двулучепреломление;
λ - длину волны,
при этом измеренное двулучепреломление оптического волокна для измерения в свободном состоянии и связь с дисперсией поляризационных мод оптического волокна для измерения в свободном состоянии используют для измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна для измерения в свободном состоянии.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что для получения двухпроходных матриц Джонса оптического волокна для измерения используют поляризационный оптический временной рефлектометр (ОВРМ).

5. Способ измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна, отличающийся тем, что отделяют участок оптического волокна, намотанного на бобину, и после измерения дисперсии поляризационных мод отделенного участка с использованием способа измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна по п.3, при этом измеренное значение принимают как дисперсию поляризационных мод, когда все оптическое волокно, намотанное на бобину, находится в свободном состоянии.

6. Способ измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна, отличающийся тем, что измеряют двулучепреломление оптического волокна для измерения в свободном состоянии с использованием способа измерения двулучепреломления оптического волокна, при котором формируют импульсный свет посредством средства формирования импульсного света, преобразуют поляризованное состояние импульсного света, полученного из средства формирования импульсного света, осуществляют введение преобразованного импульсного света в один конец оптического волокна для измерения, выявляют состояние поляризации света обратного рассеяния, возвращающегося в указанный один конец оптического волокна для измерения, как данные временного ряда, посредством средства выявления поляризации, получают двухпроходную матрицу Джонса R(z) для первого интервала (0, z) от начальной точки измерения 0 в оптическом волокне для измерения до предписанной позиции z и двухпроходную матрицу Джонса R (z+Δz) для второго интервала (0, z+Δz) от начальной точки измерения 0 до позиции z+Δz, отличной от позиции z, определяют собственные значения ρ₁ и ρ₂ матрицы R(z+Δz)R(z)^-1 и получают двулучепреломление в бесконечно малом интервале Δz от позиции z до позиции z+Δz, решая следующие уравнения (1) и (2):


где φ - разность фаз между линейно поляризованными компонентами, обусловленную двулучепреломлением;
Δn - двулучепреломление;
λ - длина волны,
при этом измеренное двулучепреломление оптического волокна для измерения в свободном состоянии и связь с дисперсией поляризационных мод оптического волокна для измерения в свободном состоянии используют для измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна для измерения в свободном состоянии, когда оптическое волокно находится в состоянии, при котором оно намотано на бобину.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что для получения двухпроходных матриц Джонса оптического волокна для измерения используют поляризационный оптический временной рефлектометр (ОВРМ).

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что величина кручения, приложенного к оптическому волокну для измерения в состоянии намотки на бобину, составляет 1 рад/м или менее.

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что измеряют двулучепреломление на участке, для которого эффекты натяжения намотки на бобину и поперечного давления со стороны самого намотанного оптического волокна малы, и результат принимают как репрезентативное значение двулучепреломления оптического волокна для измерения и используют как дисперсию поляризационных мод оптического волокна, когда все оптическое волокно, намотанное на бобину, находится в свободном состоянии.

10. Способ по п.6, отличающийся тем, что прокладочный материал располагают в местах, где бобина, на которую намотано оптическое волокно для измерения, контактирует с оптическим волокном, тем самым уменьшая поперечное давление на оптическое волокно, и тем, что устраняют эффекты флуктуации состояния поляризации в ходе измерений, обусловленные расширением и сжатием бобины вследствие изменений температуры в условиях измерения.

11. Способ по п.6, отличающийся тем, что временно ослабляя натяжение оптического волокна, измеряют двулучепреломление оптического волокна для измерения в состоянии намотки на бобину и измеряют дисперсию поляризационных мод оптического волокна в свободном состоянии.

12. Способ измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна, отличающийся тем, что измеряют двулучепреломление оптического волокна для измерения, когда волокно находится в состоянии, при котором оно намотано на бобину, с использованием способа измерения двулучепреломления оптического волокна, при котором формируют импульсный свет посредством средства формирования импульсного света, преобразуют поляризованное состояние импульсного света, полученного из средства формирования импульсного света, осуществляют введение преобразованного импульсного света в один конец оптического волокна для измерения, выявляют состояние поляризации света обратного рассеяния, возвращающегося в указанный один конец оптического волокна для измерения, как данные временного ряда, посредством средства выявления поляризации, получают двухпроходную матрицу Джонса R(z) для первого интервала (0,z) от начальной точки измерения 0 в оптическом волокне для измерения до предписанной позиции z и двухпроходную матрицу Джонса R (z+Az) для второго интервала (0,z+Δz) от начальной точки измерения 0 до позиции z+Δz, отличной от позиции z, определяют собственные значения ρ₁ и ρ₂ матрицы R(z+Δz)R(z)^-1 и получают двулучепреломление в бесконечно малом интервале Δz от позиции z до позиции z+Δz, решая следующие уравнения (1) и (2):


где φ - разность фаз между линейно поляризованными компонентами, обусловленную двулучепреломлением;
Δn - двулучепреломление;
λ - длина волны,
при этом измеренное двулучепреломление оптического волокна для измерения, когда волокно находится в состоянии, при котором оно намотано на бобину, и связь с дисперсией поляризационных мод оптического волокна для измерения в свободном состоянии используют для измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна для измерения в свободном состоянии, когда оптическое волокно находится в состоянии, когда оно намотано на бобину.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что для получения двухпроходных матриц Джонса оптического волокна для измерения используют поляризационный оптический временной рефлектометр (ОВРМ).

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что величина кручения, приложенного к оптическому волокну для измерения в состоянии намотки на бобину, составляет 1 рад/м или менее.

15. Способ по п.12, отличающийся тем, что измеряют двулучепреломление на участке, для которого эффекты натяжения намотки на бобину и поперечного давления со стороны самого намотанного оптического волокна малы, и результат принимают как репрезентативное значение двулучепреломления оптического волокна для измерения и используют как дисперсию поляризационных мод оптического волокна, когда все оптическое волокно, намотанное на бобину, находится в свободном состоянии.

16. Способ по п.12, отличающийся тем, что прокладочный материал располагают в местах, где бобина, на которую намотано оптическое волокно для измерения, контактирует с оптическим волокном, тем самым уменьшая поперечное давление на оптическое волокно, и тем, что устраняют эффекты флуктуации состояния поляризации в ходе измерений, обусловленные расширением и сжатием бобины вследствие изменений температуры в условиях измерения.

17. Способ по п.12, отличающийся тем, что временно ослабляя натяжение оптического волокна, измеряют двулучепреломление оптического волокна для измерения в состоянии намотки на бобину и измеряют дисперсию поляризационных мод оптического волокна в свободном состоянии.

18. Оптическое волокно, отличающееся тем, что дисперсия поляризационных мод, измеренная способом измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна по п.6, равна 0,1 пс·км^-1/2 или менее.

19. Оптическое волокно по п.18, отличающееся тем, что в состоянии, когда оптическое волокно намотано на бобину, величина приложенного кручения равна 1 рад/м или менее.

20. Оптическое волокно по п.18, отличающееся тем, что измеренное значение дисперсии поляризационных мод или его верхний предел отображается.

21. Оптическое волокно по п.19, отличающееся тем, что измеренное значение дисперсии поляризационных мод или его верхний предел отображается.

22. Оптическое волокно, отличающееся тем, что дисперсия поляризационных мод, измеренная способом измерения дисперсии поляризационных мод оптического волокна по п.12, равна 0,1 пс-км^-1/2 или менее.

23. Оптическое волокно по п.22, отличающееся тем, что в состоянии, когда оптическое волокно намотано на бобину, величина приложенного кручения равна 1 рад/м или менее.

24. Оптическое волокно по п.22, отличающееся тем, что измеренное значение дисперсии поляризационных мод или его верхний предел отображается.

25. Оптическое волокно по п.23, отличающееся тем, что измеренное значение дисперсии поляризационных мод или его верхний предел отображается.