用于调节光纤曲率引起的损耗的方法和设备，以及使用其的光学传输系统

摘要

本发明以低成本和易于加工实现了高可靠的光纤损耗调节。将光纤从光纤插入开口插入到内壁和多个光纤支撑件之间的空间内，并且由于其自复原能力而在其外侧与该光纤支撑件相接触。由于该纤维的曲率半径足够小，因此能够利用该纤维的圈数来调节损耗。该支撑件具有圆柱形状，并因此与该纤维点接触，其能够避免微弯。另外，将该支撑件中相邻的多个之间的间隔(角度)及其半径设置为使得该纤维能够在不施加应力的情况下被导入和导出该光纤调节器。

说明书

技术领域

本发明涉及用于调节由于光纤的曲率引起的损耗或衰减的技术，特别是，涉及一种用于调节通过光纤传输的光信号的强度损耗的方法和设备，以及使用其的光学传输系统。

背景技术

在多中继波分复用传输系统中，使用大量光复用器/去复用器、光放大器等。这些光学器件以两个或多个光学元件通过光纤熔融接合连接的方式构成。为了避免多个基本信号之间损耗的改变，采用了故意引起损耗的损耗增加接合。

为了实现这种损耗的故意增加，通常采用在进行熔融接合时故意使接合的光纤芯不重合的方法。然而，这种损耗增加接合尽管一方面确保了传输质量，但是，另一方面，需要昂贵的光纤熔接机，并且需要许多工时，以使其芯不重合的光纤接合。因此，存在诸如增大了生产成本和加工准备时间的问题。

对于另一种方法，日本专利申请未审公开号2001-228337披露了一种光衰减器，其利用光纤中的损耗量依赖于光纤曲率半径的现象。这种光衰减器包括：主体，其由其上具有多个凸起的基底构成；以及设置在该基底的一面上的光纤，其通过与该凸起接触而以预定环形弯曲。根据在本光衰减器中使用的光纤损耗调节方法，首先进行粗调，其中随着光纤曲率半径的减小每圈光纤的光衰减量大，并且此后，进行微调，其中通过增加光纤的曲率半径使每圈光纤产生的光衰减量减小。以这种方式，光信号的水平或者光衰减的量通过设置两个或更多个曲率半径来调节，而不需要改变光纤的圈数。

然而，这种传统方法使用的光衰减器具有这样的结构，其将光纤设置在底座的面上，同时被环绕以形成双环，一个具有较大的曲率半径，而另一个具有较小的曲率半径，其形状由支撑件保持。因此，依赖于具有较大曲率半径的环连接到具有较小曲率半径的环之处的支撑件的形状，存在发生不希望的损耗(微弯)和光纤松动的可能性。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于调节由于光纤的曲率引起的损耗的方法和设备，其能够以低成本和易于加工的优点调节通过光纤传输的光信号的强度损耗，并且提供一种使用该方法和设备的光学传输系统。

本发明的另一目的是提供一种用于调节由于光纤的曲率引起的损耗的方法和设备，其能够避免微弯的发生并且允许任意地设置光纤入口/出口位置，并且提供一种使用该方法和设备的光学传输系统。

根据本发明的第一方面，通过使光纤沿同心设置的圆柱形内壁和多个圆柱形光纤支撑件之间的空间缠绕多圈来调节光信号的强度水平，其中每个该圆柱形光纤支撑件具有小于该圆柱形内壁的直径，其中该圈数对应于所需要的调节量。由于光纤沿该圆柱形内壁和该圆柱形光纤支撑件之间的空间缠绕，因此该光纤与每个光纤支撑件点接触。因此，能够避免微弯的发生。另外，由于光纤可以在光纤支撑件的任意相邻多个之间导入/导出，因此可以容易地设置光纤的入口和出口位置。

基于本发明的第二方面，对多根光纤的每一根重复下面的步骤：在下支撑体上沿该圆柱形内壁和该多个圆柱形光纤支撑件之间的空间缠绕第一圈数的第一光纤，其中该第一圈数对应于第一调节量；并且在该第一光纤上设置第一绝缘体，其贯穿有通孔，该圆柱形内壁和该多个圆柱形光纤支撑件的每一个穿过该通孔。因此，多根光纤在该下支撑体上堆叠，并且绝缘体插入其间，其能够同时对该多根光纤进行损耗调节。

优选地，将该多个圆柱形光纤支撑件的每一个的半径设置为在满足下面的不等式的范围内：

R2(1+cosθ)-d＜R1(1-cosθ)

其中R1是缠绕在该圆柱形内壁和该多个圆柱形光纤支撑件之间的光纤的最大圈的半径，R2(＜R1)是该多个圆柱形光纤支撑件的每一个的半径，以及θ是相邻的该多个圆柱形光纤支撑件之间的排列间隔(角度)。通过满足上面的不等式，光纤可以在不施加应力的情况下在光纤支撑件的任意相邻多个之间导入/导出。

根据本发明的第三方面，执行下面的步骤：将光纤缠绕在用于纤维余长处理的纤维余长处理部上；使光纤从该纤维余长处理部穿到损耗调节部以在同心设置的圆柱形内壁和多个圆柱形光纤支撑件之间缠绕多圈光纤，其中每个圆柱形光纤支撑件具有小于圆柱形内壁的直径，其中该圈数对应于所需要的调节量；以及使该光纤从该损耗调节部穿到该纤维余长处理部，以进行纤维余长处理。因此，光纤损耗调节和纤维余长处理两者可以通过单个装置进行。换句话说，该纤维余长处理部、该圆柱形内壁、该多个圆柱形光纤支撑件以及用于将该光纤导引到该圆柱形内壁与该多个圆柱形光纤支撑件之间的空间的该纤维导引部集成地构造。

根据本发明的第四方面，一种具有输入连接器和输出连接器的光学传输系统，包括：提供在光纤上的至少一个光学装置，光信号从该输入连接器经过该光纤传输到该输出连接器；提供在光纤上的光学损耗调节线轴，其中上述损耗调节部用作该光学损耗调节线轴。另外，通过将该圆柱形内壁的长度设置为大于该圆柱形光纤支撑件的长度，并且将形状类似于圆盘的上支撑体固定到该圆柱形内壁的顶部，可以提供允许光纤插入的光纤插入开口。此外，多根光纤可以堆叠在下支撑体上，并且绝缘体插入其间，其能够同时进行该多根光纤的损耗调节。

作为另一个实施方式，一种具有输入连接器和输出连接器的光学传输系统可以包括：提供在光纤上的至少一个光学装置，光信号从该输入连接器经过该光纤传输到该输出连接器；纤维余长处理部，提供在光纤上的光学损耗调节线轴，其中该光纤从该纤维余长处理部穿到该损耗调节部以使该光纤缠绕多圈，其中该光纤从该损耗调节部穿到该纤维余长处理部以进行纤维余长处理。因此，该纤维余长处理部、该圆柱形内壁、该多个圆柱形纤维支撑件以及用于将该光纤导引到该圆柱形内壁和该多个圆柱形光纤支撑件之间的空间的该纤维导引部集成地构造，由此可以在不改变传统占地面积的情况下进行损耗调节。

上述光纤损耗调节器可以包括：提供在下支撑体上的圆柱形内支撑件；以及在该下支撑体上围绕该圆柱形内支撑件同心设置的多个外支撑件。光信号的强度水平通过使该光纤在该圆柱形内支撑件和该外支撑件的最内圈之间缠绕来调节。

如上所述，根据本发明，使光纤沿该圆柱形内壁和该多个圆柱形光纤支撑件之间的该空间缠绕，由此该光纤实际上与该光纤支撑件点接触。因此，可以避免微弯的发生。另外，由于该光纤可以在不需要施加应力的情况下在该光纤支撑件的任意相邻多个之间被导入/导出，因此可以容易地设置该入口和出口位置。因此，光学损耗的细微调节是可能的。

另外，根据本发明，将至少一个绝缘体提供在该下支撑体上方，由此可以分别对多根不同的光纤同时进行损耗调节。因此，如果将其应用到波分复用传输的光复用器/去复用器，那么可以提高安装效率。另外，由于光纤的形式完全固定，因此可以实现适用于大规模生产的结构。

此外，根据本发明，用于光损耗调节的第一线轴和用于纤维余长处理的第二线轴集成地构造，由此可以在不改变传统占地面积的情况下进行损耗调节。另外，由于不需要昂贵的熔接机，因此成本降低是可能的。

还有，根据本发明，由于提高损耗的方法仅仅使光纤围绕圆柱体缠绕，因此即使用户不具有光纤熔融接合的专业知识，也能够容易地从事该工作。此外，当需要进行重新调整时，损耗量可以通过增加缠绕在该内壁和该光纤支撑件之间的圈数或角度来调节。

附图说明

图1A是根据本发明第一实施方式的光纤损耗调节器的平面图。

图1B是根据本发明第一实施方式的光纤损耗调节器的侧视图。

图2是图1A所示的光纤损耗调节器的部分A的放大图。

图3是示出了当R1＝15mm，13.5mm和12mm时在每一波长，利用直径250μm的单模光纤每10圈的损耗的测量结果的曲线。

图4是示出应用了本发明的光学传输系统的实例的示意图。

图5是根据本发明第二实施方式的光纤损耗调节器的侧视图。

图6是根据本发明第二实施方式的光纤损耗调节器的透视图。

图7是根据本发明第三实施方式的光纤损耗调节器的平面图。

具体实施方式

1.第一实施方式

参考图1A和1B，在光纤损耗调节器10中，多个圆柱形光纤支撑件11固定在圆盘形下支撑体12上，在具有，例如直径为20至28mm，的圆柱形内壁13的外侧(围绕)上以环形设置。该光纤支撑件11以环形设置，其半径设置在10至15mm的范围内。另外，图1B中，将该内壁13的高度设置为大于该光纤支撑件11的高度一定量，该量允许光纤穿过光纤插入开口15。将圆盘形上支撑体14设置并固定在该内壁13的顶部。该上支撑体14、内壁13和光纤支撑件11同心地设置。

参考图2，具有直径d的光纤16存在于内壁13和光纤支撑件11之间。光纤16与光纤支撑件11相接触的切线用数字17表示。如果R1是光纤16的最大圈的半径(内切于光纤支撑件11的圆环的半径)，R2是每个光纤支撑件1 1的半径，并且θ是相邻光纤支撑件11之间的排列间隔(角度)，那么将每个光纤支撑件11的半径R2设置为在满足下面的不等式的范围内：

R2(1+cosθ)-d＜R1(1-cosθ)    (1)

其中11mm≤R1≤15mm。

此处，假设θ＝45°，R1＝11mm，并且d＝0.25mm，那么根据不等式(1)，R2＜2.03mm。在上述条件的情况下，如下面所描述的，如果将每个光纤支撑件11都设计为具有2mm或更小的半径R2，也不存在问题。

当通过利用根据本实施方式的光纤损耗调节器来调节损耗时，以使光纤16从图1B的光纤插入开口15插入，穿过相邻光纤支撑件11之间的间隙，并围绕该内壁13缠绕所需要的次数的方式进行调节。然而，如果该间隙窄，或者如果光纤16的直径d大，那么在光纤损耗调节器10内在入口/出口部分光纤16被弯曲到极限，并且产生微弯等，这在正确的损耗调节中是不合需要的，导致大大劣化的光学特性和可靠性。

为了避免这一点，其满足，将相邻光纤支撑件11之间的间隔(角度)θ及其半径R2设置为使得光纤支撑件11的内切圆(光纤16的最大路径)在与光纤支撑件11之一的接触点处的切线17并不横穿相邻的光纤支撑件11之一的横截面，如图2所示。满足这一设置的条件为上述不等式(1)。

另外，如果光纤与一表面线接触或面接触，那么光纤将在该表面产生凸起和凹陷，导致产生微弯。然而，根据本实施方式，每个光纤支撑件11具有圆柱形并因此实际上与光纤接触。因此，避免了微弯的产生。另外，由于相邻光纤支撑件11之间的间隔(角度)θ及其半径R2满足上述不等式(1)，因此能够将光纤导入和导出该光纤损耗调节器10，而不施加应力。也就是说，光纤可以从光纤支撑件11形成的圆的周边上的任意位置导入和导出，并且因此可能进行损耗的细微调节(例如，通过缠绕1.5圈、1.8圈等)。

光纤16从图1B中的光纤插入开口15插入到内壁13与该光纤支撑件11之间的空间内，并且由于其自复原能力而在其外侧与该光纤支撑件11相接触。这使得光纤16的曲率半径足够小。因此，所传输的光信号的损耗或强度水平可以随着光纤16的圈数(圈角度)而调节。

图3示出了当R1＝15mm，13.5mm和12mm时在每一波长，利用具有d＝250μm的直径的单模光纤每10圈(等价于在角度基准上的3600度)的损耗的测量结果。特别是，在图3中，曲线I显示了当光纤支撑件11的内切圆的半径R1为15mm时的测量结果，曲线II显示了当光纤支撑件11的内切圆的半径R1为13.5mm时的测量结果，而曲线III显示了当光纤支撑件11的内切圆的半径R1为12mm时的测量结果。

按照惯例，当调节损耗时，必须利用具有损耗增加接合功能的昂贵的光纤熔接机进行光纤熔融接合。然而，根据本实施方式，仅仅使光纤在该圆柱形内壁13和该光纤支撑件11之间游走就够了，不需要昂贵的熔接机。从而，成本降低是可能的。注意，此处提到的损耗增加接合方法是指通过使光纤芯不重合地接合在一起而故意地引起大约几dB的损耗的接合方法。

另外，根据本实施方式，易于加工是值得注意的。增加损耗的方法仅仅是使光纤在该圆柱形内壁13和该光纤支撑件11之间游走(也就是，使光纤围绕该圆柱体缠绕)。因此，即使用户不具有光纤熔融接合的专业知识，也能够从事该工作。此外，当需要进行重新调整时，损耗量可以通过增加围绕该损耗调节线轴缠绕的光纤的圈数或角度来调节。另外，根据本实施方式，如图1A和2所示，由于提供了圆柱形内壁13，因此缠绕光纤的工作是容易的，并且此外能够在操作期间保持最小圈的半径。另外，根据本实施方式，由于提供了下、上支撑体12和14，因此可以在操作期间使光纤的形式稳定。

接下来，描述利用上述光纤损耗调节器的光学传输系统。图4示出了本发明一个方面的光学传输系统的实施方式的示意图。本实施方式的特征在于利用图1A和2所示的光纤损耗调节器作为光纤损耗调节的线轴23。

参考图4，输入连接器21通过光纤连接到输出连接器25，该光纤按顺序经过提供A[dB]损耗的光学元件22、小曲率半径的损耗调节线轴23以及用于纤维余长处理的大曲率半径的线轴24，该小曲率半径的损耗调节线轴23是根据本发明的光纤损耗调节器。基于此，输入到输入连接器21内的光信号被光学元件22衰减A[dB]，然后被导入损耗调节线轴23。当将该光纤围绕该线轴23缠绕时，由于弯曲损耗，对于该小曲率半径，假定该光信号每圈衰减B[dB](BdB/360°的圈角度)。

因此，在损耗调节线轴23的输出端，光信号已经被进一步衰减了B乘以围绕线轴23的圈数，该圈数通过将围绕线轴23的圈角度除以360°获得。当光纤围绕线轴24缠绕时，由于该纤维余长处理线轴24提供足够大的曲率半径，因此光信号的损耗实质上为0[dB]。因此，该光信号就这样输出到该输出连接器25。

在本过程中，输入连接器21和输出连接器25之间产生的光信号的总损耗为A+B^*(围绕线轴23的圈数）[dB]。因此，通过改变围绕该损耗调节线轴23的光纤的圈角度，可以任意地调节衰减(损耗)量。

此处，存在单模光纤的曲率半径与弯曲损耗的近似关系。通常，当曲率半径为20mm和更大时，弯曲损耗可以认为实质上为0[dB]。单模光纤具有弯曲损耗随着曲率半径变得小于20mm而增加的特性(参见网页<http:fimes.ansl.ntt.co.jp/gijyutu/2000_06/topic_05/topic05_06.html>中的图6)。此外，容许小到4mm的曲率半径的的单模光纤已经在商业上可提供(例如，由Furukawa Electric有限公司制造的单模光纤SM332-PF；参见<http://www.furukawa.cojp/fiber/jp/products/dpf/sm332-pf.pdf>)。因此，在这种单模光纤的情况下，如果曲率半径为4mm或更大，那么不存在可靠性的问题。

另一方面，在普通单模光纤的情况下，当曲率半径变小时，由于包层表面的不平坦引起的微弯损耗变得明显。在普通单模光纤的情况下，作为经验法则，与当曲率半径变为10mm或更小时的弯曲损耗相比，微弯损耗的增加变得显著。

因此，本实施方式的损耗调节线轴23具有如图1A至2所示的结构，并且确定地应用了曲率半径为11至15mm的单模光纤的特性，其产生损耗，而不导致与质量相关的任何问题，并且能够容易地提供所需要的损耗量。

2.第二实施方式

在将本发明应用到波分复用(WDM)传输的光复用器/去复用器的情况下，由于非常大量的地方需要进行损耗调节，因此从执行效率的角度而言，将第一实施方式的结构单独应用到每根光纤是不实际的。因此，根据第二实施方式，形成这样的结构，多根光纤以堆叠的方式沿高度方向缠绕，绝缘体插入在每根光纤之间。

参考图5和6，在根据本发明第二实施方式的光纤损耗调节器中，将每个光纤支撑件31的高度设置为与能够被堆叠并且每一根围绕由多个光纤支撑件31构成的圆环缠绕的多根光纤一样大。除了这一点，第二实施方式在将圆柱形内壁33提供在圆盘形下支撑体32的中心内以及多个圆柱形光纤支撑件31在内壁33的外侧(围绕)以圆弧形式排列和固定方面与第一实施方式类似。

采用这一结构，第一光纤沿光纤支撑件31和内壁33之间的空间缠绕，然后将绝缘体34-1设置第一光纤上。如图6所示，诸如绝缘体34-1的每个绝缘体具有类圆盘形状，在中心钻有通孔35，并且沿围绕通孔35的圆环穿透有通孔36，内壁33穿过该通孔35，该多个光纤支撑件31分别穿过该通孔36。采用这一结构，绝缘体34-1固定设置，并且内壁33和光纤支撑件31穿透该绝缘体34-1，如图5和6所示。

随后，在该绝缘体34-1上方，第二光纤沿光纤支撑件31和内壁33之间的空间缠绕，然后绝缘体34-2类似地以穿透的方式设置在第二光纤上。其后，重复类似的操作，缠绕所需要数量的光纤。当其完成时，将圆盘形上支撑体(未示出)设置并固定在所得到的结构的顶部。尽管在图5中提供了三个绝缘体34-1至34-3，但是图6示出了设置第二绝缘体34-2的状态。本实施方式的应用能够提高执行效率。除此之外，光纤的形式完全固定。因此，本实施方式能够被认为是更适合于大规模生产的结构。

3.第三实施方式

本发明第三实施方式是将容纳光纤的线轴和根据本发明的损耗调节装置集成的结构。这一结构能够节省空间。

参考图7，提供有损耗调节装置和纤维余长处理部的根据第三实施方式的光纤损耗调节器40构造如下。特别是，作为损耗调节装置，将圆柱形内壁42设置并固定在下支撑体上，并且将具有小直径的多个圆柱形光纤支撑件41同心地设置以便围绕该内壁42。圆柱形状的该纤维余长处理部提供在最外围。纤维导引件43 围绕光纤支撑件41适当地设置，使得光纤能够在这些同心设置的损耗调节装置和纤维余长处理部之间光滑地游走。该损耗调节装置对应于图4所示的用于损耗调节的线轴23，并且该纤维余长处理部对应于图4所示的用于纤维余长处理的线轴24。

在本实施方式中，来自光学元件的光纤按图7中参考数字44所示的纤维路径沿具有半径R14的纤维余长处理部循环，由此适当地进行纤维余长处理。此后，光纤沿路径45从该纤维余长处理部穿到该损耗调节装置，并被引导到该损耗调节装置内，在该损耗调节装置内光纤以小半径R11在内壁42和光纤支撑件41之间围绕缠绕，由此产生适当的损耗。在图7中，在该损耗调节装置内具有半径R11的本光纤路径以参考数字46示出。此后，光纤沿图7中的路径47穿过，并从该损耗调节装置被再次导引到该纤维余长处理部分，在该处进行所需要的纤维余长处理。

在传统的光学设备中，纤维余长处理是不可避免地需要的。根据本实施方式该光纤损耗调节器的使用使在不改变传统的占地面积的情况下增加该损耗调节装置成为可能。

此处，当R13是在两区，也就是，如图7所示的该损耗调节装置和该纤维余长处理部，之间行进的光纤路径的半径，而R14是沿该纤维余长处理部的路径的半径时，那么这些半径与图7中的对应于图2中的R1的半径R11之间的关系用下面的方程表示：

R14＝2*R13-R11    (2)

其中R14≤25mm，并且11mm≤R11≤15mm。

假设R14＝25mm，解方程(2)得到18mm≤R13≤20mm。当R14＝24mm时所产生的0.05dB或更小值的损耗没有问题，其不大于当在图3中R＝1 5mm时产生的损耗的二十分之一。

如上所述，根据本实施方式，在将光纤损耗调节到任意值的过程中，如果满足上述方程(2)，那么光纤能够从构成损耗调节装置的该多个光纤支撑件4 1之间的任意位置游走到具有半径R14的圆柱形纤维余长处理部。

附带地，尽管将两条路径45和47示出为在两区，也就是该损耗调节装置和该纤维余长处理部，之间行进的纤维路径，但是，在本实施方式中，只要满足方程(2)，显然可以存在与光纤支撑件的数量一样多的导入/导出光纤路径。

注意，本发明并不局限于上述实施方式。例如，图7中的纤维导引件的形成可以为其他的，只要其能够在两区之间导引光纤，并且使光纤的曲率半径保持为常数。因此，只要能够导引光纤，并且沿该纤维余长处理部的纤维路径44的半径R14和从该损耗调节装置到该纤维余长设置部的纤维路径47的半径R13同时满足方程(2)，那么任何形状和排列(间隔)都满足。对于半径R14和R13，由于微弯损耗小到被忽略，因此纤维导引件43的形状可以为与光纤支撑件类似的圆柱形状，并且只要其有助于实现上面的目的，并没有特别的限制。

另外，将第一实施方式应用到第三实施方式的该损耗调节装置的该部分也是可能的。此外，将第三实施方式的结构形成为使得多根光纤能够以堆叠方式沿高度方向缠绕，并且在每根光纤之间插入绝缘体，如第二实施方式那样，也是可能的。

另外，使图4中的输入连接器21和输出连接器25之间的线轴等连接的顺序并不局限于图4所示。