專利名稱：用于測量光纖中自旋的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量光纖中自旋的方法，其通過用光照射光纖來形成干涉圖。
術(shù)語“偏振模式離差”(PMD)是指經(jīng)過光纖而傳播的信號的離差，特別是所謂的單模纖維，結(jié)果是導(dǎo)致纖維中部的雙折射。這種雙折射通常是由纖維中的缺陷而引起的，例如所謂的其中心橫截面的橢圓度或非圓度、不對稱的橫向應(yīng)力等。在單模纖維中，光可以在兩個正交模式(兩個偏振方向)中傳播。如果纖維中心具有前述的缺點，一個所說模式將比另一個模式更快地通過纖維傳播。這將導(dǎo)致延遲的差值，其結(jié)果將出現(xiàn)離差。PMD值表示兩個偏振方向之間延遲的差值。通常獲得越高的PMD，纖維質(zhì)量就越差。因此例如想要通過旋轉(zhuǎn)纖維來提高PMD，其仍然是稍微可塑的，當(dāng)從加熱的預(yù)制坯拉伸它時，因此當(dāng)它冷卻時自旋變得“凍結(jié)”在纖維中。在纖維中所產(chǎn)生的應(yīng)力就在所運送信號的正交偏振模式之間產(chǎn)生連續(xù)的模式耦合，因此抑制兩個模式之間有效相位滯后的堆積，其因此就導(dǎo)致纖維PMD的有效減少。
在實際中，光纖的PMD在光纖中的一些位置上太高就變得明顯。對該問題的分析顯示在整個纖維長度上所測量的全部PMD可以真正滿足所期望的低值需要，但是通過截短纖維的長度而形成的個別部分的PMD可能不再包括在所期望的規(guī)格中。根據(jù)于此，可以推斷當(dāng)增加光纖的長度時，較高PMD所導(dǎo)致的效果可以最終得到平衡。
制造具有低PMD的光纖的方法通?？梢詮默F(xiàn)有技術(shù)知道，例如從美國專利No.5,298,047、歐洲專利申請No.0 795 521、歐洲專利申請No.0 744 636、國際專利申請No.WO 97/26221和國際專利申請No.WO 98/46536中知道，其中光纖都可以經(jīng)受用于測量自旋的本方法。
此外，希望開發(fā)一種用于測量光纖自旋的方法，其可以在纖維生產(chǎn)期間使用。
根據(jù)本發(fā)明，介紹中所涉及的方法的特征在于，將導(dǎo)致連續(xù)改變干涉圖的光纖的橢圓度用于確定光纖中的自旋。
由于光纖具有固有的小橢圓度或非圓度，當(dāng)使用干涉測量的測量方法時，施加給光纖的旋轉(zhuǎn)或自旋將導(dǎo)致直徑的連續(xù)變化，其中用光連續(xù)照射待測纖維以便產(chǎn)生干涉圖。光學(xué)技術(shù)包括在垂直于纖維運動方向的方向中對纖維照射，因此產(chǎn)生作為從纖維表面反射的光和從纖維體折射的光疊加的結(jié)果的干涉圖。干涉圖事實上是入射光的波長、和折射率值以及纖維中心和纖維覆層直徑的函數(shù)。
根據(jù)本方法，最適合在與入射光束成48°～72°的角度測量干涉圖的變化。
可以實時表示如下，實際上，在不需要復(fù)雜計算的情況下，如美國專利No.5,309,221號的情況中。通過使用可以在測量干涉圖的變化的基礎(chǔ)上而獲得的該實時信息，可以確定纖維中的旋轉(zhuǎn)或自旋量，即使在光纖的高速運動中。因此可以利用本發(fā)明在生產(chǎn)光纖時來測量光纖中的自旋。
關(guān)于本發(fā)明所使用的術(shù)語“自旋”涉及施加給光纖的旋轉(zhuǎn)或扭轉(zhuǎn)。所述術(shù)語在公開的本說明書的范圍內(nèi)是可以互換的。
盡管可以從上述美國專利No.5,309,221中已知基于干涉圖測量透明纖絲直徑的方法，但可以建立從該處已知的適合在光纖高速生產(chǎn)中使用的方法。其原因在于所探測的干涉圖經(jīng)歷數(shù)學(xué)計算的次數(shù)，其結(jié)果是這種測量的響應(yīng)時間相當(dāng)長，使得其不適合于高速生產(chǎn)量。
它特別適合從熔化模式生產(chǎn)光纖期間測量干涉圖，尤其是拉伸速度＞10m/s時。
由于商業(yè)拉伸塔在速度＞10m/s期間運行，因此當(dāng)使用這種速度時，其需要獲得與施加給纖維的旋轉(zhuǎn)數(shù)相關(guān)的精確信息。如前所述，將自旋施加給光纖的裝置用于在光纖中產(chǎn)生自旋。實際上，在這種裝置中設(shè)置特定值，在光纖中為所期望的自旋而測量該值。由于拉伸過程經(jīng)受很多的過程參數(shù)，例如爐溫、爐中的氣體速率、光纖的冷卻率、導(dǎo)輪設(shè)置和類似的參數(shù)，光纖中的自旋度易于改變。根據(jù)本方法，因此可以涉及從裝置運行是連續(xù)變化干涉圖中所測量的自旋，該裝置用于對光纖施加自旋。
用于對纖維施加自旋的裝置更適宜布置在連續(xù)測量光纖干涉圖的裝置的順流。因此可以直接測量“凍結(jié)”在光纖中的自旋，并且可以直接將任意修正傳送到連續(xù)對纖維施加自旋的順流裝置。
它是一種特別適宜的方法，包括步驟i)在用于對光纖施加自旋的裝置中設(shè)置設(shè)定值；ii)在光纖上進(jìn)行干涉圖測量；iii)在所測量的干涉圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行計算，測量值代表光纖中的自旋量，和iv)將i)中的設(shè)定值與iii)中的測量值進(jìn)行比較，并且如果需要，調(diào)節(jié)設(shè)定值直至使光纖中的旋轉(zhuǎn)量達(dá)到所期望的量。
用于對光纖施加自旋的裝置特別適宜包括兩對在繞兩個不同旋轉(zhuǎn)軸的相反方向中旋轉(zhuǎn)的輪，在這些輪之間有光纖通過，其結(jié)果是將自旋施加給光纖。輪在基本上垂直于光纖的方向中相對于彼此而向后和向前移動，以便使纖維在輪表面之間交替向左和向右滾動。它特別適宜輪的向后-和-向前運動為統(tǒng)一的周期，因此可以實現(xiàn)PMD非常有效的減少。
附圖
中所示的參考信號是通過在垂直于光纖運動方向的方向中用光照射光纖而獲得的。由兩對輪所組成的裝置用作對光纖施加旋轉(zhuǎn)的裝置。從圖中可知，干涉信號是周期性中斷的，用距離A來表示該周期。該中斷是由上述裝置的輪倒轉(zhuǎn)所引起的。x軸上所劃分的是每分區(qū)的毫秒數(shù)。在其基礎(chǔ)上，可以計算用于對光纖施加旋轉(zhuǎn)的裝置的輪倒轉(zhuǎn)所需要的時間。附圖還示意性表示了距離B，在距離B內(nèi)表示了兩個向下延伸的峰值。所說兩個峰值代表光纖的整個旋轉(zhuǎn)。因此光纖的旋轉(zhuǎn)數(shù)可以在輪的一轉(zhuǎn)中而計算出，可以從該圖中計算出光纖的旋轉(zhuǎn)數(shù)，其出現(xiàn)在依靠彈性變形從已加熱到可塑溫度的預(yù)制坯拉伸光纖的爐中。因此可以將該值與纖維中實際凍結(jié)的旋轉(zhuǎn)數(shù)相比較。圖中還表示了距離C，距離C還稱做振幅，取決于預(yù)制坯覆層的非圓度或橢圓度?？梢詮膱D中依靠所測量的干涉信號來確定用于對光纖施加旋轉(zhuǎn)的裝置所產(chǎn)生的實際旋轉(zhuǎn)數(shù)。僅僅將所說的所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)數(shù)凍結(jié)在光纖中。由于所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)數(shù)與凍結(jié)在光纖中的旋轉(zhuǎn)數(shù)不同，所謂的有效恒量RC可以如下定義，其中所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)數(shù)*RC＝凍結(jié)在光纖中的旋轉(zhuǎn)數(shù)依靠上面的公式，對于每個拉伸塔就容易獲得關(guān)于用于對光纖施加自旋的裝置的運行以及從連續(xù)變化的干涉圖中所測量的自旋的反饋。
權(quán)利要求
1.一種用于測量光纖中自旋的方法，通過用光對光纖照射以便形成干涉圖，其特征在于光纖的橢圓度，其將導(dǎo)致連續(xù)變化的干涉圖，用于確定光纖中的自旋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于干涉圖包括的范圍為48°到72°之間，通過在垂直于其運動方向的方向中用光照射光纖而獲得該范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1到2所述的方法，其特征在于在從熔化預(yù)制坯中生產(chǎn)光纖的拉伸過程期間對干涉圖進(jìn)行測量，特別是在拉伸速度＞10m/s時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3所述的方法，其特征在于從連續(xù)變化的干涉圖中所測量的自旋與用于對光纖施加自旋的裝置運行有關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于用于對纖維施加自旋的裝置布置在連續(xù)測量光纖干涉圖的裝置的順流。
6.根據(jù)權(quán)利要求4到5所述的方法，其特征在于所說方法包括下面的步驟i)在用于對光纖施加自旋的裝置中設(shè)置設(shè)定值；ii)在光纖上進(jìn)行干涉圖測量；iii)在所測量的干涉圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行計算，測量值代表光纖中的自旋量，和iv)將i)中的設(shè)定值與iii)中的測量值進(jìn)行比較，并且如果需要，調(diào)節(jié)設(shè)定值直至使光纖中的自旋量達(dá)到所期望的量。
7.根據(jù)權(quán)利要求4到6所述的方法，其特征在于用于對光纖施加自旋的裝置是包括兩對在繞兩個不同旋轉(zhuǎn)軸的相反方向中旋轉(zhuǎn)的輪的裝置，在這些輪之間有光纖通過，其結(jié)果是將自旋施加給光纖，其中輪在基本上垂直于光纖的方向中相對于彼此而向后和向前移動，以便使纖維在輪表面之間交替向左和向右滾動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測量光纖中自旋的方法,通過用光對光纖照射以便形成干涉圖,其特征在于光纖的橢圓度,其將導(dǎo)致連續(xù)變化的干涉圖,用于確定光纖中的自旋。
文檔編號C03B37/02GK1357757SQ0113382
公開日2002年7月10日 申請日期2001年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月10日
發(fā)明者M·格雷尼伍德, J·W·Q·奎里努斯 申請人:德拉卡纖維技術(shù)有限公司