CS235538B2 - Optical instrument for optical fibre's refractive index radial profil determination - Google Patents

Description

Vynález se týká optického přístroje pro vyšetřování profilů indexu lomu optických vláken.

Oppická vlákna sloužící pro přenos dat se vyrábějí s definovaným profilem indexu lomu na průměru vlákna. Přenosové vlastnosti optického vlákna jsou · dány jakostí skla a rovněž přesnooti průěěhu indexu lomu. · Při určování pravděpodobných přenosových charakteristik konkrétního optického vlákna · je -tedy důležité, aěy ěylo možné přesně stanovit průěěh indexu lomu vlákna. Protože vlákna se normálně · odtahují·ze skleněného prefabrikátu, prooil indexu lomu vlákna se po délce vlákna nijak podstatně nemění, takže přesný obraz vlastností každého vlákna lze získat zkoumáním konce dané délky vlákna.

Předmětem vynálezu je optický přístroj k určování radiálního profilu indexu lomu optického vlákna skenováním světelného svazku po průřezu vlákna, oěsahujj.cí světelný zdroj a optickou soustavou, ústrojí k uchycení vlákna a detektor, jehož podstata vynálezu spočívá v tom, že mezi světenným zdrojem a detektorem je umístěn eliptický reflektor, v jehož optické ose je upevněna nejméně jedna dutá truěka pro uložení optického vlákna koncovou průřezovou plochou do ohniska eliptikkého reflektoru, a fotodetektor je umístěn v dráze paprsků lomených průřezovou plochou optického vlákna ve druhém ohnisku eliptického reflektoru.

Podle výhodného provedení vynálezu je eliptický reflektor naplněn · kapalinou a přizpůsobeným indexem lomu a je opatřen krycím sklíkkem a transparentním okénkem proti jejímu unikání a trubičkou pro doplňování kappliny. Transparentní okénko má alespoň vnější plochu vydutou a její poloměr křivosti je rovný vzdálenooti transparentního okénka od fotodetektoru. Aby do detektoru přicházely pouze paprsky odražené od optického vlákna, má dutá trubka na kornel přivráceném k optické soustavě vydutou blokovací plochu proti průchodu světelného svazku dutou trubkou. Alternativně může být mezi eliptikým reflek_ torem · a fotodetektorem umístěna clona s kruhovým otvorem.

Přístroj · podle vynálezu má vysokou rozlišovací sehepnost a vzhledem k·soustředění světelného svazku stačí k detekci malý fotodetektor.

Vynález bude vysvětlen v souvislosti s příklady provedení znázorněnými·na výkrese, kde značí obr. 1 ·celkové uspořádání optického přístroje podle vynálezu k určování profilu indexu lomu optického vlákna, obr. 2 řez elip^o^m reflektorem s dutou trubkou ve zvětšeném rnmřítku, obr. 3 · · soustavu dutých trubek pro ustavení rnmřeného · vlákna v ose reflektoru a · obr. 4 prof1 indexu lomu v jednovidovám optickém vlákně, získaný pomocí optického přístroje podle vynálezu.

V dráze světelného svazku 11 ze světelného zdroje £0. kterým je s výhodou laser, je umístěna optická soustava sestávající z pohyblivých zrcadel 12, £3 ^a zaostřovacích optik 14. 15. Světelný svazek 11 je odrážen prvním rozkladovým zrcadlem 12 a druhým rozkladovým zrcadlem 13 a zaostřován nejprve první· zaostřovací optikou 1_4_ a poté druhou zaostřovací optikou £5, načež vstupuje/do eliptockého reflektoru 20. Eliptický reflektor 20 je znázorněn podrobnněi na obr.·2 a obr. 3· V jeho ose je uloženo vyšetřované ·optické vlákno 18, jehož konec leží v ohnisku F eliptckkého reflektoru 20. Uvnntř eliptckkého reflektoru· 20 se světlo · odráží a soustřeáuje se ve ^^detektoru £7, který leží ve druhém ohnisku eliptického reflektoru 20. ^v '

Při mmření přejíždí světelný svazek 11. vychylovaný rozkladovým zrcadlem £3» postupně po koncové ploše optického vlákna £8, ležící v ohnisku F, a fotodetektor £7 vysílá výstupní signál, který po vhodném zpracování vytváří prroil indexu lomu na neznázorněném stínítku · osciloskopu. Tento prto! měHže mít například tvar podle obr. 4.

Na obr. 2 je zobrazen podrobněji eliptický reflektor 20· Zrcadlo 22 může být vytvořeno jako galvanický povlak na vnitřní ploěe pevného bloku 2J. z epoxydové pryskyřice.

Pravý konec bloku 21 . je odříznut a vzniklý otvor 2,3 je uzavřen krycím sklíkkem 24.

Protilehlý konec eliptcekého reflektoru 20 je uzavřen transparentním okénkem 2J se zaváděcím otvorem 26, v němž je upevněna dutá trubka 27. ležící v ose eli^p^tíki^é^h^o reflektoru 20, do níž se zasouvá optické vlákno П8 určené k vyšetřování. Na přivráeeném ke krycímu sklíčku 24 má dutá trubka 27 vydutou blokovací plochu 33j která nepropouští světelné paprsky rovnoběžné s optickým vláknem 13. Na obr. 2 jsou znázorněny krajní paprsky odražené od plochy vyšetřovaného optického vlákna 18 a soustřeďované zrcadlem 22 eliptiekého reflektoru 20.

Druhá zaostřovací optika £5 de tvořena olejovým imerzním mikroskopovým objektivem, aby rozlišovací schopnost přístroje byla co nejvyšší. Mezi krycím sklíkkem 24 a druhou zaostřovací optikou £5 je olejová vrstva 28. Celý vnitřek eliptického reflektoru 20 je vyplněn kapalinou 29 s přizρйjobeným indexem lomu. Kapplina 29 se zavádí do eliptického reflektoru 20 trubičkou JO, která je připevněna k neznázorněné zásobní nádržce, takže kapalina 29 unikající případně mezi optickým vláknem J8. a dutou trubkou 27. se doplňuje.

Pro přesnost měření je velice důležité, aby optické vlákno £8 dosedalo svou koncovou průřezovou plochou na střed krycího sklíčka 2Д. Toho se dosahuje ko^t^kcí přístroje podle obr. 3· Oppické vlákno 1.8 se připravuje k ošetřováni tak, - že se z něj strhne vnější ochranný plastický plášť a jádro se odřízne tak, aby mělo rovný konec. Potom se optické vlákno -18 zasune . do tenké pružné duté trubky J. na způsob jehly a spolu s ní se vloží do střední duté trubky 32. která se pak zasune do vnější duté trubky 27. Cbr. 3 je nakreslen ve velkém měěítku a uki^s^i^^je, že optické vlákno 18.» jehož konec je co ne^přesněji plochý, je umístěno naprosto'přesně vzhledem ke krycímu sklíčku 24 a tedy co nejblíže ke druhé zaostřovací optice ^5.

Kolem optického vlákna - 18 p‘ - ^dutých - trubek 31 , 32. 27 - uniká jisté m^rnostv! kapaliny 29, které se doplňuje z - nádržky.- Optické - vlákno 18 lze tedy snadno vysunout z přístroje a nahradit dalším optickým vláknem, jehož profil indexu lomu se má vyšetřovat.

Transparentní okénko 25 má s výhodou vydutou vnější plochu, jejíž poloměr se rovná vzdálenooti mezi touto plochou a fotodetektorem £7. Tím je zajištěno, že světlo dopadá soustředěně na malou plochu fotodetektoru - 17.·Vvitřeí plocha transparentního okénka 25 m^i^e být přídavně také zakřivená rovnoběžně s vydutou vnější plochou, takže transparentní okénko 25 má tvar dutovypuklého meeésku. Je-li eliptický reflektor 20 uložen svisle, bublinky vznnkkPící v oleji stoupají k vnějšímu okraji transparentního okénka 2j.

Znázorněného přístroje podle vynálezu lze použžt i k vyšetřování jiných předmětů, jejichž index lomu je po šířce předmětu různý; v tom případě je třeba nahradit duté trubky 27, 31 - , 32 vhodným držákem k - uchycení předmětu v potřebné poloze v ohnisku P elipsy.

Výhodou přístroje podle vynálezu je zejména ta skutečnost, že fotodetektor -17 může být poměrně malý v důsledku zaostřovací sihjpαejti eliρtieké^,nj reflektoru 2,,0.

Vvntřek eliptckkého reflektoru 20 je naplněn kapalinou 2L91 a jeho číselné apertura se rovná přibližně 1,3. Mezi elipickým reflekoorem 20 a fotodétektorém J7. není potřebné vnější optika. Protože zrcadlo 22 převrací paprsek ze středu na kraj, -může být vydutá blokovací plocha J na konci duté trubky 27, nahrežena běžnou clonou J4 s kruhovým otvorem, umístěnou mezi ^^detektorem -1J7 a transparentním okénkem 2J, jak naznačuje schematicky obr. 1.

Křivka znázorněné na obr. 4 je přesným obrazem profilu indexu lomu jednovidového optického vlákna, jehož jádro má průměr 8 ^um.

Křivka byla získána s přístrojem podle vynálezu při použití helium-neonového laseru s vlnovou délkou 0,6328 /Um as číselnou aperturou 0,96.

Střední oblast C ukazuje profil indexu lomu jádra optického vlákna a postranní oblasti D značí profil indexu lomu v plášti. Na vzestupné hraně na levé straně křivky se udává tzv. náběhová šířka 20-80 & neboli Rayleighova rozlišovací schopnost, označená na obr. 4 písmenem W. Protože vzestupná hrana by měla být teoreticky svislá, je skutečná náběhová šířka mírou rozlišovací schopnosti přístroje. Například v dokonalém přístroji by náběhová Šířka 20-80 & byla nulová, to znamená 0,0 yUm. Na křivce z obr. 4 je náběhová šířka 20-80° rovná 0,3 to znamená přibližně Л/2, což je asi 2,5krát lepší než výsledky dosahované známými přístroji.

Šipky А, В na obr. 1 ukazují možnost dalšího provedení optického přístroje podle vynálezu, kde optické vlákno 1_8 v eliptickém reflektoru 20 lze skenovat laserovým svazkem Ц pohybem celého eliptického reflektoru 20 napříč svazku 1J_. V tomto provedení jsou rozkladová zrcadla 12, 13 nastavena v pevné poloze a laserový svazek 11 prochází osou optické soustavy sestávající z první a druhé zaostřovecí optiky 14. 1 5. Ke zjištění radiálního profilu indexu lomu na průřezu optického vlákna 18 se eliptický reflektor 20 posouvá ve směru Šipek А, В a výstupní signál z fotodetektoru 17 se zobrazuje na stínítku osciloskopu nebo zaznamenává zapisovacím přístrojem.

К vytvoření mapy profilu pro celou koncovou plochu optického vlákna 18 může být eliptický reflektor £0 uspořádán tak, aby světelný paprsek 11 přejížděl i ve směru, který je kolmý ke směru šipek А, В a současně к nákresně. Pro zobrazení na stínítku osciloskopu se snímací kmitočet v jednom směru zvolí podstatně vyšší než ve druhém směru, čímž vznikne rastr. Polohu eliptického reflektoru .20 v prostoru v každém okamžiku lze určit a zavést na vstupy X, Y osciloskopu a vytvořit tak referenční signál ke korekci zobrazeného průběhu profilu indexu lomu celé koncové plochy optického vlákna 18.

Claims (5)

1. PŘED MĚ T VYNÁLEZU

   1. Optický přístroj к určování radiálního profilu indexu lomu optického vlákna skenováním světelného svazku po průřezu vlákna, obsahující světelný zdroj s optickou soustavou, ústrojí к uchycení vlákna a detektor, vyznačený tím, že mezi světelným zdrojem (10) a detektorem (17) je umístěn eliptický reflektor (20), v jehož optické ose je upevněna nejméně jedna dutá trubka (27, 31, 32) pro uložení optického vlákna (18) koncovou průřezovou plochou do ohniska (F) eliptického reflektoru (20), a fotodetektor (17) je umístěn v dráze paprsků lomených průřezovou plochou optického vlákna (18) ve druhém ohnisku eliptického reflektoru (20).
2. 2. Optický přístroj podle bodu 1, vyznačený tím, že eliptický reflektor (20) je vyplněn kapalinou (29) a přizpůsobeným indexem lomu a je opatřen krycím sklíčkem (24) a transparentním okénkem (25) proti jejímu unikání a trubičkou (30) pro doplňování kapaliny (29).
3. 3. Optický přístroj podle bodu 1, vyznačený tím, že transparentní okénko (25) má alespoň vnější plochu vydutou a její poloměr křivosti je rovný vzdálenosti transparentního okénka (25) od fotodetektoru (17).
4. 4. Optický přístroj podle bodů 1 až 3, vyznačený tím, že dutá trubka (27) má na konci

   235533 přivráceném k optické soustavě vydutou blokovací plochu (33) prrobi průchodu světelného svazku dutou trubkou (27).
5. 5. Optický přístroj podle bodů 1 až 3, vyznačený tím, že mezi elipicckým refeektreem (20) a fctodetekoorem (17) je umístěna clona (34) s kruhovým otvorem.