DD225236B1 - Anordnung zur gleichgewichtsverteilung von lichtmoden in lichtwellenleitern - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Gleichgewichtsverteilung von Lichtmoden in Lichtwellenleitern. Eine derartige Anordnung wird für Dämpfungsmessungen in der Lichtwellenleitermeßtechnik verwendet.

Werden am Eingang eines Lichtwellenleiters mit seiner Lichteintrittsöffnung Lichtstrahlen eingekoppelt, so sind die Einfallswinkel zwischen den eingekoppelten Lichtstrahlen und der optischen Achse verschieden groß. Die auftretenden Einfallswinkel dürfen hierbei einen Grenzwinkel nicht überschreiten, da ansonsten die Lichtstrahlen den Lichtwellenleiter verlassen. Ein Maß für die Aufnahme von Licht eines Lichtwellenleiters von einer in einen großen Raumwinkel strahlenden Lichtquelle ist seine numerische Apertur, die den maximalen Strahlöffnungswinkel des in den Lichtwellenleiter einkoppelbaren Lichtbündels angibt.

Die am Ende eines Lichtwellenleiters mit seiner Lichtaustrittsöffnung eintreffenden Lichtstrahlen weisen durch die unterschiedlichen Einfallswinkel der Lichtstrahlen am Eingang des Lichtstrahlenleiters unterschiedliche Laufwege auf. Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Laufzeiten werden als Lichtmoden und die damit verursachte zeitliche Streuung der am Lichtwellenleiterende austretenden Energieanteile als Modendispersion bezeichnet. Während in kurzen Lichtwellenleitern das Modenspektrum durch die Art der Lichteinkopplung beeinflußbar ist, stellt sich im Zusammenspiel von modenabhängiger Dämpfung und Modenwandlung in langen Lichtweilenleitern allmählich eine Gleichgewichtsverteilung der Lichtmoden ein. Wird die Dämpfung eines kurzen, nicht in der Gleichgewichtsverteilung befindlichen Lichtwellenleiters gemessen, dann weist ein aus diesen Teillichtwellenleitern zusammengesetzter sehr langer Lichtwellenleiter eine Dämpfung auf, die ungleich der Summe ihrer Teilstücke ist. Aus diesem Grund werden für reprodzierbare Dämpfungsmessungen die zu messenden Lichtwellenletter mit Licht einer genau definierten Modenstruktur angeregt, die der Gleichgewichtsverteilung äquivalent ist.

Charakteristik bekannter technischer Lösungen

Es wurde bereits eine Anordnung zur Gleichgewichtsverteilung von Lichtmoden in Lichtwellenleitern gefunden, die auf der Grundlage eines Bildfeldintensitätsfilters aufgebaut ist. In den Strahlengang zwischen einer Lichtquelle und einem anzukoppelnden Lichtwellenleiter sind zwei optische abbildende Systeme aus je einer bikonvexen Linse angeordnet, zwischen denen sich ein konzentrisch, optisch wirksames, scheibenförmiges Element befindet. Der achsenparallele Querschnitt des scheibenförmigen Elementes weist lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Bereiche auf, wobei der lichtdurchlässige Bereich die Form eines Trapezes und der lichtundurchlässige Bereich die Form eines Dreiecks hat.

Das so ausgeführte scheibenförmige Element weist somit eine Anzahl von lichtdurchlässigen Ringsegmenten auf, deren Breite sich von der optischen Achse zur Peripherie hin verkleinert.

Nachteil dieser Anordnung ist die schwierig zu realisierende Herstellung der Brechzahlprofile auf dem scheibenförmigen Element.

Eine andere bekannte Anordnung koppelt einen zu messenden Lichtwellenleiter mit einer geeigneten Immersionsflüssigkeit stumpf an eine als Spule ausgeführte Lichtwellenleiterkombination, die aus einer Hintereinanderschaltung von miteinander verspleißten Stufenprofil-, Gradientenprofil- und Stufenprofil-Lichtwellenleitern besteht, an, vgl. Kersten, Th., Einführung in die optische Nachrichtentechnik, Springer-Verlag, Heidelberg, NewYork1983, S. 184. Nachteilig bei dieser Anwendung ist, daß nur Lichtwellenleiter gleicher numerischer Apertur, gleichen Durchmessers mit annährend gleichem Brechzahlprofil gemessen werden können.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, reproduzierbare Meßergebnisse bei Dämpfungsmessungen bereits an kurzen Lichtwellenleiterstücken in einfacher und wirtschaftlicher Weise zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Gleichgewichtsverteilung von Lichtmoden in Lichtwellenleitern mit geringem technischen Aufwand zu schaffen, die eine geringe Einfügungsdämpfung hat und die für Lichtwellenleiter unterschiedlichen Typs anwendbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem optischen System aus einer ersten und einer zweiten Stablinse mit unterschiedlichen Brennweiten, bei dem die Lichtsaustrittsfläche einer Lichtquelle sich im Brennpunkt der ersten Stablinse und die Lichteintrittsfläche eines anzukoppelnden Lichtwellenleiters sich im Brennpunkt der zweiten Stablinse befinden und bei dem zwischen den Stablinsen paralleler Strahlengang besteht, eine Blende angeordnet ist, die erfindungsgemäß als Metallhülse ausgebildet ist.

Durch diese einfache und für jeden Lichtwellenleitertyp verwendbare Anordnung wird das aus der Lichtwellenleiterstirnfläche austretende divergierende Strahlenbüschel mittels der ersten Stablinse in ein paralleles Strahlenbüschel transformiert und durch die optisch wirksame Metallhülse begrenzt. Die Rücktransformation der parallelen Lichtstrahlen in ein Strahlenbüschel und die Einkopplung in den Lichtwellenleiter werden mittels der zweiten Stablinse durchgeführt. Damit wird vorteilhafterweise die erwünschte Ausgewogenheit der Energieverteilung für die einzelnen Moden schon auf kurzen Lichtwellenleiterstücken erzwungen.

Ausführungsbeispiel

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine optische Anordnung mit zwei Stablinsen 1,2 mit unterschiedlicher Bildbrennweite und eine die Apertur begrenzende aus einer Metallhülse bestehende Öffnungsblende 5 zur 70-%-Einkopplung. In der vereinfacht dargestellten Anordnung gelangt das aus der Stirnfläche eines als Lichtquelle dienenden ersten Lichtwellenleiters 1 austretende Licht über eine erste Stablinse 3 in eine die Apertur begrenzende Öffnungsblende 5 und über eine zweite Stablinse 4 in einen zweiten Lichtwellenleiter 2. Mittels der ersten Stablinse 3 wird der lichtausgefüllte Querschnitt des ersten Lichtwellenleiters 1 vergrößert und die aus der Stirnfläche des Lichtwellenleiters 1 in einem Winkel zur optischen Achse austretenden Lichtstrahlen in ein paralleles Strahlenbündel transformiert. Die die Apertur begrenzende Öffnungsblende 5 reduziert den lichterfüllten Querschnitt, und mittels der zweiten Stablinse4 wird die Rücktransformation des parallelen Strahlenbündels in ein divergierendes Strahlenbündel durchgeführt und verkleinert in den zweiten Lichtwellenleiter 2 eingekoppelt. Mittels der erfmdungsgemäßen Anordnung werden steile, aus der Stirnfläche des ersten Lichtwellenleiters 1 austretende Lichtstrahlen an der weiteren Ausbreitung gehindert und somit eine erwünschte Ausgewogenheit der Energieverteilung für die einzelnen Moden schon auf kurzen Leiterstücken erzwungen. Werden sowohl ein kleiner Krümmungsradius und eine hohe Brechzahl für die beiden Stahllinsen 3; 4 als auch der entsprechende Abstand der sich mit ihren sphärischen Flächen gegenüberliegenden Stablinsen 3; 4 gewählt, so wird eine geringe Einfügedämpfung der erfindungsgemäßen Anordnung erzielt. Liegt der Brennpunkt der zweiten Stablinse 4 außerhalb der Stablinse 4, ist ein berührungsloses definiertes Einkoppeln des Lichtes ohne Verluste in den zweiten Lichtwellenleiter 2 möglich.

Claims (1)

1. Anordnung zur Gleichgewichtsverteilung von Lichtmoden in Lichtwellenleitern unter Verwendung eines optischen Systems aus einer ersten und einer zweiten Stablinse mit unterschiedlichen Brennweiten, bei dem die Lichtaustrittsfläche einer Lichtquelle sich im Brennpunkt der ersten Stablinse und die Lichteintrittsfläche eines auszukoppelnden Lichtwellenleiters sich im Brennpunkt der zweiten Stablinse befinden und bei dem zwischen den Stablinsen paralleler Strahlengang besteht, in welchem eine Blende angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende als Hülse (5) ausgebildet ist.

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