DE2457930A1

DE2457930A1 - Verfahren zur fehlerortung bei glasfaserlichtleitern

Info

Publication number: DE2457930A1
Application number: DE19742457930
Authority: DE
Inventors: Oskar Dr Ing Krumpholz; Stefan Dr Ing Maslowski
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-12-07
Filing date: 1974-12-07
Publication date: 1976-06-10
Also published as: FR2293709B1; US4070118A; FR2293709A1; GB1524249A; JPS5183546A

Description

LICENTIA
Patent-Verwaltungs-GiabH 6000 Frankfurt (Main) 70, Theodor-Stern-Kai 1

Ulm (Donau),27.11.197* PT-UL/Bs/rß UL /

"Verfahren zur Fehlerortung bei Glasfaserlichtleitern"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlerortung bei Glasfaserlichtleitern. Bei der Herstellung und Verlegung von iichtleitfaserkabeln sind Faserbrüche nie ganz auszuschließen. Aus diesem Grunde werden Verfahren benötigt, um für Repöjraturzwecke die Lage der Fehlerstellen möglichst genau zu lokalisieren.

Ein in der Kabeltechnik weit verbreitetes Testverfahren beruht drrauf, daß kurze elektrische Impulssignale in ein Kabeler.de eingespeist werden und die Laufzeit der Echoimpulse bestirnt wird. Aus der gesessenen Laufzeit kann bei bekannter Gruppenlaufzeit der Ort der Stör- bzw. Bruchstelle berechnet ver:;p".

BAD ORiGfNAt "

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Fehlerortung bei Glasfaserlichtleitern ein Verfahren anzugeben, des eir. ■:. besonders geringen Aufwand an teuren Meßgeräten erfordert.

Ausgehend von einem Verfahren zur Fehlerortung bei Glβγfs ε^rlichtleitern, bei den kurze Impulssignale in ein Lr.de einer Glas» faserlichtleiters eingespeist werden, welche sich irr. Lichtleiter' ausbreiten und an Fehlstellen im Lichtleiter reflektiert vorder., , bei dem aus der bekannten Laufzeit der reflektierten Sigr.&-.e die; örtliche Lage der Fehlstelle bestimmt wird, besteht die En" ir. dung; darin, daß ein Laser verwendet wird, der als Lichtsender betrieben kurze Lichtimpulse zur Ortung der Fehlerstellen erzeugt ur.d nach Aussendung der Lichtimpulse anschließend in Loppelau.v: ätzung als Lichtverstärker oder als Lichtempfänger betrieber., die &n Fehlerstellen reflektiertenLichtsignale entweder verstärkt oder empfängt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In Figur 1 ist mit 2 ein Teilstück eines Glasfaserlichtleiters bezeichnet, der eine mit 3 bezeichnete, gestrichelt angedeutete Fehlerstelle, beispielsweise eine Bruchstelle, enthält. In das Ende des Lichtleiters 2 wird ein kurzer, sehr leistungsstarker Lichtimpuls eingekoppelt, der von einem mit 1 bezeichneten Laser erzeugt wird. An der Bruchstelle J wird die eingekoppelte Lichtenergie zun Teil reflektiert. Der reflek-

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tierte Lichtimpuls, der wieder aus dem Ende des Lichtleiters 2 austritty ist in Figur 1 mit 7 bezeichnet. Die Ankunftszeit des reflektierten Lichtimpulses wird registriert und daraus der Weg bis zur Eeflexionsstelle (Fehlerstelle)berechnet. Je kürzer der Lichtimpuls ist, umso geneuer ist die Ortsbestimmung de-r Fehlerstelle. Die Leistung des Lichtimpulses sollte ccglichpt hoch sein, da der an Fehlerstellen reflektierte Ar.teil sehr gering sein kann. Bei einem glatten Bruch des Lichtleiters "beträgt der an der Fehlerstelle reflektierte Anteil des Lichtes maximal ca. 4%, wenn man annimmt, daß die Bruchfläche von Luft umgeben ist. Im allgemeinen wird jedoch die Bruchfläche unregelmäßig gestaltet sein, wodurch der reflektierte Lichtant*;il· erheblich kleinere Werte annehmen kann. Die Laufzeit des 1-rüfimpulses wird vorteilhaft auf folgende Weise bestimmt. Bei Aussendung des Prüfimpulses 5 durch den Laser 1 wird gleichzeitig ^~ entgegengesetzter Laufrichtung des Impulses 5 ein Lichtinpuls 6 ausgesandt, der auf einen Lichtempfänger 4 auftrifft und dort ein elektrisches Signal erzeugt, das an den Ausgangsklemmen A des Lichtempfängers 4 abgegriffen werden kann. Der Prüfimpuls 5 wird an der Fehlstelle 3 im Lichtleiter 2 reflektiert und kehrt als mit 7 bezeichneter Lichtimpuls in umgekehrter Laufrichtung zurück. Nach Durchgang durch den Laser 1, der erfindungsgecäß in Doppelausnutzung für den reflektierten Lichtimpuls 7 als Verstärker wirkt, trifft der reflektierte Lichtimpuls 7 ebenfalls auf den Lichtempfänger 4 und erzeugt ein weiteres elektrisches Signal, da? wied€.-rum an den Ausgangsklemmen A verfügbar ist.

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Beide Signale können entweder auf einem in Figur 1 nicht dargestellten Oszillöskop sichtbar gemacht oder von einem Registriergerät aufgezeichnet werden. Bei bekannter Laufzeit der Lichtiinpulse im Lichtleiter 2 kann aus dem zeitlichen Abstand der vom Lichtempfänger 4- abgegebenen Ausgangssignale unmittelbar die Lage der Fehlerstelle 3 in Lichtleiter 2 errechnet werden. Im allgemeinen wird die Laufzeit der Lichtimpulse durch den Laser 1 belbst nicht berücksichtigt werden müssen.

Als Liehtempfänger 4· wird vorzugsweise eine Avalanche-Photodiode verwendet, mit der durch eine von einem auftreffenden Lichtimpuls ausgelösten Ladungsträgermultiplikation ein erheblicher Verstärkungsgewinn erzielt werden kann.

Als Laser 1 wird vorzugsweise ein Halbleiterlaser verwendet, der von einem nur wenig unterhalb der Laserschwelle liegenden Gleichstrom durchflossen wird und der lediglich mit kurzen Stromimpulsen, die die Schwellstromdichte des Lasers überschreiten, zur Aussendung von Strahlung in Form kurzer Lichtimpulse veranlaßt wird. Nach Aussendung eines Lichtimpulses, der einerseits als Prüfimpuls 5 in die Faser eingekoppelt wird und andererseits als Lichtimpuls 6 zur Markierung des N

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SA ORIGiNAL

tes der Zeitskale auf den Lichtempfänger 4 auftrifft, wird der Betriebsstrom des Halbleiterlasers wieder unter den wert des Schwellstroms abgesenkt. Der an der Fehlstelle 3 is Lichtleiter 2 reflektierte Lichtimpuls 7 findet den Laser 1 somit wer.ig untern äLb der Schwelle vor. Beim Durchgang des reflektierten licht impulses 7 durch den Laser 1 wird zwar keine Laserschwir.gui.f; an geregt, der Lichtimpuls erfährt aber dennoch eine erhebliche. Verstärkung. Erst das so optisch vorverstärkte Signal trif-t nach Durchlaufen des Lasers auf den Empfänger 4- und wird i;.. der zuvor beschriebenen Weise angezeigt oder registriert.

Anstelle eines Halbleiterlasers kann auch ein optisch gepui-rte Festkörperlaser, beispielsweise ein Neodym-Laser verwendet -werden. Ein derartiger Kristalllaser kann durch Gasentl & dung· ε 1 .?.".-pen oder durch Lunineszenzdioden optisch gepumpt werden. Zur Erzeugung eines als Prüf impuls geeigneten Lichtimpulses k ?-.:.:- entweder eine zusätzlich vorgesehene Gasentladungslampe kurzzeitig gezündet werden oder aber die als Pumplichtcueller. vergesehenen Lumineszenzdioden können kurzzeitig mit eines, höheren Strom belastet werden.

Eine weitere erhebliche Vereinfachung eines Verfahrens zur Fehlerortung bei Glasfeserlichtleitern kann dadurch erreicht werden, daß der in Figur 1 mit 4 bezeichnete Licntempianger eingespart wird, in^den erfindungsgemäß der Laser 1 in

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Doppelausnutzung sowohl als Lichtsender als auch für den reflektierten Lichtimpuls als Lichtempfänger wirksam ist. Lieses vereinfachte Verfahren wird unter Bezug auf Figur 2 näher erläutert. Kit 8 ist ein Laser in Form einer Halbleiterdiode bezeichnet, der durch einen den Schwellstrom überschreitenden Stromsto 2 zur Aussendung eines kurzen Lichtimpulses 5 veranlaßt werden kr-.x.L·. Der Stromimpuls wird dem Halbleiterlaser über den Kondensator zugeführt. Der vom Laser erzeugte Lichtimpuls wird als IrCiI'-impuls in den Lichtleiter 2 eingekoppelt und trifft dort auf eine mit 3 bezeichnete Fehlstelle. An dieser Fehlstelle 3 wird als Lichtimpuls 7 reflektiert. Zwischenzeitlich ist an das zuvor als.Halbleiterlaser wirksame Halbleiterbauelement 3 über den Anschluß 10 eine Sperrspannung angelegt worden. 1ί·-?ε Halbleiterbauelement 8 wirkt jetzt als Lichtempfänger uiia wandelt den an der Fehlstelle 3 reflektierten Lichtirpuls 7 ic ein entsprechendes elektrisches Signal um. über einen mit 9 bezeichneten Kondensator und eine elektrische Weiche 11 gelangt des vom reflektierten Lichtimpuls 7 ausgelöste elektrische Signal über eine Leitung 15 auf eine Anzeigeeinrichtung 12, beispielsweise ein Oszilloskop oder eine Registriereinrichtung. line Markierung zur Festlegung des Nullpunkt der Zeitskala wurde über die r.it 14 bezeichnete Leitung aus dem an den Anschluß 13 angelegter.

sender Stromimpuls abgeleitet, der den Halbleiter/8 zur Ausserdung ei- ;

nes Lichtimpulses 5 veranlaßt hatte. Eine Weiche 11 sorgt einer-t

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seits dafür, daß der an den Anschluß 13 angelegte Stromimpuls zum Halbleiterlaser 8 gelangt und diesen zur Aussendung eiries Lichtiinpulses anregt und andererseits dafür, daß άεε von: reflektierten Lichtiinpuls ausgelöste elektrische Signal die Ar.-zeige- oder Registriereinrichtung 12 erreicht.

Die Drossel 16 ist so zu bemessen, daß sie einerseits die Stromimpulse zur Ansteuerung des Lasers 8 und die Signalimpulse der als Photodiode arbeitenden Diode 8 abblockt, andererseits aber die zeitlich wesentlich längeren Sperrspannnungεimpulse an Klemme 10 passieren läßt.

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Claims

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Patentansprüche

1y' Verfahren zur Fehlerortung bei Glasfaserlichtleitern nach der an sich "bekannten Echoimpulsmethode, bei dem kurze Impuls-Signale in ein Ende eines Glasfaserlichtleiters eingespeist werden, welche sich im Glasfaserlichtleiter ausbreiten ur.d ?.n Fehlstellen im Lichtleiter reflektiert werden, bei der- aus der bekannten Laufzeit der reflektierten Signale die örtliche Lage der Fehlstelle bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laser verwendet wird, der als Lichtsender betrieben kurze Lichtimpulse zur Ortung der Fehlerstellen erzeugt und der nach Aussendung der Lichtinpulse in Doppelausnutzung als Lichtverstärker oder als Lichtempfänger betrieben, die εη Fehlstellen reflektierten Lichtsignale entweder verstärkt oder in elektrische Signale umwandelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als

Laser (1) eine Halbleiterlaser verwendet wird, der von einem un-j ter dem Schwellstromwert liegenden Betriebsstrom durchflossen wird, bei dem der Betriebsstrom nur kurzzeitig für die Aussendung eines Lichtimpulses (Prüfimpuls) über den Schwellwert erhöht wird (Betrieb als Lichtsender) und bei dem der Betriebsstrom unmittelbar nach Aussendung eines Lichtimpulses wieder unter den Schwellwert abgesenkt wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß ein optisch gepumpter Festkörperlaser, insbesondere ein Neodym-Laser verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dsß der Festkörperlaser vorzugsweise durch kontinuierlich betriebene Gasentladungslichtquellen oder Lumineszenzdiocen lediglich bis unterhalb der Laserschwelle angeregt wird, und daß der La^er durch eine zusätzliche, impulsförmig angesteuerte Lichtquelle zur Aussendung eines Lichtimpulses veranlaßt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Prüfimpuls (5) für den Lichtleiter der Laser (1) einen weiteren Lichtimpuls (6) abgibt, der den Nullpunkt der Zeitskala für die Laufzeitmessung αβε Früfimpulses (5, 7) festlegt.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtempfänger (4) eine Avalanche-Photodiode verwendet wird, die möglichst nah oder über einen weiteren Lichtleiter an der dem Lichtleiter (2) abgewandten Lichteurtrittsflache des Lasers (1) angeordnet ist.

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7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d?B ein in Form einer Diode aufgebautes Halbleiterbauelement (8) durch einen in Flußrichtung der Diode angelegten Stromimpuls, der den Schwellstromwert überschreitet, zur Aus;Sendung eines Lichtimpulses angeregt wird, und daß nach Aussendung des Lichtimpulses an das Halbleiterbauelement (8) eine Sperrspannung angelegt wird.
8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein in Doppelausnutzung als Lichtsender oder Lichtverstärker betreibbares optisches Bauelement (1) mit vorzugsweise im wesentlichen zwei einander gegenüberliegenden Lichtaustritts- (Lichteintritts-) flächen, bei der eine der Lichtaustrittsflächen des optischen Bauelements (1) dem Endstück eines Lichtleiters (2) gegenüber angeordnet ist, und bei der ein Lichtempfänger (4) möglichst nah oder über einen weiteren Lichtleiter an der zweiten Lichüsustrittsfläche des optischen Bauelementes (1) angeordnet ist.
9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein in Doppelausnutzung als Lichtsender oder Lichtempfänger betreibbares Halbleiterbauelement (6) in Form einer Halbleiterdiode, das mit seiner Lichtaustritts- bzw. Lichteintrittsfläche dem Endstück eines Lichtleiters (2) gegenüber angeordnet ist, dessen Anschluß (10) einerseits mit einer Sperrspannung und andererseits über einen Kondensator (9) und eine Weiche (11) mit einem Stromimpuls beaufschlagt werden kann.

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