-
-
"Anordnung zur Messung des rückgestrahlten Lichts in einer
-
Lichtleitfaser" Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung
des rückgestrahlten Lichts in einer Lichtleitfaser, unter Verwendung einer Lichtquelle,
eines Lichtempfängere, sowie eines Strahlenteilers, mit dessen Hilfe das von der
Lichtquelle ausgesendete Licht in die Lichtleitfaser und das aus der Lichtleitfaser
zurückgestrahlte Licht auf den Lichtempfänger gelenkt wird.
-
In den letzten Jahren wurden große Fortschritte bei der Herstellung
von dämpfungssrmen Lichtleitfasern erzielt.
-
Dämpfungswerte von wenigen dB/km sind inzwischen allgemeiner Standard.
In vielen Stellen wurden bereits erste optische Versuchsstrecken mit verkabelten
Glasfasern erstellt oder in Angriff genommen.
-
Bei der Verkabelung von Lichtleitfasern und bei der Verlegung von
optischen Kabeln sind Faserbrüche oder andere Störungen, z.B. FaserMikrokrilnungen
und starke Biegungen,
die unzulässig hohe optische Zusatzverluste
bewirken, nie ganz auszuschließen. Eine Beseitigung der Störungen in einem Kabel
ist aber nur dann möglich, wenn ihr Ort genau bekannt ist. Aus diesem Grunde sind
Verfahren zur Fehlerortung unbedingt erforderlich.
-
Zur Ortung von Störstellen in Fasern und optischen Kabeln gibt es
im Prinzip zwei Verfahren und zwar die Echoimpulsmethode und die Rückstreumethode.
Erstere ist unter anderem in den Druckschriften, J.; Krumpholz, Guttmann, J.: Location
of imperfections in optical glass-fibre waveguide.
-
Electron. lett. 11, (1975) No. 10, pp. 216 - 217, oder Ueno, Y.; Shimizu,
M.: Optical fiber fault location method. Appl.
-
Opt. 15 (1976) No. 6, pp. 1385-1388, letztere unter anderem in den
Druckschriften, Barnoski, M.K.; Jensen, S.M.: Fiber waveguides: A novel technique
for investigating sttenuation charateristics. Appl. Opt. 15 (1976) No. 9 pp.2112-2115,
oder Personnick, S.D.: Photon Probe - An optical fibre time domain reflectometer.
Bell. Syst. Techn. J. 56 (1977) pp.
-
355-366, oder Costa, B.; Sardo, B.: Experimental study of optical
fibres atgienuation by a modified backscattering technique. Conference Proceedings
3. ECOC (1977) pp. 69-71, beschrieben.
-
Bei der Echoimpultsmethode wird ein kurzer Lichtimpuis am Anfang in
die Faser eingekoppelt und das zeitlich verzögerte, an der Störstelle reflektierte
Signal am Einkoppelende detektiert. Aus der Zeitdifferenz zwischen Eingangsimpuls
und reflektiertem Impuls kann bei bekannter Impulsgeschwindig keit der Ort der Reflexion
bestimmt werden. Bei der Messung einer großen Anzahl von unter verschiedenen Bedingungen
gebrochenen Faserenden, konnte z.B. festgestellt werden, daß das im Mittel reflektierte
Signal um mehr als einen Faktor 10 unter dem Wert liegt, den ein glatter,senkrecht
zur Faser
achse verlaufender Faserbereich liefert. Es sind Jedoch
auch Brüche denkbar, die keinen Reflexe verursachen. Uberschreitet der Winkel zwischen
Bruchfläche und Faserachse den halben Aperturwinkel der Faser, so wird keine Lichtleistung
in Rückwärtsrichtung in den Faserkern eingekoppelt.
-
Die geschilderten Schwierigkeiten bei der Echoimpulsmethode treten
bei der Rückstreumethode nicht auf, da hier zur Ortung nicht das an der Störung
selbst reflektierte Signal ausgenützt wird, sondern das im Faserkern gestreute Licht,
im wesentlichen Rayleigh-Streuung. Die Höhe des an einer bestimmten Stelle in der
Faser hervorgerufenen Streulichtes ist im allgemeinen proportional zu der dort vorhandenen
Lichtimpulsleistung. Ein geringer Teil dieser in alle Raumwinkel gestreuten Leistung
fällt dabei auch in Rückwärtsrichtung in den Aperturwinkel der Faser und wird zum
Faseranfang zurückgeführt, wo es detektiert werden kann. Wird z. B. der Ubertragungsweg
durch einen nichtreflektierenden Faserbruch völlig unterbrochen, so fällt dort die
rückgestreute Lichtleistung abrupt auf Ntill ab, da aus dem,dem Faserbruch folgenden
Leitungsstück keine Rückstreuung mehr erfolgen kann. Dieser Effekt wird nun zur
Ortung des Bruches herangezogen. Darüberhinaus gestattet die Rückstreumethode die
Uberprüfung und Messung von Spleiß- und Steckverbindungen und die Bestimmung der
Faserlänge. Ferner ist sie in hervorragender Weise geeignet sur zerstörungafreien
Untersuchung von Fasern selbst, 8. B. der Dämpfungsverteilung längs der Faser. Auf
Grund dieser vielen Möglichkeiten erweist sie sich als eines der wirkungsvollsten
Meßverfahren zur Bestimmung der ffbertraguagseigenschaPten von Lichtleitfasern0
Bei der praktischen Anwendung der Rückstreumethode stöBt man jedoch auf eine Schwierigkeit.
Die Leistung, die in
den Faserkern zurückgestreut wird, ist sehr
klein. Sie liegt je nach Fasertyp zwischen 50 und 60 dB unter der an dieser Stelle
in der Faser geführten Leistung. Daraus resultiert die Notwendigkeit, Reflexionen
und Streuung von der Einkoppelstelle so gut wie möglich zu vermeiden.
-
In dem bereits genannten Aufsatz von Barnoski, M.K. wurde dazu die
Lichteinkopplung über ein Taper vorgenommen, bei Personnick wurde das Anfangssignal
durch eine elektrische Torschaltung unterdrückt und bei Costa, B.; Sordo, B. wurden
Reflexe durch Verwenden von Immersionsöl zwischen Teilerprisma und Faseranfang weitgehend
vermieden.
-
Allen diesen bekannten Meßanordnungen oder Verfahren haftet jedoch
der Nachteil an, daß entweder der erzielte Koppelwirkungsgrad niedrig ist und damit
die meßbare Länge klein ist, oder die verwendeten Aufbauten für den praktischen
Einsatz, insbesondere auch für den Einsatz im Feld bei der Kabelverlegung nicht
genügend kompakt und robust sind.
-
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs
genannten Art anzugeben, welche eine weitgehende Trennung des eingestrahlten und
rückgestrahlten Lichts erlaubt und die in einer für den praktischen Einsatz besonders
vorteilhaften kompakten und robusten Bauweise hergestellt werden kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Strahlenteiler
durch ein Lichtleitfaser-Teilstück gebildet ist, welches eine teildurchlässige Spiegelfläche
enthält, die unter einem Winkel gegen die Faserachse ausgerichtet ist, und daß das
Lichtleitfaser-Teilstück wenigstens im Bereich der Spiegelfläche in ein lichtdurchlässiges
Material eingebettet ist, welches im wesentlichen den-
selben Brechungsindex
aufweist, wie der Fasermantel.
-
Die erfindungsgeiäße Lösung soll anhand der Figur noch näher erläutert
werden. Der optische Teil besteht im wesentlichen aus einem kurzen Teilstück einer
Lichtleitfaser 1, 2, die in ein lichtdurchlässiges Material eingebettet ist.
-
Zweckmäßigerweise wird hierzu das Lichtleitfaser-Teilstück 1, 2, in
eine Glaakapillare 1', 2t eingezogen und beide Teile miteinsnder verschmolzen, Hierdurch
ist gewahrleistet, daß keine großen Brechungsindexunterschiede zwischen Lichtleitfasermantel
und Glaskapillare auftreten können. Zur Herstellung eines Strahlenteilers S, wird
die Glaskapillare und damit die Faser unter 450 zur Faserachse geschnitten, poliert,
einseitig mit einer zig reflektierenden, dielektrischen Spiegelschicht bedampft
und anschließend mit Kitt zusssmenge£dgt. lis Lichtquelle 3, wird zweckmäßigerweise
ein Laser verwendet, dessen Lichtimpulse unmittelbar, d. h. ohne Linsen in ein Ende
des Faserstücks 1 in der Kapillare 1' eingekoppelt werden. Die aus dem anderen Ende
der Faser 2 auftretenden Lichtimpulse werden in eine Zwischenfaser, z.B. ein einige
Meter langes identisches Faserstück 5 eingespeist, welches wiederum mit Kitt an
der Faser 2 befestigt ist. Das Ende dieses Faserstücks wird dann mit der zu messenden
Faser 6 verkoppelt, allerdings in der Weise, daß die Verbindung lösbar bleibt. Die
Brechungsindexanpassung zwischen Faserstück 5 und Faser 6 soll hier unter Zuhilfenahme
von Immersionsöl erfolgen. Das Faserstück 5, zwischen der Faser 2 und der zu messenden
Faser 6 hat den Zweck, Xmmersionsöl von der Lichtquelle und den Lichtenpfänger fern
zu halten.
-
Zur Messung des in der Faser 6 zurückgestrahlten Lichts, ist ein Lichteupfänger
4 z. B. eine Photodiode, insbesondere eine Avalanche-Photodiode vorgesehen, welche
seitlich an der Glaskapillare angebracht ist. In Bereich des Strah-
lenteilers
S weist die Glaskapillare eine plane Lichtaustrittsfläche auf, damit eine Fokussierung
des austretenden Lichts verhindert wird. Von der dem Lichtempfänger abgewandten
Seite der Glaskapillare ist dagegen ein lichtabsorbierender Kitt aufgebracht, wodurch
Reflexe des von der Lichtquelle 3 ausgesandten Lichts an der sonst vorhandenen Grenzfläche,
Fasermantel und Luft, verhindert werden.
-
Mit Ausnahme des zwischen Strahlenteiler und Lichtempfänger liegenden
Lichtwegs, der durch die letztgenannten Maßnahmen reflexionsfrei gestaltet werden
kann, wird sowohl das eingestrahlte, als auch das reflektierte Licht immer im Kern
von Fasern oder Faserteilstücken geführt, die an den Ubergangsstellen mit Hilfe
von Kitt oder Immersionsöl entspiegelt sind, so daß eine optimale Anpassung zwischen
Meßanordnung und Meßobjekt gewährleistet ist.