DE2752688B2

DE2752688B2 - Optischer Sender einer Vorrichtung zum Messen der Dämpfung optischer Wellen auf optischen Übertragungsstrecken

Info

Publication number: DE2752688B2
Application number: DE2752688A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr.-Ing. Liertz; Ulrich Dipl.-Ing. Oestreich; Guenter Dr.-Ing. 8034 Unterpfaffenhofen Zeidler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-11-25
Filing date: 1977-11-25
Publication date: 1979-12-06
Also published as: US4257707A; CA1112894A; DE2752688A1; DE2752688C3

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sender einer Vorrichtung zum Messen der Dämpfung optischer Wellen in einer mit Lichtwellenleitern aufgebauten optischen Übertragungsstrecke. Um die Übertragungsgüte einer aus Lichtwellenleitern aufgebauten Übertragungsstrecke feststellen zu können, kann man die Größe des am Ende ankommenden Nutzsignals mit der Größe des in die Übertragungsstrecke eingespeisten Signals vergleichen und so die Dämpfung der Strecke ermitteln.

Aus der DE-OS 24 51 654 ist eine Vorrichtung zum Messen von Störstellen und/oder Längen von Glasfasern bekannt, die aus einem Impulslaser und aus einem lichtempfindlichen Empfänger besteht. Der vom Impulslaser ausgesandte Lichtimpuls durchsetzt eine erste Fokussierungsoptik und trifft danach auf einen Strahlteiler, zum Beispiel auf einen teildurchlässigen Spiegel. Der eine aus dem Strahlteiler kommende Lichtanteil wird mittels einer zweiten Fokussierungsoptik auf die zu untersuchende Glasfaser gerichtet; der Impuls durchläuft die Glasfaser, wird an deren Ende oder an einer Störstelle reflektiert und gelangt dann wieder auf den StrahUeiler, um jetzt über eine weitere Fokussieroptik auf den lichtempfindlichen Empfänger zu treffen. Ein weiteres Verfahren zur Ortung eines Risses auf mindestens einer Faser eines optischen Kabels ist aus der DE-OS 25 33 217 bekannt; das Verfahren beruht auf einer Laufzeitmessung.

Nun ist es beispielsweise aus der Zeitschrift »Elektrisches Nachrichtenwesen«, Band 51, Nr. 4, 1976, S. 261 —268, bekannt, da3 das Ergebnis von Dämpfungsmessungen von dem durch die einstrahlende Lichtquelle angeregten Modenspektrum abhängt Dies ist darauf zurückzuführen, daß sich in einem Lichtwellenleiter nicht alle Moden mit gleichem Wirkungsgrad ausbreiten und daß daher Lichtanteile, die sich in ungünstigen Moden ausbreiten, der Nutzleistung der Nachrichtenübertragung verloren gehen. Dieses Phänomen ist auch von der Hohlleitertechnik her bekannt.

Nun ist es weiter bekannt, daß abhängig von der Art der Einkopplung des Lichts in einen Lichtwellenleiter ein bestimmtes Modengemisch angeregt wird; so können sich in dem Lichtwellenleiter Kern- und Manielmoden ausbilden, die unterschiedliche Laufbahnen einnehmen und je nach ihren Ausbreitungsbedingungen im Lichtwellenleiter unterschiedlich gedämpft werden. Trifft jedoch beispielsweise eine sich im Kern des Lichtwellenleiters ausbreitende Lichtwelle infolge Krümmung des Lichtwellenleiters oder infolge anderer Unregelmäßigkeiten unter einem solchen Winkel auf eine Trennschicht, zum Beispiel auf den Übergang vom Kern zum Mantel des Lichtwellenleiters, daß der Winkel für die totale Reflexion überschritten wird, so geht diese Energie vom Kern in den Mantelbereich über. Wegen anderer Ausbreitungsbedingungen kann dieser Energieanteil stärker als im Kern gedämpft werden und geht daher als sogenannte Leckwelle verloren. Es ist zum Beispiel auch möglich, daß ein Lichtanteil sich teils im Kern und teils im Mantel als sogenannte Leckwelle ausbreitet; auch er ist nach einer gewissen Laufstrecke infolge erhöhter Dämpfung verloren. Aus den in dem Lichtwellenleiter ursprünglich angeregten Wellenmoden können sich somit infolge Wellenumwandlung andere, höhere und niedrigere Moden bilden, so daß das in einen Lichtwellenleiter eingekoppelte Licht am Ende einer längeren Übertragungsstrecke eine gegenüber dem Anfangszustand unterschiedliche Modenzusammensetzung aufweisen kann. Wegen dieser unkontrollierbaren Vorgänge auf der Übertragungsstrecke und der unterschiedlichen Dämpfung der in verschiedenen Moden übertragenen Lichtwellen können bei der Messung an Lichtwellenleitern Unstimmigkeiten auftreten. Es kann nun angenom-

men werden, daß sich über eine längere Übertragungsstrecke von zum Beispiel mehr als 500 Metern ein gewisser Reinigungsprozeß der Modenverteilung vollzieht; dabei können sich bevorzugte Wellenmoden ausbilden, deren Verteilung sich schließlich auch beim

Durchlaufen einer weiteren Übertragungsstrecke nicht mehr wesentlich ändert. Dieser Zustand wird bekanntlich als »steady state« bezeichnet. Würde man also ein derart gereinigtes Modenspektrum in einen zu messen-

den Lichtwellenleiter einkoppeln, so könnten dadurch definierte und reproduzierbare Bedingungen für vergleichbare Messungen geschaffen werden. Einen derartigen Modenzustand könnte man an sich durch eine entsprechende Abbildung des einzukoppelnden Uchts mittels eines Linsensystems erzeugen; diese Technik ist aber für ein Streckenmeßgerät weniger gut geeignet Eine weitere Möglichkeit ergäbe sich natürlich durch Vorschalten eines genügend langen Lichtwellenleiters vor die zu messende Faser eiuer Übertraglingsstrecke, wobei die vorgeschaltete und die zu messende Faser vorzugsweise identisch aufgebaut sein sollen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, einen optischen Sender zu schaffen, der eine definierte und reproduzierbare Messung an einer mit Lichtwellenleitern aufgebauten optischen Übertragungsstrecke ermöglicht, und zwar soll dem zu messenden Lichtwellenleiter eine Modenverteilung angeboten werden, die dem Zustand am Erie einer sehr langen Lichtwellenleiter-Faser entspricht

Die gestellte Aufgabe wird durch den optischen Sender der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß im Sender wenigstens eine Lichtquelle vorgesehen ist, die ihr Licht in einen Lichtwellenleiter speist, und daß dem Sender ein Modenmischer und eine Einrichtung, welche die im Modenmischer erzeugten Mantel- und Leckmoden vom Lichtwellenleiter wieder abstreift (Modenstreifer), nachgeschaltet sind. Bei diesem Sender werden somit vor den zu messenden Lichtwellenleiter ein alle möglichen Moden erzeugender Modenmischer und eine Einrichtung mit einem verhältnismäßig kurzen Lichtwellenleiter geschaltet, welche die Mantel- und Leckmoden vom Lichtwellenleiter dieser Einrichtung wieder abstreift (Modenstreifer). Im Modenmischer werden sämtliche Kernmoden sowie Leck- und Mantelmoden angeregt

Im nachfolgenden Modenstreifer dagegen werden diese Mantel- und Leckmoden absorbiert, so daß eine mit dem Endzustand (»steady state«), wie er sich zum Beispiel nach ca. 500 m Leiterlänge praktisch unabhängig von der am Eingang des Leiters erfolgten Art der Einkopplung des eingespeisten Lichts einstellt, vergleichbare Moden verteilung übrig bleibt.

Einen Modenmischer erhält man zum Beispiel dadurch, daß ein in der Meßvorrichtung untergebrachter Lichtwellenleiter statistisch ungeordneten Biegungen unterworfen wird. In der Praxis könnne dieser Lichtwellenleiter zwischen zwei Hammerschlagblechen eingegossen werden. Einen Modenstreifer kann man vorzugsweise dadurch schaffen, daß der Lichtwellenleiter im gebogenen Zustand durch eine Immersionsflüssigkeit, deren Brechungsindex dem des Lichtwellenleitermantels entspricht, geführt wird. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung gegenüber den an isich noch möglichen Lösungen liegt darin, daß man zur Schaffung ss definierter Modenverteilungen nur wenige Meter Lichtwellenleiter benötigt während man sonst wenigstens 500 Meter Lichtwellenleiter verbrauchen würde.

Beim Messen von kurzen Lichtwellenleitern oder LJchtwelllenleiter-Strecken, in weiche auch noch Spleiße eingebaut sein könnea ist der Endzustand der Modenverteilung (»steady state«) an der Auskoppelseite nicht notwendigerweise erreicht Deshalb ist es für vergleichbare Dämpfungsmessungen zweckmäßig, einen Modenmischer und Modenstreifer auch nach der Auskoppelseite vor dem Empfänger einzubauen.

Um Dämpfungsmessungen auch bei verschiedenen Wellenlängen mit einer einzigen Ankopplung an die zu messende Strecke durchführen zu können, könnte man zum Beispiel weiße Lichtquellen mit nachgeschalteten Filtern verwenden. Der Nachteil einer solchen Einrichtung liegt aber in der von der Lichtquelle verbrauchten Energie, die in den Filtern wieder vernichtet wird. Es werden daher in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als Lichtquelle vorteilhafterweise mehrere Dioden, die Licht verschiedener Wellenlängen erzeugen, zum Beispiel 650 nm, 820 nm und 1060 um, verwendet

Anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung erläutert

Ein Streckendämpfungsmeßgerät besteht aus dem Sender 1 und dem Empfänger 2, zwischen welchen sich die Meßstrecke 3, nämlich die zu messende Lichtleitfaser, befindet Im Sender sind drei Laser- oder Lumineszenzdioden 4, 5, 6 angeordnet die Licht unterschiedlicher Wellenlänge erzeugen. Auf die Dioden werden je zwei üchtwellenieiter aufgesetzt zum Beispiel aufgeklebt Hierbei dienen die Lichtwellenleiter 7,8,9, die optimal zu je einer Diode positioniert sind, zur Messung, während die anderen, nur vom Streulicht bzw. Randlicht der Dioden gespeisten Lichtwellenleiter 10, 11, 12 einen Teil eines Regelkreises darstellen, der die Diodenhelligkeit steuert

Die der Messung dienenden Lichtwellenleiter 7, 8, 9 werden in Gabeln 13,14 zusammengefaßt vorteilhafterweise zusammengeschweißt Da die Dämpfung einer Gabel bei etwa 5 dB liegt sollte darauf geachtet werden, daß dasjenige Licht welches am stärksten gedämpft wird, zum Beispiel Licht mit einer Wellenlänge von 650 nm, nur eine einzige Gabel durchläuft An dem Ausgang der Gabeln werden ein Modenmischer und Modenstreifer 15 zum Beispiel mittels Steckern oder durch Verschweißen angebracht. Darauf folgt der Senderstecker 16, an den die Meßstrecke 3 mittels eines Mikromanipulators 17 optimal angekoppelt wird. Dieser Manipulator ermöglicht die Ausrichtung des Endes des zu messenden Lichtwellenleiters nach allen drei Koordinaten.

Die Auskopplung des Lichts am Ende der Strecke 3 erfolgt wiederum unter Zuhilfenahme eines Mikromanipulators 17, der eine genaue Ausrichtung auf den Empfängereingang 18 ermöglicht. Das ausgekoppelte Licht gelangt dann wieder auf einen Modenmischer und Modenstreifer 15, an den die Empfängerdiode 19 angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optischer Sender einer Vorrichtung zum Messen der Dämpfung optischer Wellen in einer mit Lichtwellenleitern aufgebauten optischen Übertragungsstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß im Sender wenigstens eine Lichtquelle vorgesehen ist, die ihr Licht in einem Lichtwellenleiter speist, und daß dem Sender ein Modenmischer und eine Einrichtung, welche die im Modenmischer erzeugten Mantel- und Leclcmoden von Lichtwellenleiter wieder abstreift (Modenstreifer), nachgeschaltet sind

2. Optischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sender wenigstens zwei Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge vorgesehen sind, die ihr Licht in einen gemeinsamen Liditwellenleiter speisen.

3. Optischer Sender nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle eine Lumineszenz-Diode benutzt ist, auf welche zwei Lichtwellenleiter aufgesetzt sind, von denen der eine die für die Messung erforderliche Lichtmenge auskoppelt, während der andere vom Streulicht bzw. Randlicht der Diode gespeist wird und Licht für die Regelung der Diodenhelligkeit liefert

4. Optischer Sender nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von den verschiedenen Lichtquellen kommenden Lichtwellenleiter mittels optischer Gabeln zusammengefaßt sind.

5. Optischer Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Modenmischer und der Modenstreifer durch ein kurzes Stück eines Lichtwellenleiters einer Länge in der Größenordnung von 1 m gebildet sind, der statisch ungeordneten Biegungen unterworfen ist.

6. Optischer Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung einen optischen Empfänger aufweist, dem ein Modenmischer und eine Einrichtung, welche die im Modenmischer erzeugten Mantel- und Leckmoden vom Lichtwellenleiter wieder abstreift (Modenstreifer), vorgeschaltet sind.

7. Optischer Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zu messende Lichtwellenleiter mittels einer Einrichtung, die eine Einjustierung des eingespannten Lichtwellenleiters in drei Koordinaten ermöglicht, an den Anschluß des Senders und/oder Empfängers angekoppelt ist.