DE2819979C2

DE2819979C2 - Verfahren zur Messung der Dämpfung von Lichtleitfasern

Info

Publication number: DE2819979C2
Application number: DE2819979A
Authority: DE
Inventors: Joachim Brumann; Karl 5000 Köln Bücken; Ulrich 3000 Hannover Kalmbach; Wolfgang Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Meininghaus
Original assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Current assignee: Philips Kommunikations Industrie AG
Priority date: 1978-05-08
Filing date: 1978-05-08
Publication date: 1982-07-01
Also published as: DE2819979A1; FR2425637A1; CH641563A5; IT1100174B; IT7830001A0; NL7811895A; FR2425637B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Dämpfung von Lichtleitfasern (LLF), bei dem in die zu messenden LLF ein Lichtsignal eingekoppelt, die Lichtintensität am Ausgang der LLF registriert, dann bei unveränderter Einkopplung die LLF um das zu messende Stück (also nahezu die gesamte Faserlänge) gekürzt, die Lichtintensität am Ausgang des kurzen Stücks der Faser gemessen und mit dem ersten Wert verglichen wird, und bei dem zwischen der Lichtquelle und der Lichteinkopplung in die zu messende Faser ein konstanter Teil der Lichtenergie der Lichtquelle ausgekoppelt und in eine elektrische Spannung umgesetzt wird.

ίο Mit dem zunehmenden Einsatz von Lici7tleitfasern in der Nachrichtentechnik wächst das Bedünnis nach einem einfachen und zuverlässigen Verfahren zur Messung der Dämpfung, die das Licht beim Durchgang durch die einzelnen LLF erfährt

Bekannt ist ein Verfahren zur Messung der Dämpfung an LLF, bei dem die LLF mit einem Lichtsignal beaufschlagt wird, die Intensität am Ausgang der LLF registriert, bei unveränderter Einkopplung die LLF um das zu messende Stück gekürzt und die aus dem kurzen Stück austretende Intensität gemessen wird. Diese zweite Messung ist nötig, da man keine reproduzierbare Einkopplung erreicht, eine Messung der von der Lichtquelle abgestrahlten Intensität also nicht ausreicht, um die Intensität der eingekoppelten Strahlung zu bestimmen (Bell Laboratories Record, Nov. 1972, Seiten 303 ff). Dieses Verfahren ist für die Verwendung im Forschungs- und Entwicklungsbereich und eventuell bei der Wareneingangskoiitrolle geeignet, wo die Verkürzung einer vorhandenen Faserlänge nicht besonders ins Gewicht fällt. Die Durchführung dieses Verfahrens ist aber für viele Anwendungsgebiete zeitraubend und umständlich, die Genauigkeit insbesondere für Messungen über längere Zeiträume wegen der Alterung der Lichtquelle nicht ausreichend.

Bekannt ist weiterhin ein Verfahren für die Eichung von Lichtsensoren, bei dem eine LED als Lichtquelle benutzt wird, von deren Licht über einen optischen Strahlteiler ein konstanter Teil auf eine Photodiode geleitet wird, deren Ausgangsspannung über eine Rückkopplung die Lichtintensität ti-*' LED konstant hält (Optical und Quantum Electronics, Vol. 10, No. 3, May 1978, S. 253-265).

Dieses Verfahren wird an der angegebenen Stelle für die Eichung und den Vergleich von zwei Lichtsensoren beschrieben, die für ein dort ebenfalls angegebenes Verfahren zur Dämpfungsmessung an bereits verlegten LLF benötigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der obengenannten Art anzugeben, das auch Langzeitmessungen mit guter Genauigkeit ermöglicht, und die Durchführung des Verfahrens zu vereinfachen.

Diese Aufgabe v/ird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

:laß zwischen der Lichtquelle und der Lichteinkopplung eine Hilfs-LLF eingefügt wird, die an einer Stelle angeschliffen und mit einer Fotodiode fest verbunden wird, deren Ausgangsspannung die Intensität der Lichtquelle regelt, und daß die Registrierung der Lichtintensität am Ausgang der zu messenden LLF durch das Einschalten eines e^:nstellbaren Dämpfungsgliedes zwischen einer an den Ausgang der LLF angekoppelten Fotodiode und einen Pegelmesser erfolgt, wobei das Dämpfungsglied so eingestellt wird, daß sich eine Pegelmesser-Anzeige von OdB ergibt und daß zur Pegelnr:sser-Anzeige das Dämpfungsglied kontinuierlich von 0 bis 9,99 dB und zusätzlich mit einem Schrittschalter in Schritten von 10 dB einstellbar ist, der Pegelmesser mit einer digitalen Anzeige ausgeführt und

die lOcJB-Stelle der digitalen Anzeige bei der zweiten Messung der (gekürzten) LLF von der manuellen Bewegung des Schrittschalters des Dämpfungsgliedes gesteuert wird.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Lichtenergie der verwendeten Lichtquelle auch über längere Zeiträume konstant gehalten werden kann und daß die Durchführung der Messung so vereinfacht ist, daß sie auch durch angelerntes Personal erfolgen kann.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens,

F i g. 2 ein erweitertes Blockschaltbild der Lichtquelle,

F i g. 3 ein erweitertes Blockschaltbild des Lichtempfängers.

Die Wirkungsweise und Durchführung des Verfahrens zur Dämpfungsmessung an Lichtleitfasern wird anhand der Fig.! erläutert. Die Lichtquelle ist mit 1 bezeichnet, die im Beispiel fest an die Milfsfaser 2 angekoppelt ist. Die Lichtaustrittsstelle der Hilfsfaser 2 ist mit 5 bezeichnet. Sie wird vorteilhafterweise als eine der bekannten Steckverbindungen für Lichtleitfasern (LLF) ausgeführt. Aus der Hilfsfaser 2 wird an der Stelle 3 ein definierter Teil des Lichtes ausgekoppelt und im Regelgerät 4 in eine Regelspannung für die Lichtquelle 1 umgesetzt.

Das eine Ende der zu messenden LLF 6 wird, vorteilhafterweise über eine LLF-Steckverbindung mit der Lichteinkoppelstelle 5 verbunden, das andere Ende 7 über eine geeignete Steckverbindung mit dem Lichtempfänger 8. Die vom Lichtempfänger 8 erzeugte Meßspannung wird über ein Dämpfungsglied 9 mit dem Pegelmesser 10 verbunden. Das einstellbare Dämpfungsglied 9 wird dann so lange verstellt, bis der Pegelmesser 10 den Wert 0 dB anzeigt. Danach wird die zu messende LLF 6 ohne Veränderung der Einkoppelstelle 5 bis auf ein kurzes Stück entfernt und das Ende des kurzen Stücks wieder mit dem Lichtempfänger 8 verbunden. Die sich danach am Pegelmesser 10 ergebende Anzeige entspricht der Dämpfung des entfernten Stücks der LLF 6. Ist deren Länge bekannt, kann die Anzeige des Pegelmessers 10 in dB/km umgerechnet werden.

In Fig. 2 ist die Lichtquelle bis zur Lichteinkoppelstelle 5 mit ihrer Regelung ausführlicher dargestellt. Die Lichtquelle besteht hier aus einem Halbleiterlaser 11, der mit der Hilfsfaser 2 »est verbunden ist. An der Stelle 3 wird ein fester Anteil der Lichtenergie aus der Hilfsfaser 2 ausgekoppelt und durch eine Fotodiode 4 in eine der Lichtenergie proportionale Regelspannung umgewandelt. Das kann durch einen halbdurchlässigen Spiegel oder eine Lichtleiterverzweigung geschehen. Eine besonders vorteilhafte und preiswerte Lösung besteht darin, daß die Hilfsfaser 2 etwas angeschliffen wird und mit der großflächigen Fotodiode 4 lichtdurchlässig verklebt wird. Diese Anordnung ergibt eine über längere Zeit konstante Auskopplung eines definierten Teils der Lichtenergie.

Die der Lichtenergie in der Hilfsfaser 2 proportionale Ausgangsspannung der Fotodiode 4 wird in der Regeleinrichtung 14 mit einem vorwählbarem konstanten Spannungswert verglichen und die Spannungsdifferenz nach entsprechender Aufbereitung zur Regelung einer Konstantstromquelle 12 benutzt. Mit dem Ausgangsstrom der konstanten Stromquelle 12 wird der Halbleiter-Laser 11 über einen Pulsgenerator 13 betrieben, der den Gleichstrom mit einstellbarer Frequenz und einstellbarem Pulsverhältnis periodisch unterbricht. Mit dieser Anordnung erhält man an der Auskoppelstelle 5 Lichtimpulse mit konstanter Amplitude, die unabhängig ist von Schwankungen der Versorgungsspannung und einer eventuellen Alterung des Halbleiter-Lasers 11. Ist die Alterung des Halbleiter-Lasers 11 soweit fortgeschritten, daß die Ausgangsspannung der Foto-Diode 4 einen bestimmten Wert unterschreitet, so wird über einen Schwellwert-Detektor 15 die Anzeigelampe 16 aktiviert und die

is Aufmerksamkeit des Meßpersonals auf diesen Fehler gerichtet

In Fig.3 ist der Lichtempfänger mit seinen verschiedenen, die Messung erleichternden Einzelheiten als Blockschaltbild dargestellt Die am Ende 7 der zu messenden Faser austretenden Lichtimpulse werden von einer großflächigen Fotodiode 8 aufgenommen, deren Ausgangsspannung nach entsprechender Aufbereitung im Verstärker 17 über ein einstellbares Dämpfungsglied 9 auf den Pegelmesser 10 gegeben wird. Die durch die Dividierschaltung 18 aufbereitete logarithmische Ausgangsspannung wird von der Digitalanzeige 19 angezeigt. Sie ist. im Beispiel vierstellig ausgeführt. Um einfache und kostengünstige Bauteile verwenden zu können, wird die Ausgangsspannung der Dividierschaltung 18 lediglich den letzten drei Stellen der Digitalanzeige 19 zugeführt. Eine mit der Dividierschaltung 18 verbundene overflow- und underflow-Anzeige 25 zeigt an, in welche Richtung das einstellbare Dämpfungsglied 9 verstellt werden muß, um eine gültige Anzeige zu erzielen. Das Dämpfungsglied 9 ist kontinuierlich einstellbar zwischen 0 und 9,99 dB. Es enthält zusätzlich einen Stufenschalter 9a, mit dem die Dämpfung in lOdB-Schritten vergrößert und verkleinert werden kann. Der Stufenschalter 9a ist mechanisch gekoppelt mit einem weiteren Stufenschalter 2i a, der,.η einer Spannungsteilerschaltung 21 liegt. Jede Verstellung des Stufenschalters 9a erzeugt am Stufenschalter 2'· a Spannungssprünge, die in einer Differenzierschaltung 22 differenziert wird. Die bei jeder Betätigung des Stufenschalters 9a hinter der Differenzierschaltung 22 entstehenden Impulse werden über einen noch zu beschreibenden Betriebsartenwahlschalter 24 auf einen Vor- und Rückwärtszähler 23 gegeben, dessen Ausgang die erste Stelle 20 der Digitalanzeige 19 beeinflußt Nach der ersten Messung der ungekürzten Faser, bei der die letzten drei Stellen der Digitalanzeige 19 mit dem Dämpfungsglied 9 auf einer Anzeige von 0,0OdB eingestellt werden, wird die erste Stelle 20 der Digitalanzeige 19 mit einer nichtgezeichneten Reset-Taste ebenfalls auf 0 gestellt. Bei der zweiten Messung der nun gekürzten Faser wird die kontinuierliche Einstellung des Oämpfungsgliedes 9 ni:ht verändert. Lediglich der Schrittschalter 9a wird r.o lange verstellt, bis das Verlöschen der overflow- und underflow-Anzeige 25 die Einstellung des richtigen Meßbereiches anzeigt. Die erue Stelle 20 der Digitalanzeige zeigt dann die Zahn der mit dem Schrittschalter 9a ausgeführten 10 dB-Schritte an.

Soll auch der Wert einer zusätzlich in eine LLF eingefügten Dämpfung, beispielsweise einer Steckverbindung gemessen werden, muß das Meßverfahren umgekehrt werdeil. Zuerst wird die Faser ohne Steckverbindung gemessen und die Anzeige 19 auf

0.00 dB gestellt. Dann wird die Dampfung, beispielsweise der Stecker, eingebaut und die neue Anzeige der Digitalanzeige 19 abgelesen. Sollen hierbei auch Werte über 9,99 dB leicht meßbar sein, empfiehlt sich der Einbau eines Betriebsarten-Wahlschalters 24, mit dem die Zählrichtung des Zählers 23 und damit die Anzeige

der ersten Stelle 20 umgekehrt wird. Es ist in diesem Fall vorteilhaft, auch die Anzeige der overflow-underflow-Anzeige 25 umzukehren, um eine eindeutige Aussage für die benötigte Drehrichtung des Stufenschalter 9a zu erhalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung der Dämpfung von Lichtleitfasern (LLF), bei dem in die zu messenden LLF ein Lichtsignal eingekoppelt, die Lichtintensität am Ausgang der LLF registriert, dann bei unveränderter Einkopplung die LLF um das zu messende Stück (also nahezu die gesamte Faserlänge) gekürzt, die Lichtintensität am Ausgang des kurzen Stücks der Faser gemessen und mit dem ersten Wert verglichen wird, und bei dem zwischen der Lichtquelle und der Lichteinkopplung in die zu messende Faser ein konstanter Teil der Lichtenergie der Lichtquelle ausgekoppelt und in eine elektrische Spannung umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle (1) und der Lichteinkopplung (5) eine Hilfs-LLF (2) eingefügt wird, die an einer Stelle (3) angeschliffen und mit einer Fotodiode (4) fest verbunden wird, deren Ausgangsspannung die Intensität der Lichtquelle (1) regelt, und daß die Registrierung der Lichtintensität am Ausgang (7) der zu messenden LLF (6) durch das Einschalten eines einstellbaren Därnpfungsgliedes

(9) zwischen einer an den Ausgang (7) der LLF (6) angekoppelten Fotodiode (8) und einen Pegelmesser

(10) erfolgt, wobei das Dämpfungsglied (9) so eingestellt wird, daß sich eine Pegelmesser-Anzeige von 0 dB ergibt und daß zur Pegelmesser-Anzeige das Dämpfungsglied (9) kontinuierlich von 0 bis 9,99 dB und zusätzlich mit einem Schrittschalter (9a) in Schritten von 10 dB einstellbar ist, der Pegelmesser (10) mit einer digitalen Anzeige (19) ausgeführt und die 10 'B-Steile (20) der digitalen Anzeige (19) bei der zweiten Messung der (gekürzten) LLF (6) von der manuellen Bewegung des Schrittschalters (9a)des Dämpfungsgliedes(9),festeuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (1) ein Halbleiter-Laser

(11) verwendet wird, der durch eine von der an der Stelle (3) ausgekoppelten Lichtintensität beeinflußte Gleichstromquelle (12) über einen Pulsgenerator (13) angeregt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der zwischen ö'.' Fotodiode (4) und der Gleichstromquelle (12) angeordneten Regeleinrichtung (14) ein mit einem Indikator (16) verbundener Schwellwert-Detektor (15) eingebaut wird, der auf das Unterschreiten einer vorbestimmten Lichtintensität an der Auskoppelstelle (3) anspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der lOdB-Stelle (20) über eine mit einer zweiten Ebene (2Ia^ des Schrittschalters (9a) verbundene Spannungsteilerschaltung (21) erfolgt, die bei Bewegung des Schrittschalters (9a, 2ia) Spannungssprünge liefert, die mit einer Differenzierschaltung (22) differenziert und auf einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler (23) gegeben werden, dessen Ausgang mit der 10 dB-Stelle (20) verbunden ist.