DE2847488C2

DE2847488C2 - Meßgerät zur Untersuchung der Dämpfung von Lichtleitfasern bei verschiedenen Wellenlängen

Info

Publication number: DE2847488C2
Application number: DE2847488A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Rittich
Original assignee: Philips Kommunikations Industrie AG
Current assignee: Philips Kommunikations Industrie AG
Priority date: 1978-11-02
Filing date: 1978-11-02
Publication date: 1987-01-08
Also published as: DE2847488A1

Abstract

Die Glasfaserdaempfung muss fuer verschiedene Verwendungszwecke in Abhaengigkeit von der Wellenlaenge des zu uebertragenden Signales gemessen werden. Hierzu wird bisher ein durchstimmbarer Monochromator verwendet. Sein Nachteil besteht in dem grossen Platzbedarf und den hohen Anschaffungskosten sowie darin, dass dieses Geraet nicht unmittelbar am Verlegungsort der Glasfaser bzw. des Glasfaserkabels eingesetzt werden kann, also ein reines Labormessverfahren ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messgeraet zu schaffen, das kostenguenstig ist und so geringe Abmessungen aufweist, dass es leicht transportiert werden kann und zudem so einfach und robust in der Handhabung ist, dass es auch am Verlegungsort zur Messung verwendet werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass das Geraet aus mindestens einem Lichtleiterabzweig besteht, an dessen Eingaengen zwei Lichtquellen mit unterschiedlicher Wellenlaenge angeschlossen sind und dessen Ausgang einen Anschluss fuer die zu messende Lichtleitfaser aufweist. Mit diesem Geraet kann neben der Daempfung auch die Dispersion bei verschiedenen Wellenlaengen nach der Verlegung des Kabels bestimmt werden, so dass Sender und Empfaenger aufeinander optimiert werden koennten. ...U.S.W

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßgerät zur Untersuchung der Dämpfung von Lichtleitfasern bei verschiedenen Wellenlängen, unter Verwendung von mindestens zwei Lichtquellen verschiedener Wellenlängen, deren Licht wahlweise in eine an das Meßgerät anzuschließende und zu prüfende Lichtleitfaser sendbar ist.
Die Glasfaserdämpfung muß für verschiedene Verwendungszwecke in Abhängigkeit von der Wellenlänge des zu übertragenden Signales gemessen werden. Hierzu wurde bisher ein durchstimmbarer Monochromator verwendet. Der Nachteil der Benutzung eines derartigen Monochromators besteht einerseits in dem großen Platzbedarf und den hohen Anschaffungskosten eines derartigen Gerätes und andererseits darin, daß dieses Gerät nicht unmittelbar am Verlegungsort der Glasfaser bzw. des Glasfaserkabels eingesetzt werden kann, also ein reines Labormeßverfahren ist.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß im wesentlichen nur bestimmte Wellenlängen bei der Dämpfungsmessung interessieren, so daß es ausreicht, die Dämpfung bei gewissen Eckwellenlängen festzustellen, um dann über das Dämpfungsverhalten der gemessenen Lichtleitfaser konkrete Aussagen machen zu können.
Eine Anordnung der eingangs genannten Art ist durch Optical and Quantum Electronics 10 (1978), Seiten 253-265 bekannt. Dort besteht die Möglichkeit, an ein Meßgerät nach Bedarf verschiedene LED-Lichtquellen verschiedener Wellenlänge über eine Freistahloptik anzuschließen. Trotz hoher Sorgfalt bei der Ankopplung einer neuen Lichtquelle läßt sich nicht vermeiden, daß undefiniert unterschiedliche Dämpfungswerte entstehen.
Genaue Messungen sind nur nach vorheriger Neueichung möglich. Darüber hinaus ist das bekannte Gerät nur umständlich handhabbar und nicht für den Einsatz am Verlegungsort eines Kabels geeignet.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welches kostengünstig ist, geringe Abmessungen aufweist, leicht transportierbar und robuster handhabbar ist, wobei es auch am Verlegungsort des Kabels für genauere Messungen verwendbar sein soll, ohne daß beim Übergang zu einer anderen Meßwellenlänge eine Neueichung des Geräts erforderlich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Lichtquellen Bestandteil des Meßgeräts sind, daß sie mit ihren Ausgängen jeweils fest an eine divergierende Abzweigung eines Y-förmigen Lichtleiterabzweigs angeschlossen sind, wobei die Endflächen der divergierenden Abzweigungen jedes Lichtleiterabzweigs gemeinsam eine geschlossene Endfläche bilden, die an die zugeordnete Endfläche des das Licht in die Meßfaser weiterleitenden Teils stumpf angesetzt ist.
Beim erfindungsgemäßen Meßgerät sind die eingesetzten Lichtquellen fest mit dem Lichtleiterabzweig verbunden, so daß durch die dadurch bedingte konstante Einkopplung keine Fehler bei verschiedenen Messungen auf Grund von Einkopplungsunterschieden auftreten können. Indem nun das Meßgerät derart ausgelegt ist, daß zwei oder auch unter Umständen mehr Lichtleiterabzweige parallel angeordnet sind und an ihnen drei oder mehr Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge angeschlossen sind, können Meßgeräte geschaffen werden, die für eine beliebige Anzahl von Eckwellenlängen ausgelegt sind. Zweckmäßigerweise werden Meßgeräte verwendet werden, die drei bis fünf Lichtquellen enthalten, so daß beispielsweise bei Eckwellenlängen von 800, 850, 900 und 1100 nm die Dämpfung festgestellt werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Gerät kann neben der Dämpfung auch die Dispersion bei verschiedenen Wellenlängen nach der Verlegung des Kabels bestimmt werden, so daß Sender und Empfänger aufeinander optimiert werden könnten. Da die Lichtquellen mit den Lichtleiterabzweigen fest verbunden sind, können die durch die Einkopplungsverluste und Verluste des Lichtleiterabzweiges bedingten Dämpfungswerte einmal ausgemessen werden und dann als Konstanten bei der anschließenden Messung der Lichtleitfaser bei allen Messungen gleich berücksichtigt werden, so daß sich reproduzierbare Meßwerte ergeben, die echte Vergleiche zulassen.
Durch Applied Optics 1977, Seiten 2375-2379 ist es bekannt, in eine verjüngte Stelle eines Lichtwellenleiters radial Licht eines Lasers über eine Freistrahloptik einzukoppeln. Eine solche Lösung wäre für die vorliegende Erfindung ungeeignet, da auch bei sehr hoher Justiergenauigkeit nur relativ geringe Lichtanteile des Senders in den Lichtwellenleiter eindringen.
Durch die DE-OS 27 17 412 ist ein Durchgangsprüfgerät für Lichtleitfasern bekannt, bei welchem die zu prüfende Lichtleitfaser über Steckkupplungen zwischen einen Lichtsender und einen Empfänger geschaltet wird. Für die vorliegende Erfindung wären jedoch Steckerkupplungen nicht zur Problemlösung geeignet, weil sich bei solchen Elementen undefiniert veränderliche Dämpfungswerte einstellen.
Als Lichtleiterabzweig bei dem erfindungsgemäßen Meßgerät wird ein Abzweig verwendet, wie er bereits in der älteren Anmeldung P 27 38 050 oder in ähnlicher Form in der vorveröffentlichten Druckschrift Trans. of the IECE of Japan, Vol. E 60, Nr. 3, März 1977, Seiten 133 und 134 beschrieben ist. Bei diesem aus drei Lichtleitfasern bestehenden Abzweig sind an der Endfläche einer Lichtleitfaser die Endflächen der divergierenden Lichtleitfasern jeweils stumpf angesetzt und derart im Durchmesser reduziert und aneinandergesetzt, daß sie gemeinsam eine geschlossene Endfläche bilden. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die von den abzweigenden Lichtleitfasern gemeinsam gebildete Endfläche der einen Lichtleitfaser durchmessergleich ausgebildet ist. Weiterhin können die abzweigenden Lichtleitfasern zu ihren Endflächen hin abfallende Schrägflächen aufweisen, wobei die Schrägflächen zweckmäßigerweise mit einer Bespiegelungsschicht versehen sind, deren Reflexionsschicht zum Faserinnern gerichtet ist. Dieser Lichtleiterabzweig zeichnet sich durch außerordentlich geringe Dämpfungswerte aus, die etwa bei 0,2 dB und niedriger liegen.
Um zu erreichen, daß die Lichtquellen stets mit derselben Intensität arbeiten, ist eine Regelung bzw. Steuerung der Lichtquelle vorgesehen. Diese erfolgt zweckmäßigerweise dadurch, daß ein Teil des aus dem Lichtleiterabweig austretenden Lichtes ausgekoppelt und in ein elektrisches Steuer- bzw. Regelsignal umgewandelt und zum Laser zurückgeführt wird. Diese Auskopplung erfolgt mittels eines Abzweiges, der aus einer bogenförmig gekrümmten Lichtleitfaser besteht, die im Bogenbereich abgemantelt und dort tangential angeschliffen ist, wobei die Tiefe des Anschliffs ein Maß für die Größe der Lichtauskopplung bzw. des Dämpfungsanstiegs der Lichtleitfaser ist. Damit wird ein Abzweig mit radialer Lichtauskopplung geschaffen, bei dem mittels der Größe bzw. Tiefe des Anschliffs des Kerns der Lichtleitfaser die Stärke des ausgekoppelten Lichtes exakt bestimmt werden kann. Dabei wird die Auskopplung zweckmäßigerweise derart vorgenommen, daß einerseits das ausgekoppelte Licht stark genug ist, ein Steuer- bzw. Regelsignal für die Lichtquelle ohne großen Verstärkungsaufwand zu erzeugen, andererseits aber die Dämpfungsverluste des aus dem Lichtleiterabzweig in die Meßstrecke austretenden Lichtes so klein wie möglich zu halten. Da der ausgekoppelte Lichtanteil sich in seiner Intensität entsprechend den Intensitätsschwankungen der Lichtquelle ändert, kann er leicht zur Steuerung der Lichtquelle eingesetzt werden, indem bei einer Schwächung des Lichtes in bezug auf einen vorher festgelegten Sollwert eine Regelung der Lichtquelle im Sinne einer Verstärkung und bei einer Erhöhung der Lichtintensität in bezug auf den Sollwert eine Verringerung der Lichtquellenintensität verursacht wird.
Anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Prinzipansicht eines Meßgerätes nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Prinzipansicht eines Lichtleiterabzweiges nach der Erfindung,
Fig. 3 eine Detailansicht des Abzweiges nach der Erfindung, und
Fig. 4 einen Schnitt durch einen Abzweig für die radiale Auskopplung eines Steuersignals.
Wie Fig. 1 zeigt, besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel das Meßgerät aus drei Lichtquellen 1, 2, 3, die über zwei Lichtleiterabzweige 4, 5 an eine zu messende Lichtleitfaser 6 angeschlossen werden können. Dabei sind die Lichtquellen 1, 2, 3 und die Lichtleiterabzweige 4, 5 zu einer geschlossenen Einheit zusammengefaßt, und der Ausgang des Lichtleiterabzweigs 5 ist zweckmäßigerweise mit einem Stecker versehen, so daß die Lichtleitfaser 6 oder andere Lichtleitfasern leicht an das aus den Lichtquellen und den Lichtleiterabzweigen gebildete Meßgerät angeschlossen werden kann. Zweckmäßigerweise ist diese Einheit aus Lichtquellen und Lichtleiterabzweigen in einem Gehäuse 7 angeordnet. Die Lichtquellen 1, 2, 3 können Laser sein oder aber auch Laserdioden, die Licht einer ganz bestimmten Wellenlänge abstrahlen, wobei die Wellenlänge der einzelnen Lichtquellen unterschiedlich sind. Am Ende der Lichtleitfaser ist üblicherweise ein Empfänger 8 angeschlossen. Die Lichtleiterabzweige 4, 5 können untereinander fest verbunden sein oder aber auch mittels einer lösbaren Steckvorrichtung, so daß dort eine Trennstelle entsteht, in die weitere Lichtleiterabzweige eingesetzt werden können, so daß das Gerät leicht für die Dämpfungsmessung weiterer bestimmter Wellenlängen erweiterbar ist. Die Lichtquellen sind zweckmäßigerweise mit den Lichtleiterabzweigen derart fest verbunden, daß keine Veränderungen der Dämpfungswerte auftreten können, die durch die Ankopplung der Lichtquellen an die Lichtleiterabzweige bedingt sind.
In den Fig. 2 und 3 ist ein Lichtleiterabzweig dargestellt, der in sich ebenfalls eine kompakte Einheit bildet, die weitgehend unempfindlich gegen äußere Einflüsse ist. Der dargestellte Lichtleiterabzweig sieht eine Verbindung von einer einzelnen Lichtleitfaser 11 mit zwei abzweigenden Lichtleitfasern 12 vor. Die Kunststoffummantelung der Lichtleitfaser ist im Verzweigungsbereich entfernt worden. Die Lichtleitfasern 11, 12 sind Y-förmig ausgerichtet, wobei die abzweigenden Lichtleitfasern 12 divergieren. Die Verzweigung wird dadurch gebildet, daß die abzweigenden Lichtleitfasern 12 zu ihren freien Enden hin auslaufende Abschrägungen bzw. Schrägflächen 13 und hierzu rechtwinklig ausgerichtete halbkreisförmige Endflächen 14 aufweisen, so daß sie mit den Kanten ihrer Schrägflächen 13 aneinandergesetzt und somit gemeinsam eine geschlossene kreisförmige Endfläche 15 bilden und mit dieser Endfläche 15 stumpf gegen die Endfläche 16 der Lichtleitfaser 11 angesetzt sind. Dabei besitzen die Endflächen 15, 16 vorzugsweise denselben Durchmesser, so daß ein verlustfreier Übergang der Lichtenergie erfolgen kann. Nach Fig. 3 werden die Lichtleitfasern 11, 12 durch Gehäuseblöcke 17, 18 gehaltert, wobei die Gehäuseblöcke vorzugsweise aus transparentem Kunststoffmaterial bestehen. Das transparente Kunststoffmaterial bietet die Möglichkeit, die Endflächen 15, 16 unter Einsichtnahme exakt deckungsgleich aufeinander zu justieren, so daß ein maximaler Durchgang erzielt wird. Nach dem jeweiligen Einjustieren werden die Gehäuseblöcke 17, 18 aneinander festgelegt. Dies kann durch Verschraubung oder vorzugsweise durch Verkleben erfolgen. Die Gehäuseblöcke 17, 18 schließen einen Winkel 2α ein und liegen mit ihren Vorderkanten aufeinander auf. Die Schrägflächen 13 schließen dabei mit den Endflächen 14 einen Winkel 90° - α ein. Die Schrägflächen 13 sind eventuell mit einer Bespiegelungsschicht 19 beschichtet, deren Reflexionsseite dem Lichtleiterfaserinnern zugewendet ist.
Wie sich aus Fig. 4 ergibt, besteht ein Abzweig 20 für die radiale Auskopplung eines Steuersignals für die Lichtquellen 1, 2, 3 aus einem Profilstück 21, in dem eine unterbrochene Rille 22 und 22 a mit vorzugsweise V-förmigem Querschnitt eingearbeitet ist. Die Unterbrechung 23 der Rille besteht aus einem im Querschnitt etwa bogenförmigen Absatz, über den eine von ihrer Ummantelung 24 befreite Lichtleitfaser 25 bogenförmig gekrümmt verläuft. In dieser gekrümmten Lage wird die Lichtleitfaser 25 zweckmäßigerweise dadurch fixiert, daß sie mit einer Gießharzschicht 26 vergossen wird. Der Krümmungsradius des bogenförmigen Absatzes 23 ist zweckmässigerweise derart gewählt, daß der Krümmungsradius der Lichtleitfaser 25 eine Größe aufweist, die einerseits einen Bruch der Lichtleitfaser vermeidet und andererseits aber auch die auftretenden Austrittsverluste möglichst gering sind. Im Bereich der Krümmung wird nun die Gießharzschicht 26 und die Lichtleitfaser 25 tangential angeschliffen. Dadurch entsteht eine punktförmige Austrittsstelle des Lichtes aus dem Kern der Lichtleitfaser, wenn der Anschliff noch nicht in den Kern der Lichtleitfaser 25 selbst eingedrungen ist. Zweckmäßigerweise ist die Gießharzschicht schwarz eingefärbt, so daß sichergestellt ist, daß das Licht nur aus der Anschliffstelle austritt und im übrigen die vom Mantel befreite Lichtleitfaser optisch dicht ist. Durch das vollständige Eingießen der Lichtleitfaser 25 in dem Profilstück 21 wird erreicht, daß die Lichtleitfaser leicht bearbeitet werden kann, ohne daß ein Brechen derselben zu befürchten ist. Auf diese Weise wird also ein Abzweig mit einer radialen Auskopplung des im Kern der Lichtleitfaser verlaufenden Lichtes erreicht. Die Größe des tangentialen Anschliffs bzw. die Tiefe des Anschliffs des Kerns der Lichtleitfaser ist dabei ein Maß für die Größe des Anteils des an der Anschliffstelle austretenden Lichtes und gleichzeitig auch ein Maß für die zusätzliche Dämpfung der Lichtleitfaser 25. Indem nun beim Anschleifen die Dämpfung der Lichtleitfaser 25 laufend gemessen wird, kann aus dem Ansteigen der Dämpfung während des Schleifvorgangs der Anteil des an der Anschliffstelle 27 austretenden Lichtes bestimmt und somit ein ganz bestimmter Anteil ausgekoppelt werden. Nach der Fertigstellung des Anschliffs kann das Profilstück 21 mit einem Formstück 28 abgedeckt werden. Im Ausführungsbeispiel enthält das Formstück 28 über der Anschliffstelle 27 eine runde Öffnung, in der eine großflächige Fotodiode 29 angeordnet ist. Mittels dieser Fotodiode 29 wird das ausgekoppelte Lichtsignal in eine elektrisches Steuersignal umgewandelt und zu den Lichtquellen 1, 2, 3 über eine Steuerleitung 30 rückgeführt. siehe Fig. 1, so daß bei auftretenden Intensitätsschwankungen der Lichtquellen 1, 2, 3 eine augenblickliche Nachregelung der Lichtquellen erfolgen kann. Die Auskopplung des Lichtes aus dem Anschliff 27 kann auch mittels einer in der Öffnung des Formstückes 28 angeordneten Lichtleitfaser erfolgen, wobei dann an anderer Stelle die Umformung des Lichtsignals in ein elektrisches Steuersignal erfolgt.

Claims

1. Meßgerät zur Untersuchung der Dämpfung von Lichtleitfasern bei verschiedenen Wellenlängen, unter Verwendung von mindestens zwei Lichtquellen verschiedener Wellenlängen, deren Licht wahlweise in eine an das Meßgerät anzuschließende und zu prüfende Lichtleitfaser sendbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (1, 2) Bestandteil des Meßgeräts sind, daß sie mit ihren Ausgängen jeweils fest an eine divergierende Abzweigung (12) eines Y-förmigen Lichtleiterabzweigs (4, 5) angeschlossen sind, wobei die Endflächen (14) der divergierenden Abzweigungen (12) jedes Lichtleiterabzweigs (4, 5) gemeinsam eine geschlossene Endfläche bilden, die an die zugeordnete Endfläche (16) des das Licht in die Meßfaser (6) weiterleitenden Teils (11) stumpf angesetzt ist.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den abzweigenden Lichtleitfasern (12 ) gemeinsam gebildete Endfläche (15) etwa kreisförmig und vorzugsweise mit der Endfläche (16) der einen Lichtleitfaser (11) durchmessergleich ausgebildet ist.

3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abzweigenden Lichtleitfasern (12) zu ihren Endflächen (14) hin abfallende Schrägflächen (13) aufweisen, die vorzugsweise mit einer Bespiegelungsschicht (19) versehen sind.

4. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Schrägflächen (13) ein schmaler Luftspalt vorzugsweise mit einer Breite von 0,5 bis 1 µm vorhanden und die Verklebung außerhalb desselben vorgesehen ist.

5. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Lichtleiterabzweige (4, 5) parallel angeordnet sind und an ihren drei oder mehr Eingängen Lichtquellen (1, 2, 3) unterschiedlicher Wellenlänge angeschlossen sind.

6. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Lichtleiterabzweige untereinander lösbar verbunden sind.

7. Meßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen und die Lichtleiterabzweige gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet sind.

8. Meßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem am Ausgang des oder der Lichtleiterabzweige (4, 5) ein Abzweig (20) zur Auskopplung eines Steuersignals angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal über eine Steuerleitung (30) auf die Lichtquellen (1, 2, 3) zurückgeführt wird.

9. Meßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzweig (20) eine radiale Auskopplung des Lichts aufweist.

10. Meßgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzweig (20) aus einer gekrümmten, in ihrer Lage mittels eines Profilstücks (21) fixierten Lichtleitfaser (25) besteht, die im Krümmungsbereich abgemantelt ist und einen tangentialen Anschliff (27) aufweist.

11. Meßgerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Formstück (28) mit einer Öffnung auf dem Profilstück (21) angeordnet und in der Öffnung oberhalb des Anschliffs (27) eine Fotodiode (29) eingesetzt ist, die mit der Steuerleitung (30) verbunden ist.