DE2855337C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Spule aus einer tordierten Lichtleitfaser für einen magnetooptischen Stromwandler.

Aus der DE-OS 25 41 072 ist ein magnetooptischer Stromwandler bekannt, der von einer Lichtleitfaserspule als Faraday-Dreher Gebrauch macht. Bei der Herstellung derartiger Spulen ergeben sich zwangsläufig Lichtleitfaserkrümmungen, die zu mechanischen Spannungen führen und damit den Lichtleitfaser­ kern zu einer Ellipse verformen, die zu einer linearen Form­ doppelbrechung führt. Zur Kompensation dieser Doppelbrechungen sind beim bekannten magnetooptischen Stromwandler zwei als Meßfühler ausgebildete, optisch hintereinander geschaltete und eng benachbarte Lichtleitfaserspulen vorgesehen, deren Spulenachsen nahezu senkrecht zueinander stehen. Beim Meßfühler werden durch die Hintereinanderschaltung der beiden Lichtleit­ faserspulen die optischen Achsen um 90° gedreht und so die Laufzeitunterschiede kompensiert.

Mit einem derartigen Spulensystem kann zwar die krümmungsabhängige Doppelbrechung kompensiert werden, es ist jedoch nicht sichergestellt, daß es nicht innerhalb dieser einzelnen Lichtleitfaserspule zu größeren Phasenverschiebungen zwischen den Teilwellen kommt, da in einer solchen Spule die Polarisationsrichtung relativ zu den Achsen der durch die Krümmung entstandenen Formellipse des Lichtleitfaserkerns er­ halten bleibt. Größere Phasenverschiebungen in Teilstrecken der Lichtleitfaserspule führen jedoch zu stark elliptisch oder zirkularpolarisiertem Licht, so daß die effektive Faraday- Drehung nicht mehr als Maß für die magnetische Feldstärke und damit für die zu messende Stromstärke verwendbar ist.

Sowohl durch Lichtleitfaserkrümmungen hervorgerufene als auch herstellungsbedingte Formeffekte der Lichtleitfaser lassen sich dadurch kompensieren, daß der Lichtleitfaser in Längsrichtung eine Torsion erteilt wird, wie dies durch die ältere Anmeldung P 28 35 794 bekannt ist. Als Meßfühler ist dann nur eine einzige Lichtleitfaserspule erforderlich und der Einfluß der Doppel­ brechung auf den Polarisationszustand wird innerhalb der Lichtleiterspule selbst eliminiert. Hat die Lichtleitfaser von Haus aus im Querschnitt Abweichungen von der Kreisform (Ellipsen­ form), so kann die dadurch auftretende Doppelbrechung ebenfalls kompensiert werden, indem der Faser in ihre Längsrichtung eine Torsion erteilt wird.

Gemäß der vorgenannten älteren Patentanmeldung kann eine Lichtleitfaserspule mit Torsion derart hergestellt wer­ den, daß in einem ersten Schritt eine gestreckte Lichtleit­ faser entsprechend der Länge um ihre Längsachse tordiert und in einem zweiten Schritte diese tordierte Lichtleitfaser in üblicher Weise zu einer Spule mit mehreren Windungen gewickelt wird. Es ist jedoch nachteilig, daß die Torsion während des gesamten Wickelvorgangs aufrechterhalten werden muß und die Herstellung der Lichtleitfaserspule in zwei Schritten erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zur Herstellung einer Spule aus einer tordierten Licht­ leitfaser für einen magnetooptischen Stromwandler verfügbar zu machen, das sich in einfacher Weise durchführen läßt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch ge­ löst, daß eine gestreckte Lichtleitfaser entsprechender Länge bei nicht um ihre Längsachse beweglichen Enden zu einer schraubenlinienförmigen Lichtleitfaserspule zusammengeschoben wird.

Auf diese Weise wird die Lichtleitfaser beim Wickel­ vorgang selbsttätig tordiert, wodurch nur ein Herstellungs­ schritt erforderlich ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Lichtleitfaserspule zu einem Torus ausgebildet wird.

Das Wesen der Erfindung soll anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1a, b einen Ausschnitt einer Lichtleitfaser und einer Lichtleitfaserspule ohne Torsion;

Fig. 2 eine Darstellung der Drehung der Formellipse der Lichtleitfaser relativ zur Polarisationsrichtung ohne Torsion der Lichtleitfaserwindungen und

Fig. 3 eine Darstellung der Drehung der Achsen der Formellipse bei einer Lichtleitfaserspule gemäß der Erfindung.

In der Fig. 1a ist eine gestreckte Lichtleitfaser 1 mit einem ellipsenförmigen Querschnitt 2 dargestellt, die keine Torsion aufweist, wie durch die gedachte Linie 3 auf der Ober­ fläche der Lichtleitfaser angedeutet ist. In der Fig. 1b ist eine derartige Lichtleitfaser zu einer mehrwindigen Spule ge­ wickelt, wobei die Windungen keine Torsion aufweisen, wie durch die gedachte Linie 3 angedeutet ist. Bei der dargestellten Wickelart wird die gedachte Linie 3 stets an der äußeren Ober­ fläche jeder Windung entlanglaufen, wie durch die Punkte 4 an­ gedeutet ist.

Im Isotropenmaterial der Lichtleitfaser 1 tritt eine Doppelbrechung auf, wobei die dabei entstehenden optischen Hauptachsen mit den Achsen der Formellipse der Lichtleitfaser identisch sind, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist. Dargestellt sind vier jeweils um 90° versetzte Schnitte einer Lichtleit­ faserwindung 5 nach Fig. 1. Die jeweiligen sich durch Krümmung der Faser ergebenden Formellipsen der Lichtleitfaserwindung 5 sind in Fig. 2 mit 6 bis 9 bezeichnet, die Polarisations­ richtung mit 10.

In den Lichtleitfaserkern eingekoppeltes linearpolari­ siertes Licht breitet sich in Richtung der beiden Hauptachsen mit unterschiedlicher Phasengeschwindigkeit aus. Die Differenz der Phasengeschwindigkeiten wird durch die numerische Exzentri­ zität der Formellipsen 6 bis 9 und durch die Materialeigen­ schaften der Lichtleitfaser bestimmt.

Eine Lichtleitfaserspule mit Torsion wird derart hergestellt, daß die Lichtleitfaser bei z. B. fest eingespannten Enden durch Zusammenschieben zu einer schraubenlinienförmig ausgedehnten Lichtleiterspule ausgebildet wird. Bei derartig hergestellten Lichtleitfaserspulen wird die Lichtleitfaser durch den Wickelvorgang selbsttätig tordiert und jede Licht­ leitfaserwindung erfährt eine bestimmte Torsion in der Längs­ achse. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, bleibt die räumliche Orien­ tierung der Polarisationsrichtung erhalten, relativ zu den Achsen der Formellipse jedoch ändert sie sich.

Durch die Torsion wird erreicht, daß sich zwei senkrecht zueinander orientierte, mit unterschiedlicher Phasengeschwindigkeit ausbreitende Teilwellen nicht zu stark gegeneinander verschieben, so daß ein zirkularer Polarisations­ zustand des eingekoppelten linearpolarisierten Lichts vermie­ den wird.

Die Lichtleitfaserspule kann auch zu einem Torus ausgebildet sein. Bei einer derart ausgebildeten Spule können geringe Abweichungen von der Schraubenlinienform durch Ver­ schieben der einzelnen Spulenwindungen gegeneinander vorge­ nommen werden, so daß ein durch die Biegung der Lichtleit­ faserspule zu einem Torus auftretender Doppelbrechungsfehler kompensiert wird.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung einer Spule aus einer tordierten Lichtleitfaser für einen magnetooptischen Stromwandler, dadurch gekennzeichnet, daß eine gestreckte Lichtleitfaser entsprechender Länge bei nicht um ihre Längsachse beweglichen Enden zu einer schrau­ benlinienförmigen Lichtleitfaserspule zusammengeschoben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaserspule zu einem Torus ausgebildet wird.