DE3030210C2

DE3030210C2 -

Info

Publication number: DE3030210C2
Application number: DE19803030210
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl.-Ing. 5600 Wuppertal De Heckmann
Original assignee: Philips Kommunikations Industrie AG
Current assignee: Philips Kommunikations Industrie AG
Priority date: 1980-08-09
Filing date: 1980-08-09
Publication date: 1990-08-02
Also published as: DE3030210A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung der Wellenlänge einer monochromatischen optischen Strahlung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Allgemein bekannt sind die klassischen Verfahren zur Wellenlängenmessung mit Hilfe von Prismen oder Beugungs gittern. Sie erfordern einen hohen Aufwand an optischen Bauteilen, die Auswertung der Meßergebnisse ist umständlich.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Messung der Ausgangswellenlänge von Lasern ist durch die DE-OS 24 17 411 bekannt. Dabei sind zwei Strahlungs energien erfassende Monitoren (Fotoempfänger) vorgesehen, welche jeweils eine Fotodiode enthalten. In einem Monitor (Fotoempfänger) ist der Fotodiode ein wellenlängenabhängi ges Transmissionsglied in Form eines Schmalbandfilters vorgeschaltet. Mit dem bekannten Verfahren können nur optische Strahlungen in einem engen Wellenlängenbereich gemessen werden, welcher kleiner als die Bandbreite des Filters ist. Optische Filter sind teure Bauteile und bedeuten eine zusätzliche Fehlerquelle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur schnellen und einfachen Messung der Wellenlängen von monochromatischen Strahlungen anzugeben, welches in einem breiten Wellenlängenbereich einsetzbar ist, wie es insbesondere bei der Entwicklung von Anordnungen mit optischen Wellenleitern oder Lichtleitfasern immer wieder gebraucht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs genannten Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur einfachen Messung der Wellenlänge einer monochromatischen optischen Strahlung einer optischen Strahlungsquelle mit relativ hoher Genauigkeit benutzt werden.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Strahlung unmittelbar auf die Fotodioden geleitet wird und die Verwendung eines Filters nicht vorgesehen ist, so daß ein äußerst preisgünstiges Meßgerät mit einfachster Bedienung verwendet werden kann, dessen Meßergebnisse für den genannten Zweck ausreichend genau und leicht ablesbar sind.

Durch das DE-GM 19 64 928 oder durch die DE-AS 26 27 360 ist es bekannt, daß unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten von optischen Empfangseinheiten für die Messung der Strahlungsenergie ausgenutzt werden können.

Durch die DE-OS 23 02 055 ist es bekannt, die Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung mittels Filter zu bestimmen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Wellenlängenmessers,

Fig. 2 ein Schaltungskonzept,

Fig. 3 die Darstellung der spektralen Empfindlichkeit einer Fotodiode,

Fig. 4 die Darstellung der spektralen Empfindlichkeit einer weiteren Fotodiode,

Fig. 5 die graphische Darstellung des Zusammenhanges zwischen dem Verhältnis der Ausgangsspannungen beider Dioden mit der Wellenlänge der gemessenen Strahlung.

In Fig. 1 ist schematisch das Blockschaltbild einer Meßanord nung dargestellt, mit dem die unbekannte Wellenlänge einer optischen Strahlung unter Anwendung des vorher beschriebenen Verfahrens gemessen werden kann. Als Beispiel einer optischen Strahlungsquelle mit unbekannter Wellenlänge ist eine licht emittierende Diode 1 angedeutet. Die von ihr emittierte Strah lung oder ein Teil davon wird im Strahlteiler 2 auf zwei Wege mit beispielsweise gleichem Energiegehalt aufgeteilt. Ein solcher Strahlteiler 2 kann aus einer Anordnung mit einem halbdurchlässigen Spiegel bestehen, vorteilhafterweise wird an dieser Stelle eine der bekannten Anordnungen mit einer Ver zweigung von Lichtleitfasern verwendet. Die durch den Strahl teiler 2 in zwei gleiche Komponenten geteilte Strahlung fällt auf zwei strahlungsempfindliche Dioden 3 und 4. Der Verlauf ihrer Empfindlichkeit in Abhängigkeit von der Wellenlänge der empfan genen Strahlung ist unterschiedlich, aber bekannt. Die Ausgangs signale der Dioden 3 und 4 werden in der Dividier schaltung 5 aufbereitet und in eine dem Verhältnis der Ausgangs signale proportionale Spannung umgewandelt. Sie wird mit einem Meßgerät 6 angezeigt, auf dessen Skala unmittelbar die Wellen länge der aufgenommenen Strahlung abgelesen werden kann.

In Fig. 2 ist ein Schaltungskonzept für den Dividierer 5 aus Fig. 1 schematisch dargestellt. Die beiden Dioden 3 und 4 liegen an der Betriebsspannung UB. Die an den zugehörigen Längswiderständen auftretenden Ausgangssignale werden in Operationsverstärkern aufbereitet und der aus vier Transistoren und vier weiteren Operationsverstärkern bestehen den Dividierschaltung zugeführt. Die am Spannungsmesser 6 er scheinende Ausgangsspannung der Dividierschaltung ist ledig lich vom Verhältnis der Eingangssignale zueinander abhängig, während die Intensität der aufgenommenen Strahlung nicht in das Ergebnis eingeht. Die Wirkungsweise der Dividierschaltung ist an sich bekannt, sie braucht an dieser Stelle nicht näher erklärt zu werden. Sie wurde lediglich wegen der Vollständig keit der Lehre aufgenommen. Bausteine nach dem beschriebenen Prinzip sind auch als integrierte Schaltungen im Handel er hältlich.

In Fig. 3 ist ein Diagramm gezeigt, das die Empfindlichkeit der bekannten Fotodiode BPW 24 in Abhängigkeit von der Wellen länge der empfangenen Strahlung darstellt. Das Maximum ihrer Empfindlichkeit liegt bei einer Wellenlänge von 900 nm. Die Empfindlichkeit nimmt nach kleineren Wellenlängen hin fast linear ab.

Fig. 4 zeigt das entsprechende Diagramm für eine andere Foto diode BPW 20. Hier liegt das Maximum der Empfindlichkeit bei 700m und fällt nach niedrigeren wie auch nach höheren Wellen längen hin mit leicht gekrümmtem Verlauf ab.

Stellt man nun das Verhältnis der Empfindlichkeiten beider Dioden in Abhängigkeit von der aufgenommenen Wellenlänge in einem Schaubild dar, ergibt sich ein Verlauf dieses Verhält nisses, wie er in Fig. 5 gezeigt ist. Man erkennt, daß eine dem Verhältnis proportionale Ausgangsspannungsänderung von 1% etwa einer Wellenlängenänderung um 1,2 nm entspricht. In dem dargestellten Infrarot-Bereich zwischen 500 und 900 nm ist also eine gute Auflösung vorhanden und damit eine leichte Ablesbarkeit gegeben. Gerade dieser Wellenlängenbereich ist für die Anwendung mit Lichtleitfasern von besonderer Bedeutung. Durch Verwendung anderer Dioden mit entsprechenden Empfind lichkeitsverläufen lassen sich auch andere Wellenlängenbe reiche messen.

Claims

Verfahren zur Messung der Wellenlänge einer monochromatischen optischen Strahlung, bei welchem mindestens ein Teil der Strahlung durch einen Strahlteiler in zwei Komponenten geteilt wird und auf zwei je eine Fotodiode enthaltende Fotoempfänger geleitet wird, deren spektralen Empfindlichkeitsverläufe unterschiedlich sind, und wobei aus dem Quotienten der Ausgangssignale der beiden Fotoempfänger die Wellenlänge ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedenartige Fotodioden verwendet werden, deren spektralen Empfindlichkeitsver läufe wesentlich voneinander verschieden, aber bekannt sind, daß die in die beiden Fotoempfänger gelangenden Strahlungen unmittelbar auf die zugehörigen Fotodioden geleitet sind, daß der Quotient der Ausgangssignale beider Fotoempfänger in eine dem Quotienten der Ausgangssignale proportionale Spannung umgesetzt wird, und daß diese Spannung mit einem Meßgerät angezeigt wird, auf dessen Skala unmittelbar die Wellenlänge der monochromatischen Strahlung abgelesen werden kann.