DE3311472C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Verfahren ist aus der US 41 68 907 bekannt.

In der US-PS 41 81 433 ist eine Methode zum quantitativen Auswerten der inneren Struktur optischer Fasern oder Faser-Vorformen beschrieben. Da diese Methoden ebenso wie die im folgenden zu beschreibende Methode gleichermaßen bei optischen Fasern wie bei Faser-Vorformen Anwendung finden, wird im folgenden der eine oder der andere dieser Ausdrücke ebenso wie der Ausdruck "Rohling" dazu verwendet, sowohl die Fasern als auch die Vorformen zu bezeichnen.

In der US-PS 41 81 433 ist beschrieben, daß die Dichteverteilung des von der Kernzone des Faser-Rohlings fokussierten, auftreffenden Lichts gemessen wird.

Um genaue Ergebnisse zu erzielen, muß bei dem oben beschriebenen Verfahren dafür Sorge getragen werden, daß die auf den Kern des Faser-Rohlings auftreffende Strahlung eine gut kollimierte, gleichförmige Welle ist. Auf Grund der starken Fokussierwirkung des den Kern umgebenden Mantels erachtete man es jedoch als notwendig, den Faser-Rohling in ein zur Anpassung des Brechungsindex geeignetes Fluid einzutauchen, um die Planar-Beschaffenheit des Beleuchtungsstrahls aufrechtzuerhalten, und die gesamte Kernzone zu beobachten. Ohne ein solches Eintauchen macht es die starke Fokussierwirkung des Mantels einer Betrachtungslinse vernünftiger Größe praktisch unmöglich, die den Kern durchdringenden, stark divergierenden Strahlen zu sammeln.

Ein Problem bei der Verwendung von zur Anpassung des Brechungsindex geeigneten Fluiden besteht darin, daß keine leicht zu handhabende und mit nur geringen Verlusten behaftete Fluide zur Verfügung stehen, welche große Brechungsindizes besitzen (d. h. Brechungsindizes, die größer sind als 1,6). Ein spezielles Problem besteht darin, daß die schwereren Fluide, welche die benötigten hohen Brechungsindizes besitzen, im allgemeinen giftig und daher schwierig zu handhaben sind. Selbst wenn die für die Anpassung erforderlichen Fluide verfügbar sind, so besteht bei Ihnen nicht nur das Problem in ihrer unzulänglichen Handhabbarkeit, sondern außerdem besteht grundsätzlich die Gefahr, daß der Rohling verkratzt und beschädigt wird, wenn zur Säuberung das Fluid von ihm abgestreift wird.

Bei dem Verfahren nach der US-PS 41 68 907 wird zwar auf der Anpassungsflüssigkeit verzichtet, aber das parallel auftreffende Licht wird durch den Prüfling fokussiert, so daß nur qualitative Aussagen erhalten werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das genauere Ergebnisse liefert als das aus der US 41 68 907 bekannte Verfahren.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die Maßnahmen gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Skizze, die die Wirkung veranschaulicht, die eine Vorform einer optischen Faser auf einen divergierenden Lichtstrahl hat,

Fig. 2 eine Skizze, die zur Veranschaulichung den Weg eines beliebigen Lichtstrahls verdeutlicht, wenn der Lichtstrahl eine zylindrische Anpaßlinse mit Kreisquerschnitt und eine Vorform durchläuft, und

Fig. 3 bis 7 verschiedene Anordnungen von Anpaßlinsen und Vorformen.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines Rohlings 10 für eine optische Faser. Der Rohling enthält eine innere Kernzone 11, die von einem äußeren Mantel 12 umgeben ist, der aus einem Material besteht, das einen niedrigeren Brechungsindex hat als das Material der Kernzone 11. Es gibt Rohlinge mit zwei oder noch mehr Mänteln. Zur Vereinfachung der Darstellung wird jedoch hier nur ein Rohling mit einem einzigen Mantel veranschaulicht. Der Kern kann aus einem homogenen Material mit einem konstanten Brechungsindex bestehen, er kann aber auch durch Niederschlagen mehrere Materialschichten mit dem gleichen oder unterschiedlichen Brechungsindizes gebildet sein, um entweder einen Rohling mit Stufen-Brechungsindexprofil oder mit Gradienten-Brechungsindexprofil zu erhalten.

Ungeachtet der speziellen Herstellungsweise des Rohlings kann die aus dem Rohling gezogene Faser selbst nicht besser sein als der Rohling selbst. Es ist also wesentlich, daß der Rohling untersucht wird, bevor die Faser gezogen wird, damit man Aufschluß über die innere Struktur des Rohlings erhält. Diese Untersuchung kann auf verschiedene Weise erfolgen, wie es in den oben erläuterten US-Patentschriften beschrieben ist. Typischerweise beträgt die maximale Differenz der Brechungsindizes von Kern und Mantel nur einige Hundertstel eines Prozents, so daß die Brechung an der Übergangsstelle zwischen Kern und Mantel sehr klein ist. Ein beträchtlicher Unterschied besteht jedoch zwischen den Brechungsindizes des Mantels und dem Brechungsindex des den Mantel umgebenden Materials, bei dem es sich typischerweise um Luft handelt. Der Brechungsindex des Mantels beträgt bei Rohlingen aus Quarzglas 1,46.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird zum Beleuchten des Rohlings ein divergierender, d. h. streuender Strahl verwendet. Gemäß Fig. 1 trifft auf den Rohling eine Gruppe divergierender Strahlen 14 auf. Bei dieser Anordnung knickt die Brechung an dem Übergang Luft/Mantel die Strahlen derart ab, daß die achsenparallelen Strahlen innerhalb der Kernzone parallel zueinander verlaufen. Bei einem Rohling mit dem Radius R und einem Brechungsindex n werden solche parallelen Strahlen erzeugt, wenn die äquivalente Punktquelle 15 von der Mitte des Rohlings folgenden Abstand D aufweist:

Das Äquivalent einer solchen Punktquelle erhält man in geeigneter Weise mittels einer Kreisquerschnitt aufweisenden, zylindrischen Anpaß-Stablinse, deren Längsachse z-z zur Längsachse z′-z′ des Rohlings parallel verläuft und zu dieser einen Abstand S aufweist, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Bezeichnet man die Radien und Brechungsindizes der Linse 30 und des Rohlings 31 mit R₁, n₁ bzw. R₂, n₂, so berechnet sich der Winkel α eines auftreffenden Strahls 32 innerhalb des Rohlings folgendermaßen:

wobei Y₁ der Abstand zwischen einem der auftreffenden parallelen Strahlen und einer durch die Achsen z-z und z′-z′ definierten Ebene ist.

Um die Strahlen innerhalb des Rohlings zu kollimieren, wird α zu Null gemacht, und man erhält

Für den speziellen Fall, daß die Linse und der Rohling aus dem gleichen Material (n₁ = n₂ = n) bestehen, reduziert sich die Gleich (3) auf

Wenn darüber hinaus Linse und Rohling den gleichen Radius R₁ = R₂ = R aufweisen, erhält man

Unglücklicherweise ist eine Linse mit kreisrundem Querschnitt insofern keine besonders gute Linse, als sie keinen einzelnen, exakt definierten Brennpunkt besitzt. Dies ist in Fig. 3 angedeutet, in der die fokussierende Wirkung einer Anpaßlinse 40 auf ein auftreffendes Strahlenbündel veranschaulicht ist. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, schneiden sich die konvergierenden Strahlen nicht in einem einzelnen Punkt, sondern die Schnittpunkte sind in einem Intervall 41 verteilt. Außerdem gibt es Abschnitte 44 und 44′ des Rohlings 42, die überhaupt nicht von Strahlen durchdrungen werden und also nach dieser Methode nicht betrachtet werden können. Um sich das klarzumachen, betrachte man einen Strahl 45, der eine Tangente des Rohlings bildet. Während unter einem kleineren Winkel auftreffende Strahlen in den Rohling eindringen können, können dies unter einem größeren Winkel auftreffende Strahlen nicht. Folglich bleiben die schraffierten Zonen 44 und 44′ unbeleuchtet. Darüber hinaus durchlaufen die unter diesen relativ großen Winkeln auftreffenden Strahlen den Rohling nicht unter einem Winkel α = 0. Aus diesen Gründen ist es vorteilhaft, die hier beschriebene Methode auf solche Rohlinge und Fasern zu beschränken, deren Kernradius r_c im Vergleich zu dem Außenradius R₂ des Mantels relativ klein ist. Eine praktische Grenze ergibt sich durch die Beziehung

Innerhalb dieser Zone, also in der Nähe der Achse des Rohlings, ist das Strahlenbündel gut kollimiert, und der Kern hat ausreichenden Abstand von den Schattenzonen 44 und 44′.

Beispiele

Fig. 4 bis 7 zeigen die Verläufe von Strahlen, wie sie für Anpaßlinsen und Rohlinge mit unterschiedlichen relativen Größen und Abständen berechnet wurden. In sämtlichen Fällen sind die Brechungsindizes n₁ und n₂ gleich und betragen 1,46.

Bei dem Beispiel nach Fig. 4 gilt die Beziehung R₁ = R₂ = R, und der Abstand S beträgt S/R = 4,78. Man sieht, daß in diesem Fall die in der Nähe der optischen Achse 0-0 verlaufenden Strahlen innerhalb des Rohlings gut kollimiert sind. Diese Bedingung läßt sich auch in solchen Fällen erzielen, in denen der Linsenradius größer oder kleiner ist als der Radius des Rohlings, wie in den Fig. 5 bzw. 6 dargestellt ist.

Zum Vergleich zeigt Fig. 7 eine zwar noch brauchbare, jedoch weniger zufriedenstellende Wahl der Parameter, die dazu führen, daß die Strahlen innerhalb des Rohlings geringfügig divergieren.

Die verschiedenen Beispiele zeigen die Vielfältigkeit von Linsengrößen und Abständen, mit denen man ein gut kollimiertes Lichtstrahlenbündel innerhalb des Rohlings erzielt.

Während zur Veranschaulichung der Erfindung eine einfache Stablinse verwendet wurde, so lassen sich auch ebenso einfach andere Linsenstrukturen einsetzen. Der Hauptvorteil der Stablinse besteht darin, daß sie einfach aufgebaut und leicht verfügbar ist.

Claims (2)

1. Verfahren zum Untersuchen der Struktur des Kerns einer aus dem Kern und einem Mantel bestehenden optischen Faser oder einer Vorform derselben (Prüfling), bei dem ein Längenabschnitt des Prüflings in Querrichtung beleuchtet wird und das Beleuchtungslicht an der Oberfläche des Prüflings gebrochen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungslicht in einer zur Prüfungsachse senkrechten Ebene, wo es auf den Prüfling trifft, divergiert und bei Prüflingen mit einem im Vergleich zum Mantelaußenradius kleinem Kernradius in der Nähe der Achse des Prüflings durch die Brechung an der Oberfläche des Prüflings kollimiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das divergierende Licht mit einer Stablinse (30, 40, 50) erzeugt wird.