DE3877553T2

DE3877553T2 - Endflaecheneinschaetzung.

Info

Publication number: DE3877553T2
Application number: DE8888312258T
Authority: DE
Inventors: Jonathan Slater Harper; Stephen Hornung; Stephen Robert Mallinson
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1987-12-23
Filing date: 1988-12-22
Publication date: 1993-05-19
Anticipated expiration: 2008-12-23
Also published as: ES2037850T3; CA1312195C; JPH03502730A; EP0326761A1; DE3877553D1; ATE84609T1; GB8729951D0; US5042943A; EP0326761B1; JPH07104227B2; WO1989005958A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf die Einschätzung der Endflächen dielektrischer Elemente und insbesondere auf die Messung von Endflächenwinkeln abgespaltener optischer Fasern. In der gesamten Beschreibung ist der Begriff Endflächenwinkel zu verstehen als der Winkel zwischen der Endfläche einer optischen Faser und der Ebene senkrecht zu der Achse der optischen Faser.
Die Qualität der Endfläche einer optischen Faser kann äußerst wichtig sein. Insbesondere bei Fusionsspleißen von Fasern und beim Abschließen von Koppleranordnungen und -Vorrichtungen. Im ersteren Fall ist es für die abgespaltene Endfläche einer optischen Faser wichtig, daß sie im wesentlichen senkrecht zu der Achse der Faser ist, denn eine nicht senkrechte Endfläche kann eine ernstzunehmende Fehlausrichtung an der Faserleistung einführen. Auch beim Abschließen einer Koppleranordnung, d.h. beim Abschließen eines freien Endes einer solchen Anordnung, ist es wichtig, daß die abgespaltene Endfläche einen ausreichend großen Winkel zu der Faserachse bildet, um im wesentlichen der gesamten nach hinten gerichteten Reflexion vorzubeugen (um ein Nebensprechen z.B. in Duplexsystemen zu vermeiden).
Faserendflächen werden üblicherweise durch Abspalten hergestellt, wobei eine hierfür gewidmete Abspaltvorrichtung verwendet wird. Ein bekanntes Verfahren zum Einschätzen der Qualität eines Faserendes, insbesondere was den Endflächenwinkel angeht, beruht auf der Kombination des Reflexionswinkels von Licht an der Endfläche und Beugung. Dieses Verfahren ist in dem folgenden Artikel beschrieben:
"A Measurement Technique for Optical Fibre Break Angles", CA MILLAR, Opt. Quant., 13, Seiten 125-131 (1981). Eine Abwandlung dieses Verfahrens ist in der Europäischen Patentbeschreibung Nr. 167269 beschrieben.
Der Hauptnachteil bekannter Verfahren, welche Beugungstechniken verwenden, besteht darin, daß sie schwierig durchzuführen sind und außerordentliche Geschicklichkeit benötigen, um akzeptierbare Ergebnisse zu erzielen. Daher sind sie nicht besonders geeignet für eine Verwendung außerhalb des Hauses, wo die Bedienperson oft nicht das notwendige Geschick hat.
Das Ziel der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Endflächenwinkels einer optischen Faser bereitzustellen. Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, eine Einrichtung bereitzustellen zum Messen des Endflächenwinkels einer optischen Faser, welche wenig Geschicklichkeit zur Anwendung verlangt, und damit durch normale Bedienpersonen außerhalb des Hauses durchgeführt werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Messen des Endflächenwinkels einer abgespaltenen optischen Faser bereit, wobei die Vorrichtung eine Lichtquelle aufweist zum Einspeisen optischer Energie in dasjenige Ende einer optischen Faser gegenüber derjenigen, deren Endflächenwinkel gemessen werden soll, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Abzapfen und Messen der Signalstärke der optischen Energie, die entlang der optischen Faser auf das abgespaltene Ende zuwandert, Einrichtungen zum Abzapfen und Messen der Signalstärke der optischen Energie, welche sich entlang der optischen Faser von dem abgespaltenen Ende und nach Reflexion an ihrer Endfläche weg bewegt, und Einrichtungen zum Umrechnen des Verhältnisses der gemessenen Signalstärken in ein Maß des Endflächenwinkels.
In einem bevorzugten Ausführungsbespiel wird die Abzapfeinrichtung dargestellt durch ein Aufnahmeelement, welches einen gekrümmten optischen Wellenleitungspfad festlegt, und Klemmeinrichtungen zum Festklemmen der optischen Faser in eine gekrümrnte Stellung, die sich im wesentlichen der Innenseite des gekrümmten Pfades anpaßt, so daß optische Energie, welche sich entlang der optischen Faser in beiden Richtungen ausbreitet, in den gekrümmten optischen Wellenleitungspfad abgezapft wird.
Vorteilhafterweise hat das Aufnahmeelement einen zwei gerade Abschnitte verbindenden gekrümmten Abschnitt, wobei der gekrümmte Abschnitte verbindenden gekrümmten Abschnitt, wobei der gekrümmte Abschnitt den gekrümmten optischen Wellenleitungspfad festlegt und die geraden Abschnitte gerade Wellenleitungspfade bilden, womit abgezapfte optische Energie zu der Signalstärke-Meßeinrichtung gerichtet wird.
Bevorzugterweise wird die Signalstärke-Meßeinrichtung gebildet durch erste und zweite Photodetektoren, wobei der erste Photodetektor so angeordnet ist, daß er die Signalstärke der optischen Energie mißt, die von der optischen Faser in der Richtung auf das abgespaltene Ende hin abgezapft wird, und der zweite Photodetektor so angeordnet ist, daß er die Signalstärke der optischen Energie mißt, die von der optischen Faser in der anderen Richtung abgezapft wird. Es ist geschickt, wenn die ersten und zweiten Photodetektoren an den freien Enden der beiden geraden Abschnitte des Aufnahmeelements gelagert sind.
Die Erfindung stellt auch eine Vorrichtung zum Messen eines Endflächenwinkels bereit in Kombination mit einem Abspaltwerkzeug, wobei die Vorrichtung zum Messen des Endflächenwinkels so ist, wie oben festgelegt, wobei das Abspaltwerkzeug eine Klemme zum Festklemmen der optischen Faser hat, und die Abzapfeinrichtung und die Meßeinrichtung dem Abspaltwerkzeug zugeordnet sind, um eine einzige Baueinheit zu bilden.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zum Messen des Endflächenwinkels der abgespaltenen optischen Faser bereit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Einspeisen optischer Energie in dasjenige Ende der optischen Faser, welches gegenüber dem abgespaltenen Ende ist, dessen Endflächenwinkel gemessen werden soll, Abzapfen und Messen der Signalstärke optischer Energie, welche sich entlang der optischen Faser auf das abgespaltene Ende hin zu bewegt, Abzapfen und Messen der Signalstärke optischer Energie, welche sich entlang der optischen Faser von dem abgespaltenen Ende und nach Reflektion an ihre Endfläche weg bewegt, und Umrechnen des Verhältnisses der gemessenen Signalstärken in ein Maß des Endflächenwinkels.
Eine Ausgestaltung der Vorrichtung zum Messen des Endflächenwinkels, welche in Übereinstimmung mit der Erfindung konstruiert ist, wird nun anhand eines Beispiels beschrieben, und zwar unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, wobei:
Fig. 1 eine schematische Grundrißansicht der Vorrichtung ist;
Fig. 2 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen dem Endflächenwinkel und dem Rückkehrverlust für eine nicht angepaßte optische Faser ist; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Detektorkopfanordnung ist.
In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine optische Faser 1, die an ein Abspaltwerkzeug 2 festgeklemmt ist. Das freie Ende 1a der optischen Faser ist an einer Lichtquelle 3 befestigt, welche entweder ein Laser oder eine Leuchtdiode sein kann. Ein anklemmbarer Detektorkopf, der allgemein durch das Bezugszeichen 4 gekennzeichnet ist, ist zwischen dem Abspaltwerkzeug 2 und der Lichtquelle 3 gelagert. Der Detektorkopf 4 ist getrennt in der Lage, optische Energie abzuzapfen und zu messen, welche sich in der Faser 1 in beiden Richtungen ausbreitet. Der Detektorkopf 4 beinhaltet eine optische Koppelvorrichtung, welche vorzugsweise von der Bauart ist, die in der britischen Patentbeschreibung Nr. 2232265 beschrieben ist.
Eine derartige optische Koppelvorrichtung weist einen Siliziumdioxidstab 10 mit einem gekrümmten Abschnitt zwischen zwei geraden Abschnitten und einen gekrümmten Block 11 auf, welche zusammenwirken, um die optische Faser 1 gegen die innere Oberfläche des gekrümmten Abschnitts des Siliziumdioxidstabs 10 festzuklemmen. Photodetektoren 5 und 6 sind den freien Endabschnitten der beiden geraden Abschnitte des Siliziumdioxidstabs zugeordnet, so daß optische Energie, die aus der optischen Faser 1 an ihrem gekrümmten Abschnitt auftritt, durch den Siliziumdioxidstab aufgenommen wird und zu einem der Photodetektoren geleitet wird. Der Photodetektor 5 erfaßt abgezapfte optische Energie, welche sich entlang der optischen Faser 1 in einer Richtung ausbreitet, und der andere Photodetektor 6 erfaßt abgezapfte optische Energie, welche sich entlang der optischen Faser in der entgegengesetzten Richtung ausbreitet.
Den Detektoren ist Elektronik zugeordnet, die aus einem Vorverstärker besteht, dessen Aufgabe in einen Log/Linear-Wandler eingegeben wird, der eine lineare Ausgangsspannung erzeugt, die der Faserkernleistung entspricht, welche in dBm geeicht werden kann. Vorzugsweise wird, anstatt einen getrennten Schaltkreis für jeden Detektor zu haben, ein einziger Schaltkreis verwendet, wobei die beiden Detektoren an den Vorverstärkereingang geschaltet sind, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, wodurch mögliche Ungenauigkeiten aufgrund eines Ungleichgewichts in einem dualen Schaltkreissystem vermieden werden.
Wenn die optische Faser 1 durch das Werkzeug 2 abgespalten wird, wird ein kleiner Anteil des von rechts nach links wandernden Lichts durch das abgespaltene Ende reflektiert und durch den Photodetektor 6 erfaßt, wobei dieser Anteil reflektierten Lichts von dem Endflächenwinkel des abgespaltenen Endes abhängt.
Der Photodetektor 5 wird verwendet, um die optische Energie zu messen, die durch die optische Faser 1 durch die Lichtquelle 3 geschickt wird. Das Verhältnis der durch die Photodetektoren 5 und 6 gemessenen Signale gibt dann ein Maß des Rückkehrverlustes in der Faser 1 an, und dies birgt eine Beziehung mit dem Endflächenwinkel 1. Diese Beziehung ist in Fig. 2 dargestellt, welche ein Diagramm ist, das Rückkehrverlust (dB) über Endflächenwinkel aufträgt. Der direkt gemessene Rückkehrverlust wird durch den Einfügungsverlust der Vorrichtung erhöht, und der Einfügungsverlustwert muß folglich von dem gemessenen Rückkehrverlust abgezogen werden, um den tatsächlichen Rückkehrverlust zu ergeben. Die folgende Tabelle zeigt die Beziehung zwischen Abspaltwinkel und Rückkehrverlust. Abspaltwinkel (Grad) Gemessener Rückkehrverlust (dB) Korrigierter Rückkehrverlust (dB) * Einfügungsverlust in diesem Beispiel = 4.69 dB
Der Biegungsradius des in der britischen Patentbeschreibung Nr. 2232265 beschriebenen Wellenleiters wurde so eingestellt, daß sich ein Einfügungsverlust in der zu prüfenden Faser von ungefähr 3 dB ergab, doch ist der tatsächliche Einfügungsverlust eine Funktion der Biegeempfindlichkeit der Faser. Im Betrieb ist es daher eine leichte Aufgabe, die beiden Signale optischer Energie zu messen, welche sich entlang der optischen Faser 1 ausbreiten, und daraufhin ein Maß des Endflächenwinkels des abgespaltenen Endes der Faser zu erhalten, indem man den Winkelwert abliest, der dem Rückkehrverlust entspricht, den man aus dem Verhältnis der gemessenen Signale berechnet hat. In der Praxis würde ein anfänglich geeichtes Meßgerät bereitgestellt werden, um eine direkte Ablesung des Endflächenwinkels zu geben.
Um die Trennung zwischen dem Vorwärts- und dem reflektierten Kanal zu maximieren, ist es notwendig, interne Reflexionen von dem Wellenleiterende zu minimieren (insbesondere an dem Wellenleiterende neben dem Detektor 6), und zwar an der Zusammenfügung von Führung/Detektor 6 und dem Detektor 6 selbst. In diesem Zusammenhang ist es hilfreich, wenn die Detektoren, und insbesondere Detektor 6, mit den Wellenleiterenden zusammengefügt werden durch ein Index-Anpassungsmedium, wie z. B. einem Index-Anpassungsgel. Mit der Anordnung, die verwendet wurde, um die in der obigen Tabelle gezeigten Zahlen zu erzielen, war die maximale Kanaltrennung 21,7 dB, was bedeutet, daß die Anordnung verwendbar war, um Abspaltwinkel bis zu 2,05º zu messen.
Es wird nunmehr ersichtlich sein, daß die oben beschriebene Vorrichtung verwendet werden könnte zum Einschätzen abgespaltener Endflächen optischer Fasern sowohl zum Fusionsspleißen und zum Abschließen von freien Enden von Koppleranordnungen (oder in der Tat für jeden anderen Zweck, der eine Messung des Endflächenwinkels erfordert). In ersterem Fall wird die Bedienperson auf einen Endflächenwinkel nahe 0º aus sein und könnte die Anweisung haben, jegliche Faser mit einem Endflächenwinkel größer als, sagen wir, 1º zu verwerfen. In letzterem Fall wird die Bedienperson einen Endflächenwinkel größer als, sagen wir, 5,5º anstreben, was einen Rückkehrverlust von mehr als 60 dB garantieren würde, und könnte die Anweisung haben, jegliche Faser zu verwerfen, die einen Abspaltwinkel hat, der geringer als dieser Wert ist. Der Vorteil des Abzapfens und Messens der optischen Energie, welche sich entlang der optische Faser in beiden Richtungen ausbreitet, besteht darin, daß die Vorrichtung mit jeglicher passenden Lichtquelle verwendet werden kann, ohne daß man eine Kalibrierung für jede dieser Lichtquellen benötigt. Dem ist so, weil Endflächenwinkel mit Rückkehrverlust verglichen werden, d. h., einem Parameter, der von dem Verhältnis der Signalstärken der optischen Energie abhängt, die sich entlang der Faser in beiden Richtungen ausbreitet.
Offensichtlich kann die oben beschriebene Vorrichtung abgewandelt werden. Z. B. könnte der Detektorkopf 4 in der Klemme des Abspaltwerkzeuges montiert sein, wodurch die Vorrichtung kompakt und für die Anwendung außer Haus geeignet wird. Im Fall, falls ein geeichtes Meßgerät bereitgestellt wird, würde dieses an dem Abspaltwerkzeug montiert werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen des Endflächenwinkels einer abgespaltenen optischen Faser (1), wobei die Vorrichtung eine Lichtquelle (3) aufweist zum Einspeisen optischer Energie in dasjenige Ende (1a) einer optischen Faser gegenüber derjenigen, deren Endflächenwinkel gemessen werden soll, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Abzapfen (4) und Messen (5) der Signalstärke der optischen Energie, die entlang der optischen Faser auf das abgespaltene Ende hinzu wandert, Einrichtungen zum Abzapfen (4) und Messen (6) der Signalstärke der optischen Energie, welche sich entlang der optischen Faser von dem abgespaltenen Ende und nach Reflektion an ihrer Endfläche weg bewegt, und Einrichtungen zum Umrechnen des Verhältnisses der gemessenen Signalstärken in ein Maß des Endflächenwinkels.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abzapfeinrichtungen (4) gebildet sind aus einem Aufnahmeelement (10), welches einen gekrümmten optischen Wellenleitungspfad festlegt, und Klemmeinrichtungen (11) zum Klemmen der optischen Faser (1) in eine gekrümmte Stellung, die sich im wesentlichen der Innenseite des gekrümmten Pfades anpaßt, so daß optische Energie, welche sich entlang der optischen Faser in beiden Richtungen ausbreitet, in den gekrümmten optischen Wellenleitungspfad abgezapft wird.

3. Vorrichtung nach Anspmch 2, wobei das Aufnahmeelement (10) einen zwei gerade Abschnitte verbindenden gekrümmten Abschnitt hat, wobei der gekrümmte Abschnitt den gekrümmten optischen Wellenleitungspfad festlegt, und die geraden Abschnitte gerade Wellenleitungspfade bilden, womit abgezapfte optische Energie zu der Signalstärke-Meßeinrichtung (5, 6) gerichtet wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Signalstärke-Meßeinrichtung gebildet ist durch erste und zweite Photodetektoren (5 und 6), wobei der erste Photodetektor (5) so angeordnet ist, daß er die Signalstärke der optischen Energie mißt, welche von der optischen Faser in Richtung auf das abgespaltene Ende hin abgezapft wird, und der zweite Photodetektor (6) so angeordnet ist, daß er die Signalstärke der optischen Energie mißt, die von der optischen Faser in der anderen Richtung abgezapft wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wenn er sich auf Anspruch 3 bezieht, wobei der erste und zweite Photodetektor (5 und 6) an den freien Enden der beiden geraden Abschnitte des Aufnahmeelements (10) gelagert sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welche weiterhin eine Einrichtung zum Anzeigen des Maßes des Endflächenwinkels aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Umwandlungs- und Anzeigeeinrichtung aus einem geeichten Meßgerät gebildet ist.

8. Endflächenwinkel-Meßvorrichtung kombiniert mit einem Abspaltwerkzeug (2), wobei die Endflächenwinkel-Meßvorrichtung so ist, wie in einem der Ansprüche 1 bis 7 beansprucht, wobei das Abspaltwerkzeug eine Klemme zum Festklemmen der optischen Faser hat, und die Abspalteinrichtung (4) und die Meßeinrichtung (5, 6) dem Abspaltwerkzeug zugeordnet sind, um eine einzige Baueinbeit zu bilden.

9. Verfahren zum Messen des Endflächenwinkels einer abgespaltenen optischen Faser, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Einspeisen optischer Energie in dasjenige Ende der optischen Faser, welches gegenüber dem abgespaltenen Ende ist, dessen Endflächenwinkel gemessen werden soll, Abzapfen und Messen der Signalstärke optischer Energie, welche sich entlang der optischen Faser auf das abgespaltene Ende hin zubewegt, Abzapfen und Messen der Signalstärke optischer Energie, welche sich entlang der optischen Faser von dem abgespaltenen Ende und nach Reflektion an ihrer Endfläche weg bewegt, und Umrechnen des Verhältnisses der gemessenen Signalstärken in ein Maß des Endflächenwinkels.

10. Verfahren nach Anspruch 9, welches als einen weiteren Schritt das Anzeigen des Maßes des Endflächenwinkels aufweist.