DE4011462A1 - Messgeraet mit wenigstens einem anschlussstecker fuer einen externen lichtwellenleiter - Google Patents

Messgeraet mit wenigstens einem anschlussstecker fuer einen externen lichtwellenleiter

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Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät mit wenigstens einem Anschlußstecker für einen extremen Lichtwellenleiter gemäß der Gattung des Anspruchs 1.
Bekannte Meßgeräte mit optischen Anschlußsteckern sind ausnahmslos nach dem Prinzip der stumpfen Kopplung aufgebaut. Die lichtführenden Kerne der Lichtwellenleiter werden fluchtend möglichst dicht zueinander gebracht, im Extremfall berühren sich die Enden der im Anschlußstecker aufeinanderstoßenden Lichtwellenleiter. Werden in einem Glasfaser-System optische Sender mit großer Kohärenzlänge, z. B. Laserdioden, eingesetzt, so wird bei bekannten Systemen eine Berührung der Faserkerne aus zwei Gründen vorgesehen.
a) Besteht ein Luftspalt zwischen den beiden Faserenden, so bildet dieser aufgrund der zweimaligen Glas-Luft-Reflexion (Glas-Luft/Luft-Glas) einen Hohlraumresonator. Geringste Änderungen des Luftspalts, z. B. durch Temperatureinflüsse, oder Änderungen der Laserwellenlänge oder Änderungen der Modenverteilung bei Mehrmodenfasern, z. B. durch Faserbiegung, bewirken eine Veränderung der Resonanzbedingungen des Resonators und demzufolge eine veränderte Übergangsdämpfung, die einige 0,1 dB betragen kann. Derart hohe Dämpfungsschwankungen können bei Meßgeräten nicht hingenommen werden, weshalb aus diesem Grund bei den bekannten Meßgeräten ein Luftspalt im Anschlußstecker vermieden wird.
b) Moderne Halbleiter-Laserdioden sind sehr empfindlich gegen Reflexionen. Ein Luftspalt im Anschlußstecker, bei der jeder Glas-Luft-Übergang ca. 4% reflektiert, ist in den meisten Anwendungsfällen nicht tolerierbar. Auch aus diesem Grund werden bei herkömmlichen Meßgeräten vorwiegend Kontaktstecker verwendet, bei denen die Fasern zumindest im Kernbereich aufeinandergepreßt werden, um einen sicheren Kontakt zu gewährleisten. Die sich berührenden Faserenden haben jedoch den Nachteil, daß schon geringste Staub- und Schmutzpartikel im Kontaktbereich genügen, um sowohl die Übergangsdämpfung zu erhöhen, als auch im Extremfall die Faserenden zu beschädigen. Die herkömmlichen Steckerverbindungen müssen daher bei der Montage unbedingt schmutzfrei gehalten werden, weshalb jeweils vor dem Anschließen eines Lichtwellenleiters die Faserenden sorgfältig gereinigt werden müssen. Bei einem optischen Meßgerät werden die Steckverbindungen an häufig wechselnden Einsatzstellen betätigt, so daß ein häufiges Reinigen bei den herkömmlichen Meßgeräten erforderlich ist und eine große Gefahr der Beschädigung der Faserenden besteht.
Um Beschädigungen der Faserenden im Bereich der Anschlußstecker zu vermeiden, kann zwischen den Faserenden ein weiches Anpaßmedium vorgesehen werden, beispielsweise ein sogenanntes Immersionsöl. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die Handhabung dadurch sehr kompliziert wird und ein undefiniertes Kriechen des Öls Beeinträchtigung hervorrufen kann. Außerdem haben derartige Öle Langzeiteffekte, die eine weitere Unsicherheit mit sich bringen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät mit Anschlußstecker zu schaffen, bei denen Beschädigungen der Faserenden vermieden werden und reproduzierbare Dämpfungswerte erhalten werden.
Die Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Meßgerät der eingangs genannten Gattung durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale erhalten. Durch die Anordnung der Enden der im Anschlußstecker aufeinandertreffenden Lichtwellenleiter in einem Abstand d, der größer ist als die Kohärenzlänge des übertragenen Lichts, wird erreicht, daß keine geordnete (kohärente) Interferenz mehr auftritt. Die Reflexionen an den Glas-Luft-Übergängen bewirken lediglich eine definierte Dämpfung, die unabhängig von geringen Abstandsänderungen ist, solange der Abstand der Faserenden größer ist als die Kohärenzlänge. Der Luftspalt zwischen den Faserenden wird daher so groß gewählt, daß Steckertoleranzen und sonstige den Luftspalt verändernde Einflüsse den Abstand d nicht unter die Kohärenzlänge verkleinern können. Eine derartige Steckverbindung hat den Vorteil, daß kein umständliches Hantieren mit Anpassungsflüssigkeiten (Immersionsöl) nötig ist. Außerdem wird die Gefahr der Beschädigung der Faserenden vermieden.
Die Abschätzung der Kohärenzlänge erhält man aus der Gleichung
wobei λ₀ die Schwerpunktswellenlänge und Δλ die Halbwertsbreite bei lichtemittierenden Dioden (LED) bzw. die Linienbreite bei Lasern ist. Aus dieser Gleichung erhält man folgende typische Werte bei λ₀=1300 nm:
lc≈20 µm für LED
lc≈cm . . . m für Laser
Bei Verwendung von lichtemittierenden Dioden (LED) muß der Luftspalt im obigen Fall größer/gleich 20 µm sein, damit keine geordnete Interferenz mehr auftritt.
Um die Vorteile auch bei der Verwendung von Lasern erhalten zu können, wird ein Meßgerät gemäß Anspruch 3 vorgeschlagen. Durch die Zwischenschaltung einer Mehrmodenfaser mit hoher Dispersion z. B. einer Stufenindexfaser, ergeben sich Laufzeitunterschiede innerhalb der einzelnen Moden. Sind diese Laufzeitunterschiede größer als die Kohärenzzeit des Lasers, so findet an dem im Anschlußstecker befindlichen Übergang keine geordnete Interferenz mehr stat. Für einen Laser als optischen Sender beträgt die Kohärenzzeit
tc<1 ns.
Setzt man also Stufenindexfasern mit Modendispersionen von
tF<1 ns
ein, so werden Interferenzen unterdrückt und es sind nur kurze Faserlängen nötig.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein schematisch dargestelltes Meßgerät mit einer lichtemittierenden Diode als optischen Sender,
Fig. 2 eine Ausführung mit einem Laser als optischen Sender und
Fig. 3 den Lichtwellenleiterübergang im Bereich des Anschlußsteckers eines Meßgerätes.
In Fig. 1 ist das Meßgerät M1 mit strichpunktierten Linien angedeutet. Im Meßgerät M1 befindet sich als optischen Sender eine lichtemittierende Diode 1 (LED), die Licht 2 in einen als Einmodenfaser oder als Mehrmodenfaser ausgebildeten internen Lichtwellenleiter (3) einspeist, dieser kann als Einmodenfaser oder als Mehrmodenfaser ausgebildet sein. Am Ausgang des Meßgeräts M1 befindet sich ein Anschlußstecker 4, an den ein externer Lichtwellenleiter (5) angeschlossen ist. Die Enden 6, 7 der beiden Lichtwellenleiter 3, 5 sind in einem Abstand d angeordnet, der so groß ist, daß eine geordnete Interferenz im Bereich des sich dadurch ergebenden Luftspalts 8 nicht ergeben kann. Der Abstand d wird zu diesem Zweck größer gewählt als die Kohärenzlänge des von der Diode 1 ausgesandten Lichts 2. Die Kohärenzlänge lc läßt sich bekanntlich abschätzen aus der Gleichung
wobei
λ₀ = Schwerpunktswellenlänge
Δλ = Halbwertsbreite des von der lichtemittierenden Diode ausgesendeten Lichts.
In Fig. 2 ist eine Ausführung eines Meßgeräts M2 schematisch wiedergegeben, wobei als Lichtquelle ein Laser 9 verwendet wird. Das vom Laser 9 ausgesendete Licht 10 wird in eine Mehrmodenfaser 11 eingespeist. Auch bei dieser Ausführungsform, bei der der interne Lichtwellenleiter 11 als Mehrmodenfaser (MMF) ausgebildet ist, sind die Faserenden 6, 7 im Anschlußstecker 4 mit Abstand zueinander angeordnet. Durch die in der Mehrmodenfaser 11 auftretenden Laufzeitunterschiede zwischen den einzelnen Moden, die bei entsprechend gewählter Mehrmodenfaser größer sind als die Kohärenzzeit des Lasers, wird die Interferenzfähigkeit im Bereich des Luftspalts 8 praktisch beseitigt. Eine geordnete Überlagerung (Interferenz) findet am Übergang von dem internen Lichtwellenleiter 11 zum externen Lichtwellenleiter 5 nicht mehr statt.
In Fig. 3 ist der Anschlußstecker 4, wie er beispielsweise in Fig. 1 verwendet wird, vergrößert dargestellt, wobei auf Einzelheiten des Anschlußsteckers 4 verzichtet wurde. Wesentlich ist, daß die Faserenden 6, 7 mittels einer Anschlagschulter 12 im gewünschten Abstand d gehalten werden. Zu beiden Seiten der Anschlagschulter 12 liegt jeweils der Mantel 13, 14 des internen Lichtwellenleiters 3 bzw. des externen Lichtwellenleiters 5 an. In den Ringraum 15, der von der Anschlagschulter 12 umschlossen wird, ragen die Faserenden 6, 7 wobei ein Abstand d eingehalten wird.
Das Einbringen eines Distanzelements mit der erforderlichen geringen Stärke ist schwierig. Die erfindungsgemäße Lösung verwendet handelsübliche Stecker, die in einem an sich bekannten Schleif- und Poliervorgang mindestens im Bereich der Faserenden um den gewünschten Betrag zurückgeschliffen werden. Damit wird bewirkt, daß die Faser gegenüber dem Führungsstift zurückliegt und sich beim Schließen der Verbindung zwar die Steckerstifte berühren, jedoch nicht die Fasern.

Claims (6)

1. Meßgerät mit wenigstens einem Anschlußstecker für einen externen Lichtwellenleiter und mit einem optischen Sender und/oder optischen Empfänger, bei dem in einen internen Lichtwellenleiter Licht eingespeist und über den Anschlußstecker übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden (6, 7) der im Anschlußstecker (4) aufeinandertreffenden Lichtwellenleiter (3, 5) in einem Abstand (d) voneinander angeordnet sind, der größer ist als die Kohärenzlänge des übertragenen Lichts.
2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (d) größer ist als wobei λ₀ die Schwerpunktwellenlänge und Δλ die Halbwertsbreite der als lichtemittierenden Diode (1) ausgebildeten Lichtquelle ist.
3. Meßgerät mit wenigstens einem Anschlußstecker für einen externen Lichtwellenleiter und mit einem optischen Sender und/oder optischen Empfänger, bei dem in einen internen Lichtwellenleiter kohärentes Licht eingespeißt und über den Anschlußstecker übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Übertragung von optischen Signalen die von einem Laser (9) erzeugt werden, der interne Lichtwellenleiter (11) als Mehrmodenfaser (MMF) ausgebildet ist, und daß die aufeinandertreffenden Enden (6, 7) des internen Lichtwellenleiters (11) und des externen Lichtwellenleiters (5) im Anschlußstecker (4) einen definierten Abstand haben.
4. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeitunterschiede zwischen den einzelnen Moden in der Mehrmodenfaser größer sind als die Kohärenzzeit des Lasers (9).
5. Meßgerät nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrmodenfaser als Stufenindexfaser ausgebildet ist.
6. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erforderliche geringe Abstand zwischen den Faserenden (6, 7) durch Zurückschleifen zumindest eines der beiden Enden erreicht wird.
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