DE4013884A1 - Vorrichtung zum messen der rueckflussdaempfung an faseroptischen komponenten - Google Patents

Description

Die Anmeldung betrifft eine Vorrichtung zum Messen und Prüfen der Rückflußdämpfung an faseroptischen Komponenten. Bei den faseroptischen Komponenten kann es sich um passive Bauelemente, wie Steckverbinder, Spleiße, Isolatoren, Dämpfungsglieder oder auch aktive Bauelemente, wie Sender- oder Empfängermodule handeln.

In Lichtwellenleiter-Systemen ist die Rückflußdämpfung ein Maß für den Anteil an Licht- oder Strahlungsleistung, die von der betreffenden optischen Komponente in Senderichtung reflektiert wird.

Trifft ein Lichtstrahl mit der Leistung P_o auf eine Brechzahldiskontinuität, so wird ein Teil P_r der Leistung reflektiert. Wie groß dieser Anteil ist, errechnet sich aus den beiden beteiligten Brechzahlen n₁ und n₂ vor und nach der Diskontinuität über die Fresnel-Formel:

P_r = P_o · (n₁-n₂)²/(n₁+n₂)²

Als Rückflußdämpfung a_r ist definiert:

a_r = -10 · log(P_r/P_o) dB

Zur Bestimmung der Rückflußdämpfung ist demnach die Messung wenigstens zweier Strahlungsleistungen erforderlich.

Aus dem internationalen Normpapier DIN IEC 86B (Co) 8 "Fachgrundnorm für LWL-Steckverbinder", Entwurf Oktober 1987, Seiten 53 bis 57, ist eine Vorrichtung zum Messen der Rückflußdämpfung bekannt, welche einen optischen Sender, der im Dauerstrichbetrieb arbeitet, einen linearen optischen Empfänger und einen Leistungsverzweiger (Richtkoppler), der Sende- und Empfangsweg trennt, enthält. Bei der bekannten Vorrichtung werden Sende- und Empfangsleistungen ohne und mit Prüfobjekt nacheinander gemessen und zur Fehlerkorrektur noch eine weitere Messung mit einer Referenz durchgeführt. Aus den erhaltenen Meßwerten wird dann die Rückflußdämpfung rechnerisch ermittelt.

Diese Art der Messung der Rückflußdämpfung ist praktikabel, jedoch aus zumindest zwei Gründen in der Anwendung problematisch.

Es sind mehrere Messungen zeitlich nacheinander nötig, wobei die reflektierte Leistung üblicherweise um mehrere Größenordnungen unter der transmittierten liegt.

Variationen in den Ankoppelbedingungen der beteiligten Fasern und die unvermeidlichen Schwankungen in der Meßapparatur gehen unmittelbar in die Messung ein und führen zu fehlerbehafteten Ergebnissen (zufällige Fehler).

In den Anordnungen kommen außer dem eigentlichen Meßobjekt mindestens zwei weitere Brechzahldiskontinuitäten vor, die vergleichbare Reflexionen wie das Meßobjekt selbst haben können. Die Reflexionsanteile zweifelsfrei voneinander zu trennen. Dadurch kommt es außer zu zufälligen auch zu systematischen Fehlern. Hinreichend zuverlässige Ergebnisse werden nur bei sehr sorgfältigem Arbeiten, großer Routine des Messenden und ggf. mehrfacher Wiederholung der Meßprozedur erhalten.

Bei Komponenten, die Anschlußfasern mit Steckern haben, kommt als weiteres Problem hinzu, daß diese Stecker bei der Messung immersiert werden müssen. Dies bedeutet eine Erschwernis bei der Qualifikation dieser Bauelemente.

Die genannten Schwierigkeiten treten grundsätzlich bei allen Gleichlicht-Meßverfahren für die Rückflußdämpfung auf. Darum bemüht man sich allgemein - auch in der IEC SC86B - um Meßverfahren, die nach dem Reflektometerprinzip, also mit gepulsten Meßsignalen arbeiten. Hier lassen sich die Reflexionsbeiträge beliebiger Stoßstellen in zeitlicher Reihenfolge sauber voneinander trennen und jeweils für sich allein auswerten, nachdem das Reflektometer an einem bekannten Brechzahlsprung geeicht wurde. Da aber auch hier Eichung und Messung bzw. Messung und Referenzmessung zeitlich versetzt erfolgen, muß das benutzte Reflektometer entweder hinreichend langzeitstabil sein, oder die Eichung muß ständig wiederholt werden. In beiden Fällen ergeben sich Zusatzkosten, die die Messung und damit das Produkt verteuern. Geeignete Reflektometer sind wegen der erheblichen Anforderungen an zeitliches Auflösungsvermögen, Linearität und Langzeitstabilität vergleichsweise teuer.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem besteht darin, eine Vorrichtung zum Messen oder Prüfen der Rückflußdämpfung an faseroptischen Komponenten zu schaffen, welche einen geringeren apparativen Aufwand als die bekannte Vorrichtung erfordert. Außerdem soll insbesondere der für die Messung benötigte zeitliche Aufwand gering sein, aber dennoch genaue und zuverlässige Meßwerte liefern.

Dieses technische Problem ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an ein, ein Meßsignal (Lichtimpulse) aussendendes optisches Reflektometer ein das Meßsignal auf einen Referenzzweig und einen Meßzweig aufteilender optischer Leistungsverzweiger angeschlossen ist und Referenzzweig sowie Meßzweig Lichtwellenleiter unterschiedlicher Länge aufweisen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erfordert keinen großen apparativen Aufwand, sie ist vielmehr kostengünstig als Zusatz zu bereits vorhandenen Meßeinrichtungen zu verwirklichen. Der für die Messung erforderliche Zeitaufwand ist wesentlich geringer als bei Messungen mit der bekannten Vorrichtung. Die Meßgenauigkeit ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung hoch, obwohl an die Linearität und Stabilität der in der Vorrichtung auf der Sende- und Empfangsseite vorhandenen Elektronik keine hohen Anforderungen gestellt werden. Es ist lediglich erforderlich, die Daten des Referenzzweiges möglichst genau zu bestimmen, welche dann für beliebige Zeiten extrem stabil zu Verfügung stehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch für eine rasche Prüfung, beispielsweise bei der Wareneingangskontrolle oder nach Beendigung der Fertigung, mit Vorteil einsetzbar, weil durch einen visuellen Vergleich der Reflexamplituden des Meßzweiges und des Referenzzweiges auf dem Sichtgerät eine Gut/Schlecht-Aussage sogleich möglich ist. Die Linearität des Empfängers und die Langzeitstabilität des Senders spielen keine Rolle, da das Meßobjekt und die Referenz in jedem beliebigen Augenblick gleichzeitig miteinander verglichen werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist sozusagen ständig "selbsteichend".

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 enthalten. Sie ist nachstehend anhand der Fig. 1 und 2 erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung und

Fig. 2 die Anzeige des Sichtgerätes bei einer Messung mit der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist zunächst das Impulsreflektometer 1 zu erkennen, welches mit dem Sichtgerät 2 gekoppelt ist. Bei dem Impulsreflektometer 1 kann es sich um ein Gerät handeln, welches als optical time domain reflectometer (Abkürzung: OTDR) bezeichnet wird. Es sollte in der Lage sein, Lichtimpulse mit einer Impulsdauer von ein bis fünf Nanosekunden zu erzeugen. Derartige Impulsreflektometer sind im Handel erhältlich (z. B. Geräte mit der Typenbezeichnung: TDA 20, TDA 30 und OFM 10 der Fa. Optoelectronics) .

In Fig. 1 sind das Reflektometer 1 und das Sichtgerät 2 als getrennte Einheiten dargestellt; in handelsüblichen Geräten sind beide jedoch vereint. Dieses Gerät kann für den Einsatz bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung einfach und daher preiswert aufgebaut sein, weil die erforderliche Meßgenauigkeit nicht durch die elektronische Schaltung des Reflektometers sichergestellt wird, sondern von der erfindungsgemäßen Vorrichtung automatisch geliefert wird.

An das Impulsreflektometer 1 ist der Lichtwellenleiter 3 angeschlossen, welcher in dem Koppler 4 in den Referenzzweig 5 und den Meßzweig 6 aufgeteilt wird. Bei dem Referenzzweig 5 handelt es sich ebenfalls um einen Lichtwellenleiter mit der Länge L1, dessen Ende glatt und im rechten Winkel zur Lichtwellenleiter-Längsachse gebrochen ist, so daß sich eine genaue Brechungsindex-Stoßstelle ergibt. Der Meßzweig 6 besteht aus einem Lichtwellenleiter mit der Länge L2, an den über eine Kupplung 7 beispielsweise einen Lichtwellenleiter-Stecker, das zwischen zwei Lichtwellenleiter-Stücken 8 und 9 angeordnete Prüfobjekt 10, beispielsweise ein Lichtwellenleiter-Stecker, angeordnet ist. Der Abschluß 15 des Lichtwellenleiter-Stückes 9 soll eine grobe Bruchstelle sein.

Wenn die Impulsdauer der bei der Messung verwendeten Lichtimpulse ein bis zwei Nanosekunden beträgt und die Länge des Lichtwellenleiters im Referenzzweig 5 die Hälfte der Länge des Wellenleiters im Meßzweig 6 beträgt, dann lassen sich die Reflexionen gut voneinander unterscheidbar auf dem Sichtgerät 2 darstellen, wie aus Fig. 2 erkennbar. In Fig. 2 sind mehrere Reflexionen über einer Zeitachse dargestellt, welches zeigt, daß die Reflexionen unterschiedliche Laufzeiten aufweisen.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Meßsignal, das mit der Vorrichtung gemäß Fig. 2 erzeugt wurde, zeigt das Signal 11 die durch den Referenzzweig 5 verursachte Dämpfung. Das Signal 12 zeigt die durch die Kupplung 7 verursachte Dämpfung und Signal 13 zeigt die vom Abschluß 15 des Lichtwellenleiter-Stückes 9 verursachte Dämpfung. Wenn das Prüfobjekt eine Dämpfung erzeugt hätte, dann hätte an der vom Pfeil 14 gekennzeichneten Stelle ein Signal vorhanden sein müssen. Somit zeigt das Signal des Sichtgerätes, daß die Rückflußdämpfung des Prüfobjektes über 50 dB liegt.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen, werden mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Rückflußdämpfungswerte von Referenz 14 und Prüfobjekt 10 gleichzeitig gemessen und im Sichtgerät 2 angezeigt. Die Impulsdauer des verwendeten Lichtimpulses wird durch die Längenauflösung der Meßanordnung bestimmt. Als Richtwert gilt: 1 ns entsprechen 10 cm.

Wenn es sich bei der Referenz 14 um einen Bruch senkrecht zur Längsachse des Lichtwellenleiters handelt, dann weist sie einen Brechzahlsprung von n=1,48 (Faserkern) zu n=1 (Luft) auf, so daß hier nach der Fresnel-Formel ca. 4% der auftreffenden Strahlungsleistung reflektiert werden. Entsprechend beträgt die Rückflußdämpfung 14 dB. Benutzt man einen 10 dB-Koppler, also einen Koppler, dessen Transmissionskoeffizienten im Verhältnis 10 : 1 zueinander stehen, so liegt das Reflektometersignal für den Referenzzweig 14 dB+2×10 dB=34 dB unter dem Sendesignal, wobei die Zusätzlichen 2×10 dB vom zweimaligen Durchgang des Meßsignals durch den 10 dB-Koppler herrühren.

Dem derzeitigen Stand der Technik entsprechende Lichtwellenleiter-Steckverbinder haben Rückflußdämpfungswerte von a_r < 30 dB, so daß bei der gewählten Anordnung auf dem Reflektogramm mit einem Blick festzustellen ist, ob ein an die Meßapparatur angeschlossener Steckverbinder der Spezifikation entspricht oder nicht. Die Prüfzeit beträgt in diesem Falle tatsächlich nur einige Sekunden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Messen oder Prüfen der Rückflußdämpfung an faseroptischen Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß an ein, ein Meßsignal (Lichtimpulse) aussendendes optisches Reflektometer (1) ein das Meßsignal auf einen Referenzzweig (5) und einen Meßzweig (6) aufteilender optischer Leistungsverzweiger (4) angeschlossen ist und Referenzzweig sowie Meßzweig Lichtwellenleiter unterschiedlicher Länge aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzzweig (5) aus einem Lichtwellenleiter besteht, an dessen vom Leistungsverzweiger abgewandten Ende eine Referenz (14) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßzweig (6) aus einem Lichtwellenleiter besteht, an den das zwischen zwei Lichtwellenleiter-Stücken (8, 9) liegende Prüfobjekt (10) angeschlossen ist und das am Ende liegende Lichtwellenleiter-Stück (9) als Abschluß (15) ein grob gebrochenes Ende aufweist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter im Referenzzweig (5) kürzer als der Lichtwellenleiter im Meßzweig (6) ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenz (14) im Referenzzweig (5) aus einem senkrecht zur Längsachse gebrochenen Ende des Lichtwellenleiters besteht.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzzweig (5) dadurch auf eine definierte Reflexion eingestellt ist, daß das Ende des Lichtwellenleiters mit einem Medium mit bestimmter Brechzahl in Kontakt steht.