DE69106787T2 - Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser, insbesondere bestimmt für die Zeitbereichsreflektometrie. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser, die insbesondere für eine zeitliche Auswertung der Echos, also die sogenannte Reflektrometrie, bestimmt ist.
• Die Verwendung der Zeitbereichs-Reflektrometrie (OTDR - Optical Time Domain Reflectrometry) ist gut bekannt, entweder um eine Faser in Längsrichtung zu charakterisieren oder um ein Sondennetz abzufragen.
• Diese Technik besteht darin, in die zu testende Faser einen Lichtimpuls einer Breite von einigen zehn ns mit einer Repetitionsfrequenz in der Größenordnung von kHz einzuspeisen. Das reflektierte Licht wird zeitabhängig registriert. Es kann zwei Ursachen haben, nämlich einerseits eine intrinsische Diffusion in dem glasartigen Material vom Rayleigh-Typ oder reflektierende Fehlstellen. Dies erlaubt, Unregelmäßigkeiten und Verformungen des Lichtleiters zu orten und zu quantifizieren.
• Dieses Phänomen kann auch verwendet werden, um ein Netz von entlang der Faser verteilten Sonden-Punkten abzufragen und solche Punkte zu orten. Solche Sonden erlauben es, die Druckkräfte zu messen. Sie beruhen auf der Bestimmung der durch die Mikrokrümmungseffekte induzierten Verluste.
• Die Faser kann zwischen zwei gerillten Platten angeordnet sein, wie dies in dem Patent US-A-4 463 254 beschrieben ist.
• Eine andere Möglichkeit, die in den von der Firma Herga Electric Limited hergestellten HERGALIT-Sonden verwirklicht ist, besteht darin, eine periodische Mikrokompression der Faser zu erzeugen.
• Die europäische Patentanmeldung 0 238 440 vom 3.3.1987 schlägt vor, Diskontinuitäten in die Schutzumhüllung der Faser zu integrieren. Die Druckschrift GB-A-2 188 719 schlägt eine spiralförmige Umhüllung vor, die von Querlagen oder einer kontrollierten Polymerisation gebildet wird.
• Keine der obigen Strukturen kann während der Faserherstellung selbst kontinuierlich erzeugt werden.
• Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, diesen Mangel zu beheben und ein wesentlich wirtschaftlicheres Verfahren als die bekannten Verfahren vorzuschlagen.
• Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser, die insbesondere für die Zeitbereichsreflektrometrie bestimmt ist, wobei während des Faserziehens auf die Faser eine kontinuierliche Umhüllung geringer Dicke aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß dann diese Umhüllung teilweise in Form einer Spirale gleicher Achse wie die Faser durch Anwendung eines Laserstrahls wieder abgetragen wird, der in einer Ebene senkrecht zu dieser Achse während des Durchlaufs der Faser umläuft.
• Gemäß einer Ausführungsform ergibt sich die Umhüllung durch Abscheidung von Kohlenstoff, Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid aus der Dampfphase.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform ergibt sich die Umhüllung durch Bestreichen mit flüssigem Metall oder einer flüssigen Metallegierung.
• Beispielsweise stammt der Laserstrahl von einem Dauerstrichlaser, der eine Wellenlänge von 1,06 um besitzt, aber man kann auch einen Laser verwenden, der UV-Licht einer Wellenlänge zwischen 0,190 und 0,400 um aussendet.
• Gemäß einer bevorzugten Variante wird der in einer Ebene senkrecht zur Achse der Faser umlaufende Laserstrahl dadurch gebildet, daß um diese Faser ein konischer Spiegel mit einem Loch in seinem Zentrum und ein ebener geneigter Spiegel mit ebenfalls einem Loch in seinem Zentrum angeordnet werden, wobei eine Linse den Laserstrahl empfängt und um eine parallel zur optischen Achse verlaufende Drehachse in Drehung versetzt wird.
• Gegenstand der Erfindung ist auch eine Lichtleitfaser, die insbesondere für die Zeitbereichsreflektrometrie bestimmt ist und eine dünne Umhüllung aus einem Material enthält, das aus Kohlenstoff, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, einem Metall oder einer Metallegierung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß diese Umhüllung gemäß einer Spiralform unterbrochen ist, die zur Faser koaxial verläuft.
• Die Dicke der Umhüllung liegt zwischen einem Zehntel und einigen Mikrometern.
• Vorzugsweise enthält diese Faser eine zusätzliche Schutzhülle aus Kunststoffmaterial.
• Andere Kennzeichen und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines nicht beschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor.
• Figur 1 zeigt schematisch eine Faserziehvorrichtung, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
• Figur 2 zeigt schematisch im vergrößerten Maßstab eine Einzelheit II der erfindungsgemäßen Faser gemäß Figur 1.
• Figur 1 zeigt eine Faserzieheinrichtung, die einem Rohling 1 zugeordnet ist. Sie enthält einen Faserziehofen 30, eine Vorrichtung 4 zur Überwachung des Durchmessers der Faser 2, die aus dem Ofen 30 austritt, eine Vorrichtung 5, um die Faser 2 kontinuierlich mit einer metallischen oder mineralischen Umhüllung durch Abscheidung aus der Dampfphase oder durch Bestreichen zu versehen.
• Beispielsweise beschreibt die französische Patentanmeldung 2 631 462 Mittel, um eine Lichtleitfaser mit einem Metall zu umhüllen, das unter Zinn, Indium, Wismuth, Blei, Antimon, Silber, Aluminium und ihren Legierungen ausgewählt wird.
• Man kann auch eine Umhüllung aus Kohlenstoff, Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid durch Abscheidung aus der Dampfphase in Betracht ziehen.
• Die Faser 2 trägt nach ihrer Umhüllung das Bezugszeichen 3. Für eine Faser mit einem Durchmesser von 125 um liegt die Dicke der Umhüllung aus Kohlenstoff beispielsweise zwischen 0,1 um und 5 um.
• Erfindungsgemäß verwendet man einen Dauerstrich-Laserstrahl 11 einer Wellenlänge beispielsweise von 1,06 um und einer Leistung von etwa 100 Watt, dessen Achse 17 senkrecht zur Faser 3 verläuft. Im Verlauf des Laserstrahls liegen
• - eine Sammellinse 10, die zur Achse 17 exzentrisch liegt und Mitteln zugeordnet ist, um die Linse um die Achse 17 drehen zu lassen (siehe Pfeil 21),
• - ein ebener Spiegel 8, der um 45º bezüglich der Faser 3 und zur Achse 17 geneigt ist und in seinem Zentrum ein Loch 9 zum Durchgang der Faser 3 besitzt,
• - ein konischer Spiegel 6, dessen Achse mit der Faser 3 zusammenfällt und der ebenfalls ein Loch 7 in seinem Zentrum besitzt.
• Der Verlauf des Laserstrahls 11 ist für zwei Stellungen 10 und 10' der Linse 10 angegeben. Wenn die Linse sich in der Stellung 10 befindet, verläuft der Laserstrahl 12 durch sie hindurch und wird von den Spiegeln 8 und 6 reflektiert. Befindet sich die Linse in der Stellung 10', dann gilt der Strahlverlauf 13.
• Man erkennt also, daß der vom Spiegel 6 reflektierte Strahl um die Faser 3 senkrecht zu dieser herum umläuft. Aufgrund des Durchlaufs der Faser zeichnet der Auftreffpunkt des Laserstrahls auf seiner Oberfläche eine Spirale 15, indem das Material der Umhüllung dort entfernt wird. Man erhält also die Faser 4 in Figur 2 mit der verbleibenden Umhüllung 16.
• Die Geschwindigkeit der Drehung der Linse 10 definiert den Gewindegang der Spirale 15 abhängig von der Faserziehgeschwindigkeit und erlaubt es, die Mikrokrümmungen der Faser abhängig von ihrer späteren Verwendung zu optimieren. Beispielsweise beträgt die Faserziehgeschwindigkeit 5 m/min und die Drehgeschwindigkeit der Linse 10 beträgt 1000 Umdrehungen pro Minute.
• Die Faser 4 verläuft dann durch eine Vorrichtung 18 zum Aufbringen einer Kunststoffumhüllung, die im Ofen 19 polymerisiert wird. Die so umhüllte Faser 5 wird bei 20 gelagert. Sie behält auf diese Weise zufriedenstellende mechanische Eigenschaften.
• Natürlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt.
• Eine erfindungsgemäße Faser, in der die Diskontinuitäten direkt in die Oberfläche der Faser während des Ziehvorgangs integriert wurden, kann in kontinuierlichen linearen Sonden verwendet werden, wie z.B. Drucksonden und Temperatursonden, oder in Filtern mit Wellenlängenselektivität, wie sie in dem Artikel von C.D. Poole und C.D. Townsend OFC.90 TU G2, Seite 25 beschrieben sind. Für die Drucksonden kann man Anwendungen in Einbruchsicherungen, Sicherheitszäunen, Teppichen, Wiegevorrichtungen erwähnen. Als Temperatursonden kann man die Erfassung von Heißpunkten entlang eines Kabels, an verschiedenen Punkten einer Maschine oder einer beliebigen Anlage, sowie den Brandschutz erwähnen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser, die insbesondere für die Zeitbereichsreflektrometrie bestimmt ist, wobei während des Faserziehens auf die Faser (2) eine kontinuierliche Umhüllung geringer Dicke aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß dann diese Umhüllung teilweise in Form einer Spirale (15) gleicher Achse wie die Faser durch Anwendung eines Laserstrahls (17) wieder abgetragen wird, der in einer Ebene senkrecht zu dieser Achse während des Durchlaufs der Faser umläuft.

2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Umhüllung durch Abscheidung von Kohlenstoff, Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid aus der Dampfphase ergibt.

3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Umhüllung durch Bestreichen mit flüssigem Metall oder einer flüssigen Metallegierung ergibt.

4. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl von einem Dauerstrichlaser (11) stammt, der eine Wellenlänge von 1,06 um oder von zwischen 0,190 und 0,400 um besitzt.

5. Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in einer Ebene senkrecht zur Achse der Faser rotierende Laserstrahl dadurch gebildet wird, daß um diese Faser ein konischer Spiegel (6) mit einem Loch (7) in seinem Zentrum und ein ebener geneigter Spiegel (8) mit ebenfalls einem Loch (9) in seinem Zentrum angeordnet werden, wobei eine Linse (10) den Laserstrahl empfängt und um eine parallel zur optischen Achse verlaufende Drehachse (17) in Drehung versetzt wird.