DE69303464T2

DE69303464T2 - System zur interferometrischen Detektion und Lokalisierung von reflektierenden Defekten in Lichtleiterstrukturen

Info

Publication number: DE69303464T2
Application number: DE69303464T
Authority: DE
Inventors: Christian Boisrobert; Michel Dontenwille; Jean-Francois Lucas
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 1992-07-27
Filing date: 1993-07-26
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2013-07-27
Also published as: EP0605710B1; US5500733A; FR2694088B1; WO1994002823A1; EP0605710A1; FR2694088A1; DE69303464D1; JPH07500672A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur interferometrischen Detektion und Lokalisierung von reflektierenden Defekten in Lichtleiterstrukturen.
Unter "Lichtleiterstrukturen" versteht man Leiter von Lichtwellen, z.B. optische Fasern, Optokoppler und sogar Laser.
Die vorliegende Erfindung findet insbesondere Anwendung auf dem Gebiet der optischen Telekommunikationen und ermöglicht mit einer großen Auflösung die Lokalisierung von schwach reflektierenden Dioptern in solchen Lichtleitern.
Die Erfindung ermöglicht auch, sowohl die Übertragungskennwerte solcher Lichtleiter zu messen, als auch Reflexionskoeffizienten von passiven oder aktiven Leiterstrukturen.
Durch das folgende Dokument:
High-spatial-resolution and high-sensitivity interferometric optical-time-domain reflectometer, Masaru Kobayashi, Juichi Noda, Kazumasa Takada und Henry F. Taylor, Proc. SPIE Conference, Orlando, Florida, April 1-5, 1991, Bd. 1474, S. 278-284
kennt man ein System zur interferometrischen Detektion und Lokalisierung von reflektierenden Defekten.
Die vorliegende Erfindung löst das Problem der Herstellung eines interferometrischen Systems, das mit einer großen Genauigkeit die Position von längs der Lichtleiter verteilten "Fortpflanzungsfehlern" definieren kann.
Dazu verwendet die vorliegende Erfindung ein Interferometer des Typs Michelson mit inkohärentem Licht, sowie Interferenzeinrichtungen mit Interferenzstreifenzählung durch Laser.
Die vorliegende Erfindung hat genau ein Interferenzsystem zur Detektion und Lokalisierung von reflektierenden Defekten einer Lichtleiterstruktur zum Gegenstand, wobei dieses System dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt:
- eine Quelle inkohärenten Lichts,
- eine Monomode-Laserquelle, deren wellenlängen im wesentlichen gleich der zentralen wellenlänge der inkohärenten Quelle ist,
- einen ersten und zweiten Optokoppler, von denen jeweils erste Zweige optisch gekoppelt sind mit der inkohärenten Quelle und mit der Laserquelle,
- einen ersten Halter, geradlinig verschiebbar in einer gegebenen Richtung, an dem die beiden Enden der zweiten Zweige des ersten und zweiten Kopplers befestigt sind,
- einen zweiten Halter, der in der gegebenen Richtung schwigen kann,
- einen ersten und zweiten Lichtreflektor, befestigt am zweiten Halter und jeweils den Enden der zweiten Zweige des ersten und zweiten Kopplers gegenüber angebracht, um das dort austretende Licht in sich zu reflektieren,
- einen dritten Halter, der in der gegebenen Richtung geradlinig verschiebbar ist und am Ende eines dritten Zweigs des zweiten Kopplers befestigt ist,
- einen dritten Lichtreflektor, der feststehend ist und diesem Ende des dritten Zweigs des zweiten Kopplers gegenüber angebracht ist, um das dort austretende Licht in sich zu reflektieren, wobei ein dritter Zweig des ersten Kopplers optisch mit der Leiterstruktur gekoppelt ist,
- einen ersten und zweiten Photodetektor, jeweils optisch gekoppelt mit vierten Zweigen des ersten und zweiten Kopplers,
- einen Interferenzstreifenzähler, dessen Eingang die durch den zweiten Photodetektor gelieferten Signale empfängt, und
- Einrichtungen zum Analysieren der durch den ersten und zweiten Photodetektor gelieferten Signale, wobei diese Analyseeinrichtungen vorgesehen sind, die reflektierenden Defekte der Leiterstruktur zu lokalisieren mittels entsprechender Verschiebungen des ersten, zweiten und dritten Halters und des Zählers.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht ebenfalls, durch Benutzung einer Signalverarbeitung mittels Korrelation die Detektionsschwelle oder "detektierbare Minimalleistung" bezüglich des weiter oben erwähnten bekannten Systems um wenigstens eine Dekade herabzusetzen, ohne die räumliche Auflösung zu beeinflussen.
Das erfindungsgemäße System kann außerdem einen dritten Optokoppler umfassen, dessen erster und zweiter Zweig optisch gekoppelt sind mit der inkohärenten Quelle beziehungsweise der Laserquelle, und dessen dritter und vierter Zweig optisch gekoppelt sind mit den ersten Zweigen des ersten und zweiten Kopplers.
Nach einer besonderen Ausführungsart des erfindungsgemäßen Systems umfassen die Analyseeinrichtungen ein Oszilloskop mit zwei Kanälen, die jeweils die durch den ersten und zweiten Photodetektor gelieferten Signale empfangen, wobei dieses Oszilloskop vorgesehen ist, die diesem Signal entsprechenden Interferogramme anzuzeigen.
Das erfindungsgemäße System kann außerdem piezoelektrische Einrichtungen umfassen, die den zweiten Halter in der gegebenen Richtung in Schwingung versetzen können.
Nach einer bevorzugten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Systems umfaßt dieses System außerdem Einrichtungen zum Regeln der Verschiebungsgeschwindigkeit des zweiten Halters, wobei diese Regeleinrichtungen dem zweiten Halter eine konstante Verschiebungsgeschwindigkeit verleihen können.
Diese Regeleinrichtungen können umfassen:
- ein Michelson-Interferometer, enthaltend:
. eine Lichtquelle, deren Kohärenzlänge größer ist als der Verschiebungsanschlag des zweiten Halters,
. zwei Zweige, jeweils endend durch zwei Lichtreflektoren, von denen einer starr am zweiten Halter befestigt ist, und
. einen dritten Photodetektor, und
- Einrichtungen zum Steuern der piezoelektrischen Einrichtungen in Abhängigkeit von dem durch diesen dritten Photodetektor gelieferten Signal, wobei diese Steuereinrichtungen dem zweiten Halter mit Hilfe der piezoelektrischen Einrichtungen die konstante Verschiebungsgeschwindigkeit verleihen.
Die vorliegende Erfindung wird verständlicher durch die Lektüre der nachfolgenden Beschreibung von erläuternden und keinesfalls einschränkenden Ausführungsbeispielen, bezogen auf die beigefügten Zeichnungen:
- die Figur 1 ist eine schematische Ansicht einer besonderen Ausführungsart des erfindungsgemäßen Systems,
- die Figur 2 ist ein Interferogramm, das erstellt wurde mit dem System der Figur 1 und das einem schwach reflektierenden Diopter entspricht,
- die Figur 3 stellt ein anderes Interferogramm dar, erstellt mit einer in diesem System enthaltenen Laserquelle,
- die Figur 4 ist eine schematischen und partielle Ansicht der Regeleinrichtungen der Verschiebungsgeschwindigkeit einer Platine des in Figur 1 dargestellten Systems,
- die Figur 5 zeigt schematisch elektronische Einrichtungen, die Teil dieser Regeleinrichtungen sind, und
- die Figuren 6A bis 6C zeigen schematisch die Möglichkeit, ein Interferogramm auf dem Schirm eines in dem System der Figur 1 enthaltenen Oszilloskops zu verschieben.
Das erfindungsgemäße interferometrische System, das in Figur 1 schematisch dargestellt ist, ist dazu bestimmt, einen oder mehrere eventuell vorhandene reflektierende Defekte eines Lichtwellenleiters 2 zu detektieren und zu lokalisieren.
Dieses System umfaßt eine Quelle inkohärenten Lichts 4, gebildet durch eine lichtemittierende Sendediode mit einem breiten optischen Spektrum sowie einen Monomode-Laser 6, dessen wellenlänge im wesentlichen gleich der mittleren wellenlänge der inkohärenten Quelle 4 ist.
Das System der Figur 1 umfaßt ebenfalls drei Optokoppler 10, 20 und 30 des Typs "2 x 2" mit Monomode-Lichtleitfasern.
Jeder Optokoppler umfaßt vier Lichtleitfaserzweige, wobei die des Kopplers 10 die Referenzen 11, 12, 13 und 14 tragen, die des Kopplers 20 die Referenzen 21, 22, 23, und 24 und die des Kopplers 30 die Referenzen 31, 32, 33 und 34.
Das System der Figur 1 umfaßt ebenfalls drei Halter, jeweils gebildet durch eine Platine 36, geradlinig und parallel zu einer vorgegebenen Richtung D verschiebbar, eine Platine 38, fähig in dieser Richtung D zu schwingen, und eine Platine 40, geradlinig verschiebbar in dieser Richtung D.
Die Platinen 36 und 40 sind jeweils verbunden mit Motoren 37 und 41, die ihre Transiation in der Richtung D ermöglichen, und die Platine 38 ist verbunden mit piezoelektrischen Einrichtungen 39, die diese Platine 38 in dieser Richtung D in Schwingung versetzen können.
Die Enden der Lichtleitfasern 12 und 22, jeweils zu den Kopplern 10 und 20 gehörend, sind parallel zu der Richtung D an der Platine 36 befestigt.
Ebenso ist ein Ende der Lichtleitfaser 23, zum Koppler 20 gehörend, parallel zu dieser Richtung D an der Platine 40 befestigt.
Auf die Platine 38, die auf die Platine 36 folgt und die sich dieser letzteren gegenüber befindet, sind Lichtreflektoren 42 und 43 montiert, jeweils den Enden der Fasern 12 und 22 gegenüberstehend.
Diese Lichtreflektoren 42 und 43 sind vorgesehen, Lichtstrahlen, die aus diesen Fasern 12 und 22 austreten so zu reflektieren, daß diese Strahlen in diese Fasern zurücklaufen.
Optiken 44 und 45 sind jeweils auf den Platten 36 und 38 befestigt, wobei die Optik 44 dem Ende der Faser 12 gegenübersteht und die Optik 45 dem Reflektor 42, so daß ein aus der Faser 12 austretendes Lichtbündel durch die Optik 44 umgewandelt wird in ein Bündel mit parallelen Strahlen, daß dieses Bündel durch die Optik 45 auf den Reflektor 42 fokussiert wird und daß dieses Bündel dann über diese Optiken 45 und 44 in die Lichtleitfaser 12 zurückläuft.
Ebenso sind die Optiken 46 und 47 jeweils auf den Platten 36 und 38 befestigt, wobei die Optik 46 dem Ende der Faser 22 gegenübersteht und die Optik 47 dem Reflektor 43, so daß ein aus der Faser 22 austretendes Lichtbündel durch die Optik 46 umgewandelt wird in ein Bündel mit parallelen Strahlen, daß dieses Bündel durch die Optik 47 auf den Reflektor 43 fokussiert wird und daß dieses Bündel dann über die Optik 47 und dann die Optik 46 in die Lichtleitfaser 22 zurückläuft.
Der Platine 40 gegenüber befindet sich ein Lichtreflektor 48, der feststehend ist.
Der Reflektor 48 befindet sich genauer gegenüber dem Ende der Faser 23, das an der Platine 40 befestigt ist.
Dieser Reflektor 48 ist vorgesehen, um ein aus diesem Ende der Faser 23 austretendes Lichtbündel zu reflektieren, so daß dieses Lichtbündel in diese Faser zurückläuft.
Eine Optik 49 ist gegenüber dem Ende dieser Faser 23 an der Platine 40 befestigt, um das aus dieser Faser austretende Lichtbündel umzuwandeln in ein Bündel mit parallelen Strahlen.
Eine Optik 50 ist dem Reflektor 48 gegenüberstehend angeordnet und bezüglich dieses letzteren so befestiggt, daß dieses Bündel aus parallelen Strahlen auf diesen Reflektor 48 fokussiert wird, damit es durch die Optik 50 und dann die Optik 49 in das Ende der Faser 23 zurückläuft
Das in Figur 1 dargestellte System umfaßt ebenfalls zwei Photodetektoren 52 und 54, die jeweils optisch gekoppelt sind mit den zu den Kopplern 10 und 20 gehörenden Enden der Fasern 14 und 24.
Der Photodetektor 52 liefert also ein elektrisches Signal, wenn er ein aus der Faser 14 austretendes Lichtbündel empfängt, und der Photodetektor 54 liefert ein elektrischen Signal, wenn er ein aus der Faser 24 austretendes Signal empfängt.
Außerdem sind, wie man in Figur 1 sieht, die Fasern 31 und 32 jeweils optisch gekoppelt mit der inkohärenten Quelle 4 und mit der Laserquelle 6, wobei das Ende der Lichtleitfaser 13 des Kopplers 10 optisch gekoppelt ist mit einem Ende des Lichtleiters 2 und die Enden der Fasern 11 und 21 der Koppler 10 und 20 optisch gekoppelt sind mit den Enden der Fasern 33 und 34 des Kopplers 30, so daß Lichtbündel, die sich in diesen Enden der Fasern 33 und 34 fortpflanzen, jeweils übertreten können in die Fasern 11 und 21 der Koppler 10 und 20.
Das System der Figur 1 umfaßt ebenfalls einen Interferenzstreifenzähler 56, dessen Eingang verbunden ist mit dem Ausgang des Photodetektors 54, sowie ein digitales Oszilloskop 58 mit zwei Kanälen, wobei der erste Kanal über einen Verstärker 60 das Ausgangssignal des Photodetektors 52 empfängt, und der zweite Kanal über einen Verstärker 62 das Ausgangssignal des Photodetektors 54 empfängt.
Der Koppler 30 sendet eine Hälfte der Lichtintensität, die er von der inkohärenten Quelle 4 und/oder vom Laser 6 erhält, der Faser 11 und die andere Hälfte dieser Intensität der Faser 21.
Der Optokoppler 10, der ein wesentliches Element des Interferenzsystems der Figur 1 ist, spielt die Rolle des Strahlteilers eines Michelson-Interferometers.
Dieser Koppler 10, wenn er über seine Faser 11 eine Strahlung empfängt, sendet eine Hälfte dieser Strahlung der Faser 12 und die andere Hälfte der Faser 13, mischt dann die von dem Reflektor 42 kommende Strahlung und die Strahlung, die durch einen oder mehrere reflektierende Defekte des Leiters 2 reflektiert wird und die über die Faser 13 eintrifft, um diese gemischten Strahlungen der Photodiode 52 zu senden.
Der Optokoppler 20 spielt ebenfalls die Rolle des Strahlteilers eines zweiten Interferometers des Michelson-Typs.
Dieser Optokoppler 20 empfängt über seine Faser 21 eine Strahlung und sendet eine Hälfte dieser Strahlung der Faser 22 und die andere Hälfte der Faser 23.
Der Koppler 20 mischt die Strahlungen, die jeweils reflektiert werden durch die Reflektoren 43 und 48 beziehungsweise eintreffen über diese Fasern 22 und 23, um die derart gemischten Strahlungen an den Photodetektor 54 zu senden.
Zu Beginn weiß man nicht, ob sich ein reflektierender Diopter in dem Lichtleiter 2 befindet.
Wenn ein solcher reflektierender Diopter existiert, signalisiert der Photodetektor sein Vorhandensein durch das Liefern von elektrischen Signalen, die auf dem Oszilloskop 58 (Kanal 1) zu einem Diagramm von der Art führen, wie es die Figur 2 zeigt.
Ein solches Interferogramm erhält man, indem man den Abstand zwischen dem Ende der Faser 12, befestigt an der Platine 36, und dem Reflektor 42 verändert.
Das Interferogramm der Figur 2, das einem Diopter entspricht, dessen Reflexionskoeffizient klein ist, ist in einem Bezugssystem aufgezeichnet, dessen Ordinatenachse Reflexionsamplituden A entspricht, und dessen Abszissenachse einer von der Platine 38 durchlaufenen Strecke (ausgedrückt in µm) entspricht.
Die maximale Amplitude dieses Interferogramms entspricht der Gleichheit zwischen der optischen Länge des Zweigs des ersten Michelson-Interferometers, wobei dieser Zweig durch den Lichtreflektor 42 endet, und der optischen Länge des zweigs dieses Interferometers, der durch den reflektierenden Diopter des Leiters 2 endet.
Wenn der Leiter 2 mehrere reflektierende Diopter umfaßt, erhält man selbstverständlich mehrere aufeinanderfolgende Interferogramme.
Form und Amplitude jedes Interferogramms hängen ab vom optischen Spektrum der zur Erstellung dieser Interferogramme benutzten inkohärenten Quelle 4 und auch von den optischen Charakteristika des reflektierenden Diopters, sowie von der Verschiebegeschwindigkeit des Lichtreflektors 42 in bezug auf das Ende der Lichtleitfaser 12.
Wenn man eine harmonische Fourier-Transformierten-Analyse des Interferogramms der Figur 2 durchführt, zeigt eine Komponente der Frequenz Fo (Trägerfrequenz der Interferogramme) das Vorhandensein eines reflektierenden Diopters oder reflektierenden Zentrums mit einer besseren Signalqualität als im Falle der Figur 2 an.
Man stellt nämlich fest, daß alle Interferogramme eine Trägerfrequenz nahe Fo "enthalten" und daß es genügt, alle Signale zu untersuchen, die in dem durch den Photodetektor 52 gelieferten Photostrom spektral auf Fo zentriert sind, um alle reflektierenden Diopter zu finden.
Diese Frequenz Fo ist ebenfalls die Trägerfrequenz der durch die Photodetektoren 54 gelieferten Interferogramme, da diese letzteren erstellt werden während identischer Translationen des Reflektors 42 und des Reflektors 43.
Die Reflektoren 42 und 43 sind nämlich auf derselben Platine 38 befestigt, die mit Hilfe der piezoelektrischen Einrichtungen 39 in Bewegung versetzt wird und sich folglich immer mit derselben Geschwindigkeit und über dieselbe Distanz bewegen.
Die Verschiebung der Platine 36 wird kontrolliert durch Zählen der Interferenzstreifen mit Hilfe des Photodetektors 54 in dem zweiten Michelson-Interferometer, wenn der Laseremitter 6 als Lichtquelle benutzt wird.
Man sieht in Figur 3 ein Interferogramm, erhalten auf dem Oszilloskop 58 (Kanal 2) mit Hilfe des Photodetektors 54, wenn der Laseremitter 6 als Lichtquelle benutzt wird, wobei man aufgrund dieses Interferogramms die Frequenz Fo der Interferenzstreifen kennen kann, die die Trägerfrequenz der Interferogramme ist.
Das Kollimationssystem, das gebildet wird durch das Ende der Faser 23 und die Optik 49, wird während der Verschiebungen der Platine 36 ortsfest gehalten.
Wenn diese Platine 36 die Position einnimmt, in der die Zweige des ersten Interferometers, endend durch den Reflektor 42 und den reflektierenden Diopter des Leiters 2, die gleiche optische Länge haben (s. weiter oben), wird die Platine 40 in Bewegung versetzt und der Photodetektor 54 nimmt sein Zählen der Interferenzstreifen wieder auf, um diese Bewegung zu kontrollieren, bis die Platine 40 eine Position erreicht, in der die jeweiligen optischen Längen der Zweige des zweiten Interferometers, die durch die Lichtreflektoren 43 und 48 enden, gleich sind.
Wenn diese Position erreicht ist, wird der Laser 6 abgeschaltet und von nun an wird die Lumineszenzdiode 4 als Lichtquelle benutzt, um ein Lichtbündel in die Faser 21 des Kopplers 20 zu senden.
Durch die Verschiebung der Platine 38 entstehen schließlich zwei Interferogramme, die durch die Photodetektoren 52 und 54 geliefert werden und deren Trägerfrequenzen sehr nahe beieinander liegen.
Das erste dieser beiden Interferogramme ist unter den bestmöglichen Bedingungen detektierbar durch Korrelation mit dem zweiten Interferogramm und das Erscheinen bzw. Auftreten dieses ersten Interferogramms wird bestens lokalisiert durch Zählen der Interferenzstreifen in dem zweiten, den optischen Koppler 20 enthaltenden Interferometer.
Anschließend wird die Benutzung des in Figur 1 dargestellten interferometrischen Systems genauer angegeben.
Man beginnt mit dem Definieren eines Nullpunkts, bezogen auf den die Lage des reflektierenden Diopters des Leiters 2 angegeben wird.
Dieser Nullpunkt entspricht dem Ende des Leiters 2, der optisch gekoppelt ist mit der Lichtleitfaser 13 des Kopplers 10.
Dazu nimmt man die inkohärente Quelle 4 in Betrieb, wobei der Laser 6 ausgeschaltet ist.
Man verschiebt die Platine 36, bis Gleichheit hergestellt ist zwischen den optischen Längen der Zweige des ersten Interferometers, die jeweils enden durch den Reflektor 42 und den als Nullpunkt genommen reflektierenden Diopter (Ende des Leiters 2).
Während diese Operationen wird die Platine 38 ortsfest gehalten.
Man erhält auf dem Oszilloskop 58 (Kanal 1) ein Interferogramm, dessen maximale Amplitude der Gleichheit zwischen diesen optischen Längen entspricht.
Dann blockiert man die Platine 36 in dieser der Gleichheit der optischen Längen entsprechenden Position.
Man versetzt die Platine 38 in Schwingung.
Man betätigt den Antrieb der Platine 36, um das erhaltene Interferogramm in eine auf dem Schirm des Oszilloskops 58 gewählte Position zu bringen.
Man hält dann die Platine 36 an.
Man schaltet den Laseremitter 6 ein.
Man verschiebt die Platine 40 bis zum Eintreten der Gleichheit der optischen Längen der Zweige des zweiten Interferometers, die durch den Reflektor 43 und den Reflektor 48 enden.
Man detektiert dies mit dem Photodetektor 54: man erhält auf dem Schirm des Oszilloskops 58 ein Interferogramm (Kanal 2).
Man bringt dann die jeweiligen auf diesem Schirm erhaltenen Maxima der beiden Interferogramme zur Übereinstimmung, indem man die Platine 40 über eine diese Übereinstimmung ermöglichende Länge verschiebt.
Man setzt den Interferenzstreifenzähler 56 auf Null.
Man schaltet den Laseremitter 6 aus.
Man ist nun imstande, den Abstand zwischen dem reflektierenden Defekt des Leiters 2 und dem so definierten Nullpunkt zu finden.
Dazu verschiebt man die Platine 36, bis dieser reflektierende Defekt des Leiters 2 detektiert wird.
Diese Detektion ist ausgeführt, wenn ein neues Interferogramm auf dem Kanal 1 des Oszilloskops 58 erscheint
Man hält dann die Platine 36 an (wobei die Platine 38 noch immer schwingt).
Man schaltet den Laseremitter 6 ein.
Man betätigt den Interferenzstreifenzähler 56 und man verschiebt die Platine 40, bis das Maximum des Interferogramms des Kanals 2 übereinstimmt mit dem Maximum des neuen Interferogramms des Kanals 1.
Dann hält man die Platine 40 an.
Es ist nun jeder Interferenzstreifen von einem benachbarten Interferenzstreifen um eine Länge beabstandet, die gleich der Hälfte der Wellenlänge des Laseremitters 6 ist.
Man ist folglich imstande, den Abstand zwischen dem Nullpunkt und dem reflektierenden Defekt des Leiters 2 zu bestimmen, indem man die Anzahl N der gezählten Interferenzstreifen mit der Hälfte dieser Wellenlänge multipliziert.
Um die Schwinggeschwindigkeit der Platine 38 so konstant wie möglich zu halten, versieht man diese Platine 38 mit Regeleinrichtungen dieser Geschwindigkeit.
Um die Verschiebung der Platine 38 zu messen, benutzt man vorteilhafterweise eine optische Methode.
Eine solche Methode ermöglicht, Verschiebungen in der Größenordnung von 0,1 µm zu messen, je nach Wellenlänge der für die Anwendung dieser optischen Methode benutzten Lichtquelle.
Das Prinzip dieser Messung ist in Figur 4 schematisch dargestellt.
Diese Messung wird mit einem anderen Michelson- Interferometer 82 durchgeführt.
Dieses Interferometer umfaßt noch einen optischen Lichtleitfasernkoppler 64 des Typs "2 x 2".
Dieser Koppler 64 umfaßt vier Zweige (Lichtleitfasern), wobei der erste Zweig mit einer Lichtquelle 66 gekoppelt ist, der zweite mit einer lichtempfangenden Diode 68 und der dritte mit einem Totalreflexionsspiegel 70, der feststehend ist und der das austretende Licht in diesen Zweig zurückstrahlt.
Ein Spiegel 72 ist starr mit der Platine 38 verbunden, so daß er sich parallel zu der Richtung D bewegt.
Das Ende des vierten Zweigs des Kopplers 64 ist feststehend und dem Spiegel 72 gegenüber angeordnet.
Zwei feststehende Optiken 74 und 76 sind zwischen dem Spiegel 72 und dem Ende des vierten Zweigs angeordnet.
Die Optik 76 dient der Umwandlung eines aus diesem Ende austretenden Lichtbündels in ein Bündel paralleler Strahlen.
Die Optik 74 dient dem Fokussieren dieses Bündels paralleler Strahlen auf den Spiegel 72, der es reflektiert, um es über die Optiken 74 und 75 in das Ende des vierten Zweigs des Kopplers 64 zurückzustrahlen.
Die Intensität I(t) des durch die Photodiode 68 detektierten Lichts und folglich die Intensität des durch diese Photodiode 64 gelieferten elektrischen Signals verändern sich, wie anschließend angegeben, in Abhängigkeit von der Zeit t:
I(t) = Io(1 + cos(4pi F(t).t/l))
wo Io eine Konstante ist, pi die bekannte Zahl, die ingefähr 3,14 beträgt, und 1 die wellenlänge der Quelle 66 repräsentiert.
Die Frequenz F(t) ist eine Funktion der Verschiebegeschwindigkeit der Platine 38 und der wellenlänge der Lichtquelle 66.
Für die Regelung dieser Geschwindigkeit genügt folglich eine Regelung dieser Frequenz des durch die Photodiode 68 gelieferten Signals.
Man muß eine Lichtquelle 66 benutzen, deren Kohärenzlänge größer ist als der Verschiebungsausschlag der Platine 38, wobei diese Verschiebung in dem beschriebenen Beispiel in der Größenordnung von 1 mm ist.
Man wählt z.B. als Lichtquelle 66 eine Laserdiode (DFB) deren wellenlänge gleich 1550 nm beträgt.
Die Regelungseinrichtung der Frequenz des durch die Photodiode 68 gelieferten Signals ist z.B. eine Regelvorrichtung mit Phasenverriegelung, die sehr einfach herzustellen ist.
Diese Regelvorrichtung ist in Figur 5 schematisch dargestellt.
Sie umfaßt einen Phasenkomparator 78, der als Eingang eine Sollfrequenz Fref sowie das Ausgangssignal eines Schmitt-Triggers erhält, dessen Eingang verbunden ist mit dem Ausgang der Photodiode 68.
In Figur 5 repräsentiert der Block 82 das Interferometer der Figur 4.
Die Regelvorrichtung der Figur 5 umfaßt ebenfalls einen Integrator 84, dessen Eingang das Ausgangssignal des Phasenkomparators 78 erhält sowie einen Verstärker 86, der das Ausgangssignal dieses Integrators 84 verstärkt.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 86 dient dem Steuern der piezoelektrischen Einrichtungen 39.
Ohne Regelung ist die Geschwindigkeitsänderung, die man mit diesen piezoelektrischen Einrichtungen erhält, in der Größenordnung von 25% (wobei die Photodiode 68 dann ein Signal liefert, dessen Spektrum relativ breit ist).
Hingegen ermöglicht die beschriebene Regelung, eine Frequenzänderung von weniger als 1 Hz um die Sollfrequenz herum zu erhalten (z.B. gleich 36 Hz, daher eine Geschwindigkeit von 28 µm/s) was einer Geschwindigkeitsänderung von weniger als 2% entspricht (wobei das durch die Photodiode 68 gelieferte Signal dann sehr schmal ist).
Zurückkehrend zum System der Figur 1 wird anschließend gezeigt, daß die Verschiebung einer Platine effektiv erlaubt, ein Interferogramm auf dem Oszilloskop 58 zu verschieben, wobei Bezug genommen wird auf die Figuren 6A und 6B.
Die Faser 13 und der Leiter 2 bleiben ortsfest.
Die Zweige des ersten Michelson-Interferometers, die jeweils die Fasern 12 und 13 umfassen, haben sehr ähnliche optische Längen, die für jede Position der Platine 36 vollkommen gleich sind für eine bestimmte Position der Platine 38.
Ein Oszillogramm wird während der Verschiebung der Platine 38 (dank der piezoelektrischen Einrichtungen 39) zwischen zwei Positionen a1 und a2 für eine Position a der Platine 36 erstellt, wohingegen es während der Verschiebung der Platine 38 zwischen zwei anderen Positionen b1 und b2 für eine andere Position b der Platine 36 erstellt wird.
Man sieht in Figur 6A, daß die Positionen A und B, die den für die Positionen a und b der Platine 36 erhaltenen Interferogrammen entsprechen, sich in ihren jeweiligen Segmenten a1a2 und b1b2 nicht an denselben Stellen befinden.
Nach Figur 6A, wenn die Oszillosgramme in a1 und b1 ausgelöst werden, werden die Interferogramme beobachtet, die jeweils den Positionen a und b der Platine 36 entsprechen, wie es die Figuren 6B und 6C zeigen, wo t die Zeit darstellt und P den erhaltenen Photostrom.
Die folgenden Präzisierungen betreffen die Funktionsweise des Systems der Figur 1:
Die Platine 38 wird durch die piezoelektrischen Einrichtungen 39 in eine kontinuierliche Translationsbewegung versetzt, deren Geschwindigkeit kontrollierbar ist dank des Reflektors 43 (verbunden mit der Optik 47), dessen Bewegung kontrolliert wird in dem den Koppler 20 umfassenden Interferometer mit Hilfe des Laseremitters 6, dessen Licht den Koppler 20 über die Faser 34 erreicht, oder mit Hilfe des Emitters 4, dessen Licht den Koppler 20 ebenfalls über den Koppler 30 und die Faser 34 erreicht.
Die Position der Platine 38 kann sehr gut ermittelt werden durch Benutzung des Laseremitters 6 in dem den Koppler 20 umfassenden Interferometer und durch Zählung der Interferenzstreifen, die während der Verschiebung der Platine 38 vorbeilaufen, wobei die Platine 40 keine Bewegung ausführt.
Sobald dieses Interferometer abgeglichen ist, indem man den dank der Faser 34 gekoppelten Emitter 4 benützt (wobei die Zweige dieses Interferometers, welche die Zweige 22 und 23 umfassen, dann die gleiche optische Länge haben), findet keine Verschiebebewegung der Platine 40 (noch der Platine 36) mehr statt. Man verschiebt die Platine 38 dank der piezoelektrischen Einrichtungen 39. Folglich liefern die Photodetektoren 52 und 54 Interferogramm-Signale:
- der Photodetektor 54 liefert ein Bezugssignal;
- der Photodetektor 52 liefert ein Signal, das charakteristisch ist für die optischen Reflexionseigenschaften des Leiters 2, wobei dieses Signal durch Korrelation mit dem Bezugssignal zu vergleichen ist, um die genauen optischen Eigenschaften des Leiters 2 zu erhalten.
Wenn z.B. der Leiter 2 ein "perfekter" Spiegel ist wie die Reflektoren 42, 43 und 48 (jeweils verbunden mit den Optiken 45, 47 und 50), sind die beiden Interferogramme vollkommen identisch und überlagerbar.
Es sind also die Unterschiede zwischen den Signalen, aufgrund derer man den Diopter des Leiters 2 lokalisiert und seinen Reflexionskoeffizienten in Abhängigkeit von der wellenlänge mißt.

Claims

1. System zur interferometrischen Detektion und Lokalisierung von reflektierenden Defekten einer Lichtleiterstruktur (2), wobei dieses System

dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt:

- eine Quelle inkohärenten Lichts (4),

- eine Monomode-Laserquelle (6), deren wellenlänge im wesentlichen gleich der zentralen wellenlänge der inkohärenten Quelle ist,

- einen ersten (10) und zweiten (20) Optokoppler, von denen jeweils erste Zweige (11, 21) optisch gekoppelt sind mit der inkohärenten Quelle und mit der Laserquelle,

- einen ersten Halter (36), der parallelverschiebbar ist in einer gegebenen Richtung und an dem die Enden von zweiten Zweigen (12, 22) des ersten und zweiten Kopplers befestigt sind,

- einen zweiten Halter (38), der in der gegebenen Richtung schwingen kann,

- einen ersten (42) und zweiten (43) Lichtreflektor, befestigt am zweiten Halter (38) und jeweils den Enden der zweiten Zweige (12, 22) des ersten und zweiten Kopplers gegenüberstehend angebracht, um das daraus austretende Licht dorthin zurückzusenden,

- einen dritten Halter (40), der in der gegebenen Richtung parallelverschiebbar ist und an dem das Ende eines dritten Zweigs (23) des zweiten Kopplers (20) befestigt ist,

- einen dritten Lichtreflektor (48), der diesem Ende des dritten Zweigs (23) des zweiten Kopplers (20) gegenüberstehend angeordnet ist, um das daraus austretende Licht dorthin zurückzusenden, wobei ein dritter Zweig (13) des ersten Kopplers (10) optisch gekoppelt ist mit der Leiterstruktur (2),

- einen ersten (52) und zweiten (54) Photodetektor, die jeweils optisch gekoppelt sind mit vierten Zweigen (14, 24) des ersten (10) und zweiten (20) Kopplers,

- einen Interferenzstreifenzähler (56), dessen Eingang die durch den zweiten Photodetektor (54) gelieferten Signale empfängt, und

- Einrichtungen (58) zum Analysieren der durch den ersten und zweiten Photodetektor (52, 54) gelieferten Signale, wobei diese Analyseeinrichtungen vorgesehen sind, um die reflektierenden Defekte der Leiterstruktur (2) zu lokalisieren mittels entsprechender Verschiebungen des ersten, zweiten und dritten Halters und des Zählers.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem einen dritten Optokoppler (30) umfaßt, dessen erster (31) und zweiter (32) Zweig jeweils mit der inkohärenten Quelle (4) und der Laserquelle (6) optisch gekoppelt sind und wovon ein dritter (3) und vierter (34) Zweig jeweils mit den ersten Zweigen (11, 21) des ersten (10) und zweiten (20) Kopplers optisch gekoppelt sind.

3. System nach einem der Anspruche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyseeinrichtungen ein Oszilloskop (58) mit zwei Kanälen umfaßt, die jeweils die durch den ersten (52) und zweiten (54) Photodetektor gelieferten Signale empfangen, wobei dieses Oszilloskop vorgesehen ist, die diesen Signalen entsprechenden Interferogramme anzuzeigen.

4. System nach einem der Anspruche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem piezoelektrische Einrichtungen (39) umfaßt, die den zweiten Halter (38) in Schwingung versetzen können in der gegebenen Richtung.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem Regelungseinrichtungen (66, 68, 70, 72, 78, 80, 84, 86) der Verschiebungsgeschwindigkeit des zweiten Halters (38) umfaßt, wobei diese Regelungseinrichtungen vorgesehen sind, dem zweiten Halter eine konstante Verschiebungsgeschwindigkeit zu verleihen.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinrichtungen umfassen:

- ein Michelson-Interferometer, enthaltend:

. eine Lichtquelle (66), deren Kohärenzlänge größer ist als der Verschiebungsausschlag des zweiten Halters (38),

. zwei Arme bzw. Zweige, jeweils endend durch zwei Lichtreflektoren (70, 72), von denen einer (72) starr festgemacht ist am zweiten Halter (38), und

. einen dritten Photodetektor (68), und

- Einrichtungen (78, 80, 84, 86) zum Steuern der piezoelektrischen Einrichtungen (39) in Abhängigkeit von dem durch diesen dritten Photodetektor (68) gelieferten Signal, wobei diese Steuereinrichtungen vorgesehen sind, dem zweiten Halter mit Hilfe der piezoelektischen Einrichtungen die konstante Verschiebungsgeschwindigkeit zu verleihen.