FR2537280A1 - Device for measuring transmission parameters of an optical fibre by the back-scattering method - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF DE MESURE DE PARAMETRES DE TRANSMISSION
D'UNE FIBRE OPTIQUE PAR LA METHODE DE RETRODIFFUSION.DEVICE FOR MEASURING TRANSMISSION PARAMETERS
OF AN OPTICAL FIBER BY THE BACK-BROADCAST METHOD.
La présente invention concerne un dispositif de mesure de caractéristiques de transmission d'une fibre optique à analyser mettant en oeuvre la méthode de mesure dite de "rétrodiffusion". The present invention relates to a device for measuring the transmission characteristics of an optical fiber to be analyzed using the so-called "backscatter" measurement method.
Les paramètres à mesurer pour la caractérisation d'une fibre optique sont de natures physiques très différentes. Généralement, on distingue quatre niveaux de caractérisation suivant le paramètre physique mis en oeuvre:
- les caractéristiques géométriques : Elles regroupent toutes les mesures ayant un rapport avec les dimensions du coeur, de la gaine et certains revêtements de la fibre ;
- les caractéristiques optiques : Elles portent sur toutes les mesures optiques pouvant être effectuées dans un plan de section droite de la fibre (ex.: ouverture numérique, profil d'indice...). The parameters to be measured for the characterization of an optical fiber are of very different physical natures. Generally, there are four levels of characterization according to the physical parameter used:
- the geometrical characteristics: They group together all the measurements having a report with the dimensions of the heart, the sheath and certain coatings of the fiber;
- the optical characteristics: They relate to all the optical measurements which can be carried out in a plane of cross-section of the fiber (e.g. digital aperture, index profile, etc.).
- les caractéristiques de transmission: Elles regroupent toutes les mesures portant sur la propagation de la lumière modulée dans la fibre, qu'il s'agisse des caractéristiques propres à la porteuse (atténuation) ou de celles propres à la modulation (réponse en bande de base) Les mesures de longueur et de continuité de guide optique sont également comprises dans ce paragraphe. - the transmission characteristics: They include all the measurements relating to the propagation of the modulated light in the fiber, whether they are characteristics specific to the carrier (attenuation) or those specific to modulation (band response of base) Measurements of optical guide length and continuity are also included in this paragraph.
- et les caractéristiques mécaniques: Elles portent sur un ensemble de tests (tension, traction, vibration...) à faire subir à la fibre, afin de lui garantir une bonne résistance mécanique directement reliée à sa durée de vie. - and the mechanical characteristics: They relate to a set of tests (tension, traction, vibration ...) to be subjected to the fiber, in order to guarantee it good mechanical resistance directly related to its lifespan.
La présente invention se place dans le cadre de la mesure de paramètres liés aux caractéristiques de transmission. Plusieurs méthodes ont été proposées. The present invention is in the context of the measurement of parameters related to the transmission characteristics. Several methods have been proposed.
L'une de ces méthodes est généralement connue sous l'appellation: méthode de "mesure par rétrodiffusion". One of these methods is generally known as the "backscatter measurement" method.
Lorsqu'on injecte une impulsion lumineuse dans une fibre optique, une partie de l'énergie lumineuse véhiculée par cette impulsion est diffusée par le matériau constituant la fibre optique. When a light pulse is injected into an optical fiber, part of the light energy carried by this pulse is diffused by the material constituting the optical fiber.
La méthode de mesure par rétrodiffusion tire profit de ce phénomène. The backscatter measurement method takes advantage of this phenomenon.
En effet, une infime partie de l'énergie diffusée peut être conduite par la fibre et retransmis vers I'émetteur de lumière. En collectant cette énergie rétrodiffusée et en la détectant, on peut recueillir un signal qui une fois analysé permet notamment de contrôler l'atténuation de la fibre, de donner sa longueur et de localiser la présence de défauts. Cette méthode est extrêmement utile, car elle permet d'effectuer une carthographie d'une fibre ou d'une liaison complète à partir d'une seule extrémité. Elle est en cela très voisine des techniques d'échométrie sur câble métallique. Indeed, a tiny part of the scattered energy can be conducted by the fiber and retransmitted towards the light emitter. By collecting and detecting this backscattered energy, a signal can be collected which, once analyzed, makes it possible in particular to control the attenuation of the fiber, to give its length and to locate the presence of faults. This method is extremely useful because it allows a mapping of a fiber or a complete bond from one end. It is in this very close to echometry techniques on metal cable.
Un appareil de mesure par rétrodiffusion comprend généralement une source, par exemple une diode laser ou un laser YAG, émettant des impulsions de courte durée (typiquement de l'ordre de 100 ns) et très puissantes. Ces impulsions sont transmises à une première branche d'un coupleur directionnel à trois branches et injectées par l'intermédiaire d'une deuxième branche de ce coupleur dans une fibre optique à mesurer. A backscattering measurement device generally comprises a source, for example a laser diode or a YAG laser, emitting pulses of short duration (typically of the order of 100 ns) and very powerful. These pulses are transmitted to a first branch of a directional coupler with three branches and injected via a second branch of this coupler into an optical fiber to be measured.
L'énergie rétrodiffusée est reçue par cette même branche et transmise par la troisième branche à des moyens opto-électronique de détection reliés en sortie à un amplificateur. Des moyens de visualisations, par exemple un oscilloscope ou une table traçante, reçoivent sur une entrée de synchronisation un signal électrique en simultanéité de temps avec l'émission de l'impulsion lumineuse et sur une autre entrée le signal de sortie de l'amplificateur. L'évolution en fonction du temps du signal est en relation biunivoque avec les variations des propriétés optiques locales le long de la fibre optique.Cependant les résultats expérimentaux de mesures par rétrodiffusion, notamment ceux concernant les mesures sur les fibres optiques monomodes qui offrent les meilleures performances dans les réseaux de transmission par fibres optiques sur des longues distances, sont perturbés par la présence d'échos parasites importants provenant des réflexions sur la face d'entrée de la fibre à étudier et sur les faces d'entrée et sortie des éléments optiques intermédiaires.The backscattered energy is received by this same branch and transmitted by the third branch to opto-electronic detection means connected at output to an amplifier. Visualization means, for example an oscilloscope or a plotter, receive on an input of synchronization an electrical signal in simultaneous time with the emission of the light pulse and on another input the output signal of the amplifier. The evolution as a function of time of the signal is in one-to-one relation with the variations of the local optical properties along the optical fiber. However the experimental results of measurements by backscattering, in particular those concerning the measurements on the single mode optical fibers which offer the best performance in fiber optic transmission networks over long distances, are disturbed by the presence of significant parasitic echoes from reflections on the input face of the fiber to be studied and on the input and output faces of the optical elements intermediaries.
L'amplitude des échos parasites rapportée à celle correspondant à l'énergie rétrodiffusée est telle qu'il y a risque de déterioration des moyens de détection opto-électronique ou, pour le moins, un l'aveuglementçl de ceux ci pendant un intervalle de temps qui correspond à une distance parcourue par la lumière d'une dizaine de mètres à plusieurs centaines de mètres. The amplitude of the parasitic echoes compared to that corresponding to the backscattered energy is such that there is a risk of deterioration of the opto-electronic detection means or, at the very least, a blindness of these during a time interval which corresponds to a distance traveled by light from ten meters to several hundred meters.
Dans la gamme de longueurs d'onde des sources laser habituellement utilisées (0,85 à 1,3 micromètres) un intervalle de temps de 4,7 microsecondes correspond à une propagation de l'onde guidée sur une distance de 1 km environ, c'est à dire 9,4 microseconde pour un aller et retour. In the wavelength range of the laser sources usually used (0.85 to 1.3 micrometers) a time interval of 4.7 microseconds corresponds to a propagation of the guided wave over a distance of approximately 1 km, c is to say 9.4 microsecond for a round trip.
Pour obvier à ces difficultés, il a été proposé d'utiliser un jeu d'analyseur et de polariseur croisés ou un prisme polarisant jouant le rôle double de polariseur et d'analyseur. Ces éléments optiques sont disposés respectivement sur le chemin optique suivi par l'impulsion lumineuse incidente et le chemin optique de l'onde retrodiffusée. To overcome these difficulties, it has been proposed to use a set of crossed analyzer and polarizer or a polarizing prism playing the dual role of polarizer and analyzer. These optical elements are arranged respectively on the optical path followed by the incident light pulse and the optical path of the backscattered wave.
Un appareil de mesure incorporant cette disposition est décrit dans l'article de HARTOG et al paru dans la publication : "Sixth ECOC
Conférence ; publication ne190, Post Deadline Papers", pages 5-8.A measuring device incorporating this arrangement is described in the article by HARTOG et al published in the publication: "Sixth ECOC
Conference; publication ne190, Post Deadline Papers ", pages 5-8.
Cette disposition permet théoriquement de supprimer totalement les échos parasites. Cependant, ce procédé est sensible aux rotations de la direction de polarisation de la lumière rétrodiffusée. En fait, de façon pratique, il ne convient que pour des mesures effectuées sur des fibres multimodes. Dans le cas des fibres mono modes, et en particulier pour les mesures d'atténuation ou pour les mesures de pertes au niveau d'une épissure entre deux fibres optiques mises bout à bout, le signal est perturbé par la présence de fluctuations importantes ces à des variations locales de l'état de polarisation de la lumière rétrodiffusée. This arrangement theoretically makes it possible to completely suppress parasitic echoes. However, this method is sensitive to rotations in the direction of polarization of the backscattered light. In fact, in practice, it is only suitable for measurements carried out on multimode fibers. In the case of single mode fibers, and in particular for attenuation measurements or for loss measurements at the level of a splice between two optical fibers placed end to end, the signal is disturbed by the presence of significant fluctuations these to local variations in the polarization state of the backscattered light.
En outre, dans tous les cas, il y a introduction de pertes d'insertions substantielles: 3 db au minimum sur l'amplitude du signal proportionnel à l'énergie rétrodiffusée. In addition, in all cases, there is the introduction of substantial insertion losses: at least 3 dB on the amplitude of the signal proportional to the backscattered energy.
Aussi, deux autres procédés ont été proposés combinables entre eux etÏou avec le procédé qui vient d'être décrit. Ces procédés sont fondés sur une atténuation de l'écho d'entrée et/ou un filtrage spatial. Le premier consiste à utiliser une cellule de mesure comprenant une cuve à liquide adaptateur d'indice combinée avec des éléments optiques de géométries diverses, de séparation des faisceaux incident et réfléchi et formant embout dans lequel est insérée l'extrémité de la fibre à mesurer, ces éléments étant noyés dans le liquide d'indice. Cette disposition permet de minimiser les échos parasites sans obtenir une extinction complète de ceux ci dû fait de légères désadaptations d'indice du liquide inévitables ou de la présence d'impuretés.En outre, il est nécessaire de préparer la fibre pour la monter dans l'embout de la cellule de mesure, et/ou de procéder à des manipulations délicates pour l'introduire dans un capillaire, selon les diverses configurations de cellules de mesure proposées. Also, two other methods have been proposed which can be combined with each other and with the method which has just been described. These methods are based on attenuation of the input echo and / or spatial filtering. The first consists in using a measuring cell comprising an index adapter liquid tank combined with optical elements of various geometries, for separating the incident and reflected beams and forming a tip in which the end of the fiber to be measured is inserted, these elements being embedded in the index liquid. This arrangement makes it possible to minimize the parasitic echoes without obtaining a complete extinction of these due to slight mismatches in the inevitable index of the liquid or the presence of impurities. In addition, it is necessary to prepare the fiber to mount it in the 'end of the measuring cell, and / or to carry out delicate manipulations to introduce it into a capillary, according to the various configurations of measuring cells proposed.
A titre d'exemple, un appareil de mesure comportant uné telle cellule est décrit dans l'article de COSTA et SORDO paru dans la publication: "Third ECOC Conference"; Munich, 14-16 septembre 1977, pages 69-71. La figure 3 illustre l'importance de l'écho résiduel. By way of example, a measuring device comprising such a cell is described in the article by COSTA and SORDO published in the publication: "Third ECOC Conference"; Munich, 14-16 September 1977, pages 69-71. Figure 3 illustrates the importance of the residual echo.
Le second procédé consiste à polir l'extrémité de la fibre à mesurer par laquelle est injectée l'impulsion lumineuse de manière à obtenir une face d'entrée formant un angle important avec l'axe optique de la fibre optique, typiquement 100. Comme précédemment, il est difficile d'obtenir une extinction complète des échos parasites. L'amplitude du signal parasite reste du même ordre de grandeur que celle des signaux utile dans le cas des fibres optiques monomodes. The second method consists in polishing the end of the fiber to be measured by which the light pulse is injected so as to obtain an entry face forming an important angle with the optical axis of the optical fiber, typically 100. As before , it is difficult to obtain a complete extinction of the parasitic echoes. The amplitude of the parasitic signal remains of the same order of magnitude as that of the useful signals in the case of single-mode optical fibers.
Une technique de ce type est évoquée dans l'article de ROSS paru dans "Electronics Lettes", vol.17,n0 17, 20 aout 1981, pages 596-597. A technique of this type is mentioned in the article by ROSS published in "Electronics Lettes", vol.17, n0 17, August 20, 1981, pages 596-597.
L'inconvénient de ce procédé est d'exiger une préparation longue de la fibre optique nécessitant un appareillage complexe. The disadvantage of this process is that it requires a long preparation of the optical fiber requiring complex apparatus.
La présente invention se fixe pour but de pallier les inconvénients de l'art connu. Le dispositif selon l'invention comprend également des moyens optiques opérant un filtrage spatial. Mais ces moyens sont à base d'un simple tronçon de fibre optique intermédiaire disposée sur le chemin optique du faisceau rétrodiffusé transmis aux moyens de détection opto-électronique et n'introduisant que des pertes d'insertion négligeables. The present invention is intended to overcome the drawbacks of the known art. The device according to the invention also comprises optical means operating a spatial filtering. However, these means are based on a simple section of intermediate optical fiber disposed on the optical path of the backscattered beam transmitted to the opto-electronic detection means and introducing only negligible insertion losses.
En outre, la fibre optique à étudier ne nécessite aucune manipulation ou préparation délicate à l'exception d'une opération de cassure obtenue par simple clivage, la face d'entrée formant alors un angle avec l'axe optique de faible amplitude. In addition, the optical fiber to be studied does not require any delicate manipulation or preparation with the exception of a breaking operation obtained by simple cleavage, the input face then forming an angle with the optical axis of low amplitude.
Ces dispositions, contrairement à l'art connu, permettent un filtrage spatial très précis ce qui se traduit par l'extinction quasi complète des échos parasites, que ce soit pour les mesures effectuées dans le cadre des fibres optiques monomodes ou celui des fibres optiques multimodes. These arrangements, unlike the known art, allow very precise spatial filtering which results in the almost complete extinction of parasitic echoes, whether for measurements carried out in the context of single-mode optical fibers or that of multimode optical fibers. .
L'invention a donc pour objet un dispositif de mesure de paramètres de transmission d'une fibre optique à analyser du type comprenant une source émettant des impulsions d'énergie lumineuse, un coupleur directionnel à trois branches couplé optique ment par une première branche à la source de manière à capter les impulsions d'énergie lumineuse, couplé optiquement par une deuxième branche à la face terminale d'une première extrémité de la fibre optique à analyser, réémettant les impulsions d'énergie lumineuse par cette deuxième branche et les injectant dans la fibre optique à analyser sous forme d'onde guidée suivant une direction de propagation longitudinale à la fibre optique, ladite onde subissant une rétrodiffusion partielle de l'énergie captée par la seconde branche du coupleur directionnel et réémise par sa troisième branche, des moyens opto-électroniques de détection couplés au coupleur directionnel par cette troisième branche de manière à capter l'énergie rétrodiffusée et la convertir en un signal électrique représentatif et des moyens d'exploitation de ce signal électrique pour en dériver lesdits paramètres de transmission; caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de filtrage spatial comprenant un tronçon de fibre optique intermédiaire disposée entre le coupleur directionnel et les moyens opto-électroniques de détection de manière à recevoir par la face terminal d'une première extrémité l'énergie lumineuse rétrodiffusée réémise par le coupleur directionnel et la retransmettant par la face terminale de sa seconde extrémité aux moyens opto-électroniques de détection et en ce que ladite face terminale de la première extrémité de la fibre optique à analyser est clivée et forme avec ladite direction de- propagation de l'onde guidée un angle différent de ' /2 radians. The subject of the invention is therefore a device for measuring transmission parameters of an optical fiber to be analyzed of the type comprising a source emitting pulses of light energy, a directional coupler with three branches optically coupled by a first branch to the source so as to capture the pulses of light energy, optically coupled by a second branch to the end face of a first end of the optical fiber to be analyzed, re-emitting the pulses of light energy by this second branch and injecting them into the optical fiber to be analyzed in the form of a guided wave in a direction of longitudinal propagation to the optical fiber, said wave undergoing a partial backscattering of the energy captured by the second branch of the directional coupler and re-emitted by its third branch, optic means detection electronics coupled to the directional coupler by this third branch so as to capture the backscattered energy and the conve rtir into a representative electrical signal and means for exploiting this electrical signal to derive said transmission parameters therefrom; characterized in that it further comprises spatial filtering means comprising a section of intermediate optical fiber disposed between the directional coupler and the opto-electronic detection means so as to receive the energy from the terminal face of a first end backscattered light re-emitted by the directional coupler and retransmitting it by the end face of its second end to the opto-electronic detection means and in that said end face of the first end of the optical fiber to be analyzed is cleaved and forms with said direction of - propagation of the guided wave at an angle different from '/ 2 radians.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaitront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées et parmi lesqueiles:
- la figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif de mesure par rétrodiffusion de l'art connu
- la figure 2 est un diagramme illustrant le fonctionnement d'un tel dispositif
- la figure 3 est un dispositif de mesure par rétrodiffusion selon l'invention;
- les figures 4 et 5 sont des oscillogrammes illustrant le fonctionnement d'un tel dispositif
- la figure 6 est un diagramme illustrant une possibilité avantageuse de mesure particulière permise par le dispositif de l'invention.The invention will be better understood and other characteristics and advantages will appear from the following description with reference to the appended figures and among those:
- Figure 1 is a block diagram of a backscatter measurement device of the known art
- Figure 2 is a diagram illustrating the operation of such a device
- Figure 3 is a backscatter measurement device according to the invention;
- Figures 4 and 5 are oscillograms illustrating the operation of such a device
- Figure 6 is a diagram illustrating an advantageous possibility of particular measurement permitted by the device of the invention.
Le dispositif de l'invention concervant les principaux éléments et l'architecture générale des appareils de mesure selon la technique de rétrodiffusion de l'art connu, il parait utile de rappeler les grandes lignes de cette architecture. The device of the invention concerving the main elements and the general architecture of the measuring devices according to the backscattering technique of the known art, it seems useful to recall the main lines of this architecture.
La figure 1 est un diagramme synoptique d'un dispositif de l'art connu. Figure 1 is a block diagram of a device of the known art.
Un tel dispositif comprend un générateur 1 d'impulsions de commande alimentant en énergie électrique une source laser 2. Les impulsions émises par la source doivent être de courte durée typiquement dans la gamme 50 à 200 ns et de forte puissance instantannée. A titre d'exemple, une source utilisable est un laser impulsionnel de type "YAG Q-Switch" émettant des impulsions de durée égale à 200 ns de longueur d'onde centrée sur 1,06 micromètres. Such a device comprises a generator 1 of control pulses supplying electrical energy to a laser source 2. The pulses emitted by the source must typically be of short duration in the range 50 to 200 ns and of high instantaneous power. By way of example, a usable source is a pulse laser of the "YAG Q-Switch" type emitting pulses of duration equal to 200 ns of wavelength centered on 1.06 micrometers.
La fréquence de répétition doit être adaptée au temps nécessaire à un aller et retour d'une onde guidée parcourant toute la longueur de fibre à mesurer et réfléchie par l'extrémité opposée à l'extrémité d'injection. The repetition frequency must be adapted to the time necessary for a round trip of a guided wave traversing the entire length of fiber to be measured and reflected by the end opposite the injection end.
L'impulsion émise est transmise à l'une des branches b1 d'un coupleur directionnel 3 à trois branches bl, b2 et b3. Celuici transmet l'impulsion par une deuxième branche b2 à l'une des extrémité fe d'une fibre optique i à mesurer et reçoit par cette même branche, la lumière rétrodiffusée par la fibre optique f. Cette lumière est discriminée de la lumière incidente par le coupleur directionnel 3 et transmise par la troisième branche b3 à un détecteur opto-électronique 4 qui la convertit en signal électrique représentatif de la puissance optique rétrodiffusée. The transmitted pulse is transmitted to one of the branches b1 of a directional coupler 3 with three branches bl, b2 and b3. This transmits the pulse by a second branch b2 to one of the ends fe of an optical fiber i to be measured and receives by this same branch, the light backscattered by the optical fiber f. This light is discriminated from the incident light by the directional coupler 3 and transmitted by the third branch b3 to an opto-electronic detector 4 which converts it into an electrical signal representative of the backscattered optical power.
Le coupleur directionnel 3 peut être constitué simplement par une lame séparatrice légèrement réfléchissante, par exemple présentant un coefficient de réflexion R = 0,04 et un coefficient de transmission T = 0,92. The directional coupler 3 may simply consist of a slightly reflecting separating plate, for example having a reflection coefficient R = 0.04 and a transmission coefficient T = 0.92.
De préférence, cette lame est légèrement prismatique de manière à supprimer les réflexions multiples.Preferably, this blade is slightly prismatic so as to suppress multiple reflections.
Le détecteur opto-électronique 4 est réalisé à base de tout organe approprié suffisamment sensible pour détecter les faibles signaux rétrodif fusés, par exemple une photodiode à avalanche ou un tube photomultiplicateur. The optoelectronic detector 4 is produced on the basis of any suitable member which is sensitive enough to detect the weak retrodif rocket signals, for example an avalanche photodiode or a photomultiplier tube.
Les signaux de sortie de ce détecteur sont adaptés et amplifiés par des circuits électroniques représentés par un simple amplificateur 5 dont les signaux de sortie sont transmis à une entrée de signal e2 de moyens électroniques d'exploitation oui de visualisation 6, par exemple un oscillos- cope. Ceuxsi reçoivent sur une entrée de synchronisation el un signal impulsionnel en simultanéité de temps avec l'émission de l'impulsion d'énergie lumineuse, par exemple, dans le cas d'un oscilloscope, pour démarrer le balayage de l'écran par un spot d'inscription. The output signals from this detector are adapted and amplified by electronic circuits represented by a simple amplifier 5, the output signals of which are transmitted to a signal input e2 of electronic operating or display means 6, for example an oscilloscope. cope. These receive on a synchronization input el a pulse signal in simultaneous time with the emission of the light energy pulse, for example, in the case of an oscilloscope, to start the scanning of the screen by a spot of registration.
La courbe affichée est alors représentative de la configuration optique de la fibre optique en fonction de l'éloignement de la face d'entrée fe jusqu'à sa face de sortie f5. The curve displayed is then representative of the optical configuration of the optical fiber as a function of the distance from the entry face fe to its exit face f5.
Sur le diagramme synoptique de la figure 1, n'ont été représentés que les éléments principaux constituant l'architecture commune aux dispositifs de l'art connu. In the block diagram of FIG. 1, only the main elements constituting the architecture common to the devices of the known art have been represented.
Dans la pratique, il est nécessaire d'utiliser des éléments optiques supplémentaires tels que par exemple objectifs ou lentilles de focalisation et diaphragmes disposés sur les différents trajets optiques. La fonction de tels éléments sera précisée ultérieurement. In practice, it is necessary to use additional optical elements such as for example objectives or focusing lenses and diaphragms arranged on the different optical paths. The function of such elements will be explained later.
Cependant, comme il a été rappelé, le signal rétrodiffusé, seul utile, est très faible et, notamment, la réflexion d'une partie de l'énergie lumineuse incidente sur la face d'entrée f e de la fibre à étudier f se traduit par l'apparition d'un écho parasite d'amplitude beaucoup plus importante que celle du signal utile. However, as has been recalled, the backscattered signal, the only useful one, is very weak and, in particular, the reflection of part of the incident light energy on the input face fe of the fiber to be studied f results in the appearance of a parasitic echo of much greater amplitude than that of the useful signal.
La figure 2 illustre l'allure du signal de sortie que fournirait lé détecteur 4 si des mesures n'étaient pas prises pour diminuer ou supprimer les effets parasites. L'axe vertical du diagramme représente en unités arbitraires l'amplitude du signal de sortie du détecteur et un premier axe horizontal le temps qui s'écoule après l'instant t0, instant d'émission d'une impulsion lumineuse par la source laser 2. FIG. 2 illustrates the appearance of the output signal which the detector 4 would provide if measures were not taken to reduce or eliminate the parasitic effects. The vertical axis of the diagram represents in arbitrary units the amplitude of the detector output signal and a first horizontal axis the time which elapses after the instant t0, instant of emission of a light pulse by the laser source 2 .
Aux temps de propagation près, le détecteur 4 reçoit à cet instant une partie de la puissance émise, partie réfléchie par -la face d'entrée f e de la fibre f. La puissance optique reçue serait alors beaucoup plus importante que celle due à la rétrodiffusion au sein de la fibre optique même dans des régions proches de la face d'entrée fe pour lesquels l'amplitude du signal de rétrodiffusion est plus importante. At the propagation times, the detector 4 receives at this instant part of the transmitted power, part reflected by the input face f e of the fiber f. The optical power received would then be much greater than that due to backscattering within the optical fiber even in regions close to the input face fe for which the amplitude of the backscatter signal is greater.
Il s'ensuit un "aveuglement" du détecteur opto-électronique 4 dO au temps de récupération, après saturation, pendant l'intervalle to-tl. Pendant cet intervalle de temps toute mesure est inexploitable. There follows a "blindness" of the opto-electronic detector 4 dO at the recovery time, after saturation, during the interval to-tl. During this time interval any measurement is unusable.
L'énergie reçue dûe à l'écho pourrait également, avec des détecteurs très sensibles, causer des dommages irréparables. Ensuite, la mesure redevient exploitable jusqu'au temps t3 où il y a réception d'un pic dû à la reflexion sur la face de sortie f5, ce pic étant très atténué par les pertes linéiques. The energy received due to the echo could also, with very sensitive detectors, cause irreparable damage. Then, the measurement becomes usable again until time t3 where there is reception of a peak due to the reflection on the output face f5, this peak being very attenuated by the linear losses.
I1 est également représenté, sur un second axe horizontal, des longueurs de fibres puisqulon peut effectuer une correspondance bi-univoque entre l'instant de réception de l'énergie par le détecteur et la distance parcourrue qui représente un aller et retour de la lumière. I1 is also shown, on a second horizontal axis, lengths of fibers since it can make a one-to-one correspondence between the instant of reception of the energy by the detector and the distance traveled which represents a round trip of the light.
L'intervalle de temps to-tl correspond à un segment de fibre optique de longueur li dont on ne peut mesurer les caractéristiques. L'instant t0 correspond au début de la fibre ou longueur zéro (face d'entrée fe) et l'instant t3 à la longueur 1max (face de sortie f5) ou longueur totale de la fibre. Typiquement la longueur 11 correspond à plusieurs dizaines de mètres de fibres optiques non mesurables. The time interval to-tl corresponds to a segment of optical fiber of length li whose characteristics cannot be measured. The instant t0 corresponds to the start of the fiber or zero length (input face fe) and the instant t3 to the length 1max (output face f5) or total length of the fiber. Typically the length 11 corresponds to several tens of meters of non-measurable optical fibers.
Pour supprimer ces effets parasites, on peut tout d'abord "occulter" la mesure pendant l'intervalle de temps to-tl, c'est à dire se résoudre à ne pas effectuer de mesures sur la longueur 11 de la fibre optique à caractériser et munir le détecteur 4 de circuits électroniques limiteurs. To suppress these parasitic effects, it is first of all possible to "hide" the measurement during the time interval to-tl, that is to say to resolve not to carry out measurements on the length 11 of the optical fiber to be characterized and provide the detector 4 with limiting electronic circuits.
On peut également supprimer l'effet de l'écho parasite ou du moins l'atténuer en adoptant les solutions qui ont été rappelées. La première solution consiste à placer un jeu de polariseur et d'analyseur respectivement entre la source laser et la branche bl du coupleur directionnel 3, et entre le détecteur 4 et la branche b3 du coupleur directionnel 3. It is also possible to suppress the effect of the parasitic echo or at least attenuate it by adopting the solutions which have been mentioned. The first solution consists in placing a set of polarizer and analyzer respectively between the laser source and the branch b1 of the directional coupler 3, and between the detector 4 and the branch b3 of the directional coupler 3.
Cette disposition introduit de grandes pertes d'insertion typiquement (3 db par élément) et n'est en pratique utilisable que pour les mesures effectuées -sur les fibres multimodes. This arrangement typically introduces large insertion losses (3 dB per element) and can only be used in practice for the measurements made on multimode fibers.
Une seconde série de solutions consistent à atténuer l'écho d'entrée et/ou à effectuer un filtrage spatial, mais les dispositions proposées par l'art connu sont complexes, exigent des manipulations délicates de la fibre optique à mesurer et ne permettent que d'atténuer l'écho mais non de le supprimer entièrement. A second series of solutions consist in attenuating the input echo and / or in performing spatial filtering, but the arrangements proposed by the prior art are complex, require delicate manipulations of the optical fiber to be measured and only allow d 'attenuate the echo but not suppress it entirely.
L'invention se place dans ce cadre mais propose un dispositif qui permet un filtrage spatial efficace tout en ne mettant en oeuvre que des moyens simples. The invention falls within this framework but proposes a device which allows efficient spatial filtering while using only simple means.
La figure 3 illustre un dispositif de mesure conforme à l'invention. Sur cette figure n'ont été représentés que les éléments essentiels à la compréhension de l'invention. L'architecture générale du dispositif de l'art connu de la figure 1 est conservée. On retrouve également sur cette figure des éléments communs au dispositif de la figure 1 : source laser 2, détecteur opto-électronique 4s coupleur directionnel 3 constitué dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 3 par une lame partiellement réfléchissante
LS et la fibre optique à caractériser f. Ces éléments ne seront pas redécrits. Figure 3 illustrates a measuring device according to the invention. In this figure have been shown only the elements essential for understanding the invention. The general architecture of the device of the known art of FIG. 1 is preserved. Also found in this figure are elements common to the device of Figure 1: laser source 2, opto-electronic detector 4s directional coupler 3 formed in the embodiment illustrated in Figure 3 by a partially reflecting plate
LS and the optical fiber to be characterized f. These elements will not be described again.
Selon la caractéristique la plus importante de l'invention, un filtrage spatial est réalisé simplement en disposant un tronçon de fibre optique intermédiaire f. entre le coupleur directionnel, et le détecteur 4. According to the most important characteristic of the invention, spatial filtering is carried out simply by placing an intermediate optical fiber section f. between the directional coupler, and the detector 4.
Pour compléter l'ensemble5 différents objectifs 1 à O4 de focalisation et de collimation sont prévus, ainsi qu'un diaphragme 7, qui coopèrent avec les autres éléments optiques du dispositif de l'invention de la manière qui va être explicitée dans ce qui suit. To complete the set 5 different objectives 1 to O4 for focusing and collimation are provided, as well as a diaphragm 7, which cooperate with the other optical elements of the device of the invention in the manner which will be explained in the following.
La source laser émet des impulsions lumineuses suivant une direction moyenne de propagation représentée sur la figure 3 par un axe A1. Sur cet axe A 1 sont disposés deux objectifs 1 et O2 dont les axes optiques cornmuns sont confondus avec l'axe A 1. Ces objectifs sont disposés selon une configuration "afocale" permettant de régler la dimension de la section du faisceau transmis, ce dans un but d'optimiser la puissance des radiations destinées à être injectées dans la fibre optique f. Ce réglage est obtenu simplement en ajustant la distance séparant les deux objectifs. La lame LS est inclinée d'un angle cl par rapport à l'axe de propagation tl typiquement de l'ordre de 5 . Une partie de la puissance est réfléchie suivant un axe A2 incliné d'un angle 2 a par rapport à l'axe 81. Sur cet axe est disposé un objectif de focalisation O3 destiné à focaliser le faisceau lumineux se propageant suivant l'axe 2 sur la face d'entrée fe de la fibre
e optique f à étudier qui à son tour réfléchit une partie du faisceau incident (écho parasite).L'énergie lumineuse réfléchie ainsi que l'énergie lumineuse rétrodiffusée suit des chemins optiques voisins, c 'est à dire substantiellement parallèles à l'axe A 2. The laser source emits light pulses in an average direction of propagation represented in FIG. 3 by an axis A1. On this axis A 1 are arranged two objectives 1 and O2, the optical axes of which are merged with the axis A 1. These objectives are arranged in an "afocal" configuration making it possible to adjust the dimension of the section of the beam transmitted, this in an aim of optimizing the power of the radiations intended to be injected into the optical fiber f. This setting is obtained simply by adjusting the distance separating the two objectives. The blade LS is inclined at an angle cl relative to the axis of propagation tl typically of the order of 5. Part of the power is reflected along an axis A2 inclined at an angle 2 a with respect to the axis 81. On this axis is placed a focusing objective O3 intended to focus the light beam propagating along the axis 2 on the fiber entry face fe
e optics f to be studied which in turn reflects part of the incident beam (parasitic echo). The reflected light energy as well as the backscattered light energy follows neighboring optical paths, that is to say substantially parallel to the axis A 2.
Si la lame LS, légèrement prismatique, présente les coefficients de réflexion R = 0,04 et de transmission T = 0,92 déjà indiqués, ou des coefficients de cet ordre de grandeur, la plus grande partie de l'énergie lumineuse est transmise par ia lame LS toujours suivant l'axe  2. If the slightly prismatic blade LS has the reflection coefficients R = 0.04 and transmission T = 0.92 already indicated, or coefficients of this order of magnitude, most of the light energy is transmitted by ia LS blade always along the axis  2.
Naturellement d'autres types de coupleurs directionnels sont utilisables. Naturally other types of directional couplers can be used.
Sur cet axe, en aval du coupleur directionnel 3 est disposé un quatrième objectif O4 coopèrant avec l'objectif O3 et destiné à former l'image de la face d'entrée f de la fibre f sur la face d'entrée f de la fibre
e ei optique intermédiaire fi avec un grandissement proche de l'unité
L'autre extrémité de la fibre optique f. est couplée optiquement au détecteur opto-électronique 4 qui délivre un signal électrique de sortie représentatif de la puissance optique injectée dans la fibre optique f. On this axis, downstream of the directional coupler 3 is disposed a fourth objective O4 cooperating with the objective O3 and intended to form the image of the entry face f of the fiber f on the entry face f of the fiber
e ei intermediate optics fi with a magnification close to unity
The other end of the optical fiber f. is optically coupled to the opto-electronic detector 4 which delivers an electrical output signal representative of the optical power injected into the optical fiber f.
La surface utile et l'angle d'acceptance du système de détection constitué par le détecteur muni de la fibre intermédiaire sont parfaitement adaptés à la géométrie du faisceau rétrodiffusé par les dispositions qui viennent d'être décrites. Par contre le flux parasite pénétrant dans la fibre optique f. est très faible. The useful surface and the acceptance angle of the detection system constituted by the detector provided with the intermediate fiber are perfectly adapted to the geometry of the backscattered beam by the arrangements which have just been described. On the other hand, the parasitic flux entering the optical fiber f. is very weak.
Un filtrage préalable du flux parasite peut être effectué à l'aide d'un diaphragme 7 disposé sur l'axe A 2 entre le coupleur directionnel 3 et l'objectif 04. A preliminary filtering of the parasitic flux can be carried out using a diaphragm 7 placed on the axis A 2 between the directional coupler 3 and the objective 04.
De façon préférentielle la fibre optique fi a des caractéristiques géométriques et optiques proches de celle à étudier. Preferably, the optical fiber fi has geometric and optical characteristics close to that to be studied.
Cependant, pour des raisons pratiques, une fibre optique multimode peut être utilisée aussi bien pour les mesures effectuées sur des fibres optique multimodes que sur celles effectuées sur des fibres optiques monomodes. However, for practical reasons, a multimode optical fiber can be used both for the measurements carried out on multimode optical fibers and on those carried out on single-mode optical fibers.
En ce qui concerne la fibre optique à étudier, une seule condition, simple à réaliser, doit être remplie. elle doit être coupée par clivage de façon à ce que la surface d'entrée ne soit pas exactement perpendiculaire à son axe optique qui est confondu avec l'axe 2 lorsque la fibre optique f est placée dans le dispositif de mesure. Il n'est cependant exigé aucun polissage et l'angle d'inclinaison de la face d'entrée par rapport à l'axe optique peut être très faible, contrairement à l'art connu. As far as the optical fiber to be studied is concerned, only one condition, simple to carry out, must be fulfilled. it must be cut by cleavage so that the entry surface is not exactly perpendicular to its optical axis which coincides with axis 2 when the optical fiber f is placed in the measuring device. However, no polishing is required and the angle of inclination of the input face relative to the optical axis can be very small, contrary to the known art.
il s'ensuit que le signal réfléchi par la face d'entrée et le signal rétrodiffusé sont légèrement séparés spatialement. Le filtrage spatial très précis de ces deux composantes est réalisé par la fibre intermédiaire fi. A fortiori les reflexions parasites sur les surfaces optiques notamment celles de l'objectif O3 sont filtrées spatialement par ce procédé associé éventuellement à un ou plusieurs filtrages préalables par exemple du type de celui réalisé par le diaphragme 7. it follows that the signal reflected by the input face and the backscattered signal are slightly spatially separated. The very precise spatial filtering of these two components is carried out by the intermediate fiber fi. A fortiori the parasitic reflections on the optical surfaces in particular those of the objective O3 are filtered spatially by this process possibly associated with one or more preliminary filterings for example of the type of that carried out by the diaphragm 7.
A titre d'exemples, des mesures de rétrodiffusion ont été réalisées sur une fibre multimode et sur une fibre mono mode. By way of example, backscattering measurements have been carried out on a multimode fiber and on a single mode fiber.
La fibre multimode à gradient d'indice mesurée avait les caractéristiques suivantes: diamètre de coeur 50 micromètres, diamètre de gaine 125 micromètres, ouverture numériqueO.N. = 0.2. The multimode fiber with measured index gradient had the following characteristics: core diameter 50 micrometers, sheath diameter 125 micrometers, numerical aperture = 0.2.
La fibre monomode avait les caractéristiques suivantes: diamètre de coeur 5 micromètres, type à saut d'indice, écart d'indice 13,7 10 3. La longueur d'onde de coupure effective de cette fibre optique est de 1,2 micromètre. Pour une source laser émettant sur une longueur d'onde centrée sur 1,06 micromètre, elle est donc bimode. Pour la rendre monomode, la fibre à tester avait été enroulée sur un mandrin de faible diamètre : 7 mm, pour réaliser un filtrage du second mode. The single-mode fiber had the following characteristics: core diameter 5 micrometers, index jump type, index difference 13.7 10 3. The effective cut-off wavelength of this optical fiber is 1.2 micrometers. For a laser source emitting on a wavelength centered on 1.06 micrometer, it is therefore dual mode. To make it single-mode, the fiber to be tested had been wound on a mandrel of small diameter: 7 mm, to carry out a filtering of the second mode.
Les objectifs 1 à O4 étaient des objectifs de type microscope à grandissement 12,5 et ouverture numérique O.N. = 0,25. Objectives 1 to O4 were 12.5 magnification microscope objectives and numerical aperture O.N. = 0.25.
La fibre optique intermédiaire f. était une fibre optique multimode de caractéristiques analogues à celles de la fibre optique multimode testée. Intermediate optical fiber f. was a multimode optical fiber with characteristics similar to those of the multimode optical fiber tested.
Cependant, pour l'étude des fibres optiques multimodes, il est préférable que l'ouverture numérique et son diamètre de coeur soient légèrement supérieurs à ceux de la fibre optique multimode étudiée. However, for the study of multimode optical fibers, it is preferable that the digital aperture and its core diameter are slightly greater than those of the multimode optical fiber studied.
Les figures 4 et 5 sont des oscillogrammes représentant l'évolution dui signal électrique de sortie V5 en mV fourni par le détecteur 4 en fonction du temps en ns correspondant au début de la fibre optique à étudier, respecti
vement (fig.4) pour la fibre optique multimode et (fig.5) pour la fibre
optique monomode dont les caractéristiques ont été rappelées. On constate
que le pic résiduel dans les deux cas est bien inférieur à l'amplitude du signal
rétrodiffusé.Figures 4 and 5 are oscillograms representing the evolution of the electrical output signal V5 in mV supplied by the detector 4 as a function of the time in ns corresponding to the start of the optical fiber to be studied, respecti
clothing (fig. 4) for multimode optical fiber and (fig. 5) for fiber
single mode optics whose characteristics have been recalled. We aknowledge
that the residual peak in both cases is much less than the amplitude of the signal
backscattered.
Si les conditions précédemment énoncées concernant l'ouverture et le
diamètre de coeur de la fibre optique intermédiaire ne sont pas réalisées
pour l'étude de fibres optiques multimodes, on risque le filtrage sélectif de
la contribution de certains groupes de modes.If the previously stated conditions regarding opening and
core diameter of the intermediate optical fiber is not produced
for the study of multimode optical fibers, there is a risk of selective filtering of
the contribution of certain groups of modes.
Cependant, ce phénomène peut être mis à profit pour effectuer
précisément une analyse sélective de la contribution de différents groupes
de modes et étendre ainsi, selon un aspect avantageux, le champ des
mesures permises par le dispositif de l'invention.However, this phenomenon can be used to carry out
precisely a selective analysis of the contribution of different groups
of modes and thus extend, in an advantageous aspect, the field of
measurements allowed by the device of the invention.
Un exemple va maintenant être décrit pour illustrer cette possibilité. An example will now be described to illustrate this possibility.
On a choisi une fibre optique intermédiaire fi à saut d'indice très faiblement
multimode, notamment dont le diamètre de coeur est d'environ 10 microç
mètre. Une fibre monomode peut également etre utilisée. La face d'entrée fei de la fibre optique intermédiaire, est déplacée par rapport au plan contenant l'image de la face d'entrée fe de la fibre à étudier f que forme objectif 04.We chose an intermediate optical fiber with very low index jump
multimode, in particular with a core diameter of around 10 micros
metre. A single mode fiber can also be used. The entry face fei of the intermediate optical fiber is displaced relative to the plane containing the image of the entry face fe of the fiber to be studied f that objective form 04.
Dans l'exemple choisi, les conditions d'injection sont fixées, le diamètre du faisceau injecté est de l'ordre de 7 micromètres, le faisceau étant centré sur l'axe 2' confondu avec l'axe optique de la fibre intermédiaire f. In the example chosen, the injection conditions are fixed, the diameter of the injected beam is of the order of 7 micrometers, the beam being centered on the axis 2 ′ coinciding with the optical axis of the intermediate fiber f.
dans sa région d'extrémité. Dans ces conditions, les modes d'ordre bas sont privilégiés à l'injection.in its end region. Under these conditions, low order modes are preferred over injection.
Sur le diagramme de la figure 6, sont représentés deux courbes illustrant l'évolution du signal de sortie en fonction du temps du détecteur 4 après normalisation pour des positions différentes de la face d'entrée fei de la fibre intermédiaire fi par rapport au plan de l'image de la face d'entrée f e formée par l'objectif O4, respectivement un décalage latéral par rapport à l'axe A 2 de zéro micromètre (courbe A) et de 20 micromètres (courbe B). In the diagram of FIG. 6, two curves are represented illustrating the evolution of the output signal as a function of time of the detector 4 after normalization for different positions of the input face fei of the intermediate fiber fi relative to the plane of the image of the input face fe formed by the objective O4, respectively a lateral offset with respect to the axis A 2 of zero micrometer (curve A) and 20 micrometers (curve B).
Il peut être constaté que le phénomène de rétrodiffusion privilégie les
modes d'ordre bas de la fibre optique f pour les conditions d'excitation qui ont été précisées et qu'une égalisation intervient au cours de la propagation de l'énergie dans la fibre optique. It can be seen that the backscatter phenomenon favors
low order modes of the optical fiber f for the excitation conditions which have been specified and that an equalization occurs during the propagation of the energy in the optical fiber.
Le dispositif selon l'invention permet donc à volonté une analyse globale ou une analyse sélective du phénomène de rétrodiffusion, par une simple adaptation de certaines caractéristiques de la fibre optique intermédiaire f. et le règlage de sa position par rapport à l'axe de propagation. Il suffit de disposer celle-ci sur un support à déplacements micrométriques contrôlés. The device according to the invention therefore allows an overall analysis or a selective analysis of the backscattering phenomenon at will, by a simple adaptation of certain characteristics of the intermediate optical fiber f. and the adjustment of its position relative to the axis of propagation. It suffices to place it on a support with controlled micrometric displacements.
Dans d'autres variantes, non illustrées, on peut faire varier de façon analogue les conditions d'excitation de la fibre optique à analyser. ou simultanément les conditions d'excitation de la fibre optique à analyser et les conditions d'analyse du signal rétrodiffusé par la fibre intermédiaire. In other variants, not illustrated, the excitation conditions of the optical fiber to be analyzed can be varied in an analogous manner. or simultaneously the conditions of excitation of the optical fiber to be analyzed and the conditions of analysis of the signal backscattered by the intermediate fiber.
L'invention n'est naturellement pas limitée aux seuls exemples de réalisations spécifiquement décrits à titre d'illustration. Toutes variantes à la portée de l'homme de métier dans l'architecture du dispositif de mesure pour la mise en oeuvre de méthodes de mesure par rétrodiffusion rentrent dans le cadre de l'invention. La caractéristique principale est la mise en oeuvre de'moyens de filtrage spatial comprenant une fibre optique intermédiaire. The invention is naturally not limited to the sole examples of embodiments specifically described by way of illustration. All variants within the reach of those skilled in the art in the architecture of the measurement device for the implementation of measurement methods by backscattering fall within the scope of the invention. The main feature is the implementation of spatial filtering means comprising an intermediate optical fiber.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8220304A FR2537280A1 (en) | 1982-12-03 | 1982-12-03 | Device for measuring transmission parameters of an optical fibre by the back-scattering method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8220304A FR2537280A1 (en) | 1982-12-03 | 1982-12-03 | Device for measuring transmission parameters of an optical fibre by the back-scattering method |
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| FR2537280A1 true FR2537280A1 (en) | 1984-06-08 |
| FR2537280B1 FR2537280B1 (en) | 1985-05-24 |
Family
ID=9279772
Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2537280A1 (en) |
Cited By (4)
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| CN108168848B (en) * | 2018-02-13 | 2024-05-03 | 南光高科（厦门）激光科技有限公司 | Multimode optical fiber testing device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2537280B1 (en) | 1985-05-24 |
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