JPH02190737A - 屈折率分布の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プリフォームの屈折率分布の測定方法に関し
、特にプリフォームアナライザーを用いた屈折率分布の
測定方法に関する。

〔従来の技術〕

光ファイバや０ＲＩＮレンズの製造方法として、最Ｐ製
品と同様な半径方向の屈折率分布を有するプリフォーム
を作製し、これを細く引伸ばすことにより製品を得る方
法がある。

これらの製造に際して、プリフォームの屈折率分布測定
は、ファイバ化前のフィードバックデータとして特に重
要である。

プリフォームが中間製品であるという性格上、この測定
法は非破壊的であることが強く望まれる。

プリフォームに横から照射された光線の屈折角を測定す
る方法が種々検討されているが、それらの中で、空間フ
ィルタリング法と呼ばれる方法は特に簡便である。

従来の空間フィルタリング法について、第６図を用いて
説明する。測定装置の構成は、プリフォーム４の軸の垂
直方向から光線２を照射する光源ｌと、プリフォーム４
の後方に設けたレンズ８と、レンズ８の焦点面（フーリ
エ変換面として知られている）に設けた一定角速度で回
転するチッソパ１１と、レンズ８の像面１６に設けた光
検出器１５と、チッソパ１１が発するスタート信号と光
検出器１５が発するストップ信号を与えることによって
光の断続時間を計測するタイマーカウンタＩ７とからな
る。

以下の説明の都合上、Ｘ、Ｙ、Ｚの方向を矢印のように
決める。Ｙ方向はプリフォーム４の軸と同方向で、紙面
に対して直角の方向であり、Ｘ方向は、Ｙ方向と光線の
光軸３の両方に対して直角な方向であり、２方向は光線
の光軸３と同方向である。

上記光源ｌは、Ｈｅ−Ｎｅレーザである。

上記プリフォーム４は、マツチングオイル５が入った容
器６中にある。容器６全体をステップモータ７により、
Ｘ、Ｙの両方向に移動できるようにする。

上記レンズ８は、球面レンズであり、プリフォーム４を
通る光線２を結像させるために設ける。

上記チッソパＩｆは、空間フィルタに相当し、その形状
は、第７図に示すとおりである。

上記光検出器１５は、フォトダイオードを用いる。

チッソパ１１に設けた参照信号検出器１４と、光検出器
１５は、上記タイマーカウンタ１７に接続され、さらに
コンピュータ１８に接続される。

次に、従来の方法における作用を述べる。

プリフォーム４の軸方向に対して垂直な光＆Ｉ２を当て
ると、プリフォーム４は円筒レンズのように作用する。

プリフォーム４の内部を横切る光線２は、内部の屈折率
分布に依存した屈折を受ける。

このため、この屈折角を測定すれば逆に光線２が通過し
た部分の屈折率を計算できる。プリフォーム４をＸ、Ｙ
方向に移動して測定すれば、２次元的な屈折率分布の測
定が可能となる。

まず、光＆！１２は、プリフォーム４の軸方向に垂直に
入射する。ここで、プリフォーム４を通過して像面１６
に達する光線を考える。入射した光線２は、プリフォー
ム４の屈折率分布により、角度φ方向に曲がり、レンズ
８を通り、光検出器１５に入る。

第７図において、プリフォーム４を通らないと仮定した
平行光線は、焦点９に結像するが、プリフォーム４を通
った光線２は、焦点面内では、どれだけ屈折されたかで
決まる、焦点からずれな一点１０を通る。ここで、焦点
面内に設けた一定角速度で回転するチッソパ１１により
、光を断続させる。

こうすると、光の断続時間は光線が焦点からすれている
距Ｍｘで決まる。そこで、光の断続時間を計測すれば、
逆に屈折角φを求めることができる。光の断続時間は、
チッソパー１が参照信号用検出器１４を通じスタート信
号を発してから、対応した光線が通過し、光検出器１５
が光線を検出し、ストップ信号を発するまでの時間であ
り、スタート信号、ストップ信号をタイマーカウンター
７に与えることによって測定する。

屈折角φは、次式から求められる。

φ＝ｔａｎ−’（−’ヨ）　　　　　　　−・−・〜・
−（１）ｆ：レンズ８の焦点距離 Ｘ：出射光スポットの位置 この屈折角φから、プリフォーム４の屈折率分布ｎ　（
ｒ）は、次式で求められる。

ｎ寞　：マツチングオイル５の屈折率 ａニブリフォーム４の半径 プリフォーム４をステップモータ７により、Ｘ方向に動
かすと、その位置の関数としての屈折角が求まる。この
結果から直接、屈折率分布を測定することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した従来の屈折率分布の測定方法は、レンズをプリ
フォームの後方に設けたので、測定精度がレンズの性能
に依存し、かつ測定できる最大の屈折角がレンズの口径
によって制限される。また、測定できる最大のブリフォ
ームロ径は、レンズの口径、焦点距離に依存するが、上
記の高精度レンズの口径を大きくするのは困難であるた
め、大口径のプリフォームの測定は実質的に困難だった
。

さらに、結像のための一定の光路長が必要であるため、
装置が大型かつ複雑になるという欠点があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記従来の課題を解決する本発明は、チョッパを光線の
光軸方向に移動し、又は、同期する２個のチョッパをそ
れぞれ光線の光軸に垂直に設ける構成としている。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。

第６図に示した測定方法と同じ構成については、説明を
省略する。

第１図は、本発明の第１実施例の測定構成をＹ方向から
見た説明図である。

本実施例の屈折率分布の測定構成は、プリフォーム４の
軸の垂直方向から光線２を照射する光源１と、プリフォ
ーム４と光検出器１５との間に設けた一定角速度で回転
するチョッパ１１と、プリフォーム４を通過した光線を
検出する光検出器１５とからなる。

上記光源ｌは、レーザを直接用いる代わりに、レーザに
光ファイバを接続し、光ファイバの出射側端面にコリメ
ータを設けてもよい。

上記チｇ７パ１１は、ステップモータにより、Ｘ。

Ｙ方向に移動できるようにする。

チョッパ１１の代わりに液晶シャッタを用いてもよい、
液晶シャッタには、液晶セルを直線的に配置し、液晶セ
ルを順次不透明化及び順次透明化することにより、光線
２を遮る。チョッパは、回転中に回転速度にむらがあっ
ても、１回転以下の時間内では制御できないが、液晶シ
ャッタは、直線的に走査できるので、上記欠点がなくな
る。また、チョッパは、機械的部分があるので全体の精
度、制御性が制限を受けるが、液晶シャッタは、全電子
的に構成できるので、上記欠点がなくなる。

上記光検出器１５は、チョッパ１１の後方であれば、ど
こに設けてもよい。プリフォーム４により屈折した光線
２を検出できるように、充分大きな口径とする。

また、第２図に示すように大きい口径の光検出器１５の
代わりに、大きい口径のオパールグラス又は内部散乱性
物体（内部に散乱体を含むガラス又はプラスチックなど
の光散乱体）１９を設け、その下方に小さい口径の光検
出器２０を設けることができる。オパールグラス又は内
部散乱性物体１９のどの位置に光が当たっても、光は多
重散乱を受けて光検出器２０に届く、大きい口径の光検
出器では、雑音が大きく、応答が遅く、高価だが、上記
組み合わせにすると、これらの欠点がなくなる。また、
口径の変更が必要となっても、オパールグラスを変える
だけでよい。

上記光検出器１５の前面に偏光板を設置すると、光パル
スの高さに内部応力に関する情報が含まれるので、屈折
率と内部応力とを同時に測定することにより、内部応力
による屈折率変化を補正した結果を計算することができ
る。

次に、屈折率分布を求める方法を述べる。

まず、プリフォーム４を通らないと仮定した平行光線と
、プリフォームを通った光線２の位置２゜におけるずれ
ΔＸを求める。

次に、チョッパ１１を光線の光軸３の方向にプリフォー
ム４寄りにΔ２ずらして位置ｚ８において同じ測定を行
い、ΔＸ゛を求める。屈折角φは、次式から求められる
。

この屈折角φから、プリフォーム４の屈折率分布ｎ　（
ｒｌは、（２）式で求められる。

第３図は、本発明の第２実施例の測定構成をＹ方向から
見た説明図である。

同形状、同位相で、同期する第１のチョッパ１２と第２
のチョッパ１３をプリフォーム４と光検出器１５との間
に、それぞれ光線の光軸３に垂直にΔ２離して設ける。

第４図Ｔａｌ、　ｉｂｌ、第５図（ａｌ、　（ｂｌにお
いて、チョッパの羽根は、上から下に移動する。

φが負のとき、第４図＋１１１のように第１のチョッパ
１２が第２のチョッパ１３より先に光線２に遮るので、
明から暗に転じる時刻は、第１のチョッパ１２によるΔ
Ｘ゛の位置を示す、一方、第４図中）のように暗から明
に転じる時刻は、第２のチョッパ１３が光１２から外れ
るときであるから、ΔＸを示す。

φが正のとき、第５図ｔａｌのように第２のチョッパ１
３が第１のチョッパ１２より先に光線２を遮るので、明
から暗に転じる時刻は、第２のチョッパ１３によるΔＸ
の位置を示す、一方、暗から明に転じる時刻は、第５図
（ｂ）のように第１のチョッパ１２が光線２から外れる
ときであるから、ΔＸ゛を示す。

ΔＸ、Δｘ゛、Δ２を用い、（３）式から屈折角φを求
める。

本実施例では、同期する２個のチョッパを用いたことに
より、ΔＸ、ΔＸ゛を一度に測定することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、プリフォームと光検出器
との間に回転するチョッパを設け、チヨツパを光線の光
軸方向に移動し、又は、同期する２個のチョッパをそれ
ぞれ光線の光軸に垂直に設けることにより、結像レンズ
が不要となり、レンズの口径により測定できる屈折角が
制限されない効果がある。その他、■レンズにより、プ
リフォームの口径が制限されないため、どのように大き
なプリフォームでも測定できる。■レンズを使用しない
ので、装置が簡単になる。■レンズの焦点距離等に制限
されないので、光路を短くでき、装置を小型化できる。

また、プリフォームと光検出器との間に回転する１個の
チョッパを設け、チョッパを移動しない場合、ΔＸとプ
リフォームの中心軸からチョッパまでの距ｆｉＬとを用
いると、屈折率φは、次式から求められる。

−ΔＸ φ−ｊ　ａ　ｎ　’　（Ｌ　） ここにＬは、近偵的に 、＝且１」±＋Ｌａ Ｌｐニブリフォームの中心軸から容器の出射窓外側面ま
での距離 ｎ２　：マッチングオイルの屈折率 Ｌａ：容器の出射窓外側面からチョッパまでの距離 ΔＬ：補正項 屈折角φから、プリフォームの屈折率分布ｎ　（ｒｌは
、（２）式で求められる。

しかし、Ｌは厳密な意味では一般に正確に測定できない
。補正項ΔＬは、実はφ及びプリフォームの口径に依存
しているためである。すなわち、ΔＬ〜ｙ−ｔａｎ（φ
／２） 補正を繰り返すことにより、正確な値に近づくが、大口
径プリフォーム、高ＮＡプリフォームにおいて、実用的
な補正の範囲ではなお誤差が大きい可能性もある。

本発明では、チョッパを移動した距離又は２個のチョッ
パ間の距離は、マイクロメータ等で正確に測定できるの
で、屈折角を正確に求めることができる。

から見た状態の説明図、第４図（ａｌは本発明の第２実
施例において屈折角φが負のとき、明から暗に転じる場
合、第４図（ｂｌは暗から明に転しる場合、第１の千９
７パ１２と第２チヨツパ１３をＹ方向から見た状態の説
明図、第５図（ａｌは本発明の第２実施例においζ、屈
折角φが正のとき、明から暗に転じる場合、第５図１ｂ
＋は暗から明に転じる場合、第１のチョッパ１２と第２
のチョッパ１３をＹ方向から見た状態の説明図、第６図
は従来の測定構成をＹ方向から見た状態の説明図、第７
図は従来の測定構成において、チー１７パ１１をＺ方向
から見た状態の説明図である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の測定構成をＹ方向から見
た状態の説明図、第２図は大きい口径の光検出器１５の
代わりに大きい口径のオパールグラス又は内部散乱性物
体１９と小さい口径の光検出器２０を設けた場合、Ｙ方
向から見た状態の説明図、第３図は本発明の第２実施例
の測定構成をＹ方向・光源 ・光線 ・光線の光軸 ・プリフォーム ・チョッパ ・第１のチョッパ ・、第２のチョソパ １５・ ・光検出器 以 上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）プリフォームの軸の垂直方向から光線を照射し、
   その出射光の屈折角を測定することにより、前記プリフ
   ォーム内の屈折率分布を測定する方法において、 前記プリフォームと光検出器との間に回転するチョッパ
   を設け、前記チョッパを光線の光軸方向に移動すること
   により、プリフォーム内の屈折率分布を測定する方法。
2. （２）プリフォームと光検出器との間に同期する２個の
   チョッパをそれぞれ光線の光軸に垂直に設けたことによ
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。