JPS63195505A - Measuring method for shape of optical fiber base material - Google Patents

Measuring method for shape of optical fiber base material

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JPS63195505A
JPS63195505A JP2786287A JP2786287A JPS63195505A JP S63195505 A JPS63195505 A JP S63195505A JP 2786287 A JP2786287 A JP 2786287A JP 2786287 A JP2786287 A JP 2786287A JP S63195505 A JPS63195505 A JP S63195505A
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JP
Japan
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optical fiber
refractive index
core
base material
fiber preform
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JP2786287A
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Japanese (ja)
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Masaharu Horiguchi
堀口 正治
Hiroyuki Suda
裕之 須田
Hiroki Ito
弘樹 伊藤
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To measure the external diameter of a core, etc., with high accuracy even when an optical fiber base material and refractive index matching liquid has a difference in refractive index by multiplying the apparent core diameter of the optical fiber base material by a correction coefficient and determining the real core diameter. CONSTITUTION:The optical fiber base material 11 is dipped in the refractive index matching liquid 18 with a refractive index (n), laser luminous flux 15 is scanned at right angles to the center axis of the base material 11, and the time when the luminous flux 15 is cut off by the base material 11 is measured electrically. Then the center position of the base material 11 and the center position of the core are determined according to the obtained data and the observed distance between the center of the base material 11 and the center of the core is found from those data. Then, the external diameter and apparent core diameter are determined according to those data and the apparent core diameter is multiplied by the correction coefficient K=n/n1 (n1: refractive index of the clad of the base material 11) to determine the real core diameter. Thus, simple calculation or correction like this is added to accurately evaluate the shape of the base material with high accuracy.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光ファイバ母材の形状すなわち外径。[Detailed description of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to the shape of the optical fiber preform, that is, the outer diameter.

外径非円率、コア径、コア非円率及びコア偏心率を高精
度に測定する方法に関するものである。
The present invention relates to a method of measuring outer diameter noncircularity, core diameter, core noncircularity, and core eccentricity with high precision.

(従来の技術) 従来、光ファイバ母材の形状測定方法としては、第2図
に示す如く、光学系1の送出部1aと受光部1bとの中
間に該送出部1aからのレーザ光束2に対し垂直な面内
に前後2枚の窓材4を存する容器3を配し、該容器3内
に前記レーザ光束2と直角方向に被測定物の光ファイバ
母材5の中心軸を回転可能に配し、該光ファイバ母材5
をその中心軸に関し任意の角度に回転すると共に軸方向
へ任意の長さ毎に移動可能な機構を有する光ファイバ母
材の形状測定装置において、前記容器3に屈折率nが なる関係を満足する屈折率整合液6を満たし、前記光フ
ァイバ母材5の中心軸に対し垂直方向に前記レーザ光束
2を走査することにより、該レーザ光束2が前記光ファ
イバ母材5によって遮られる時間を電気的に計測して測
定する方法が知られている。
(Prior Art) Conventionally, as a method for measuring the shape of an optical fiber preform, as shown in FIG. A container 3 having two front and rear windows 4 is disposed in a plane perpendicular to the object, and the central axis of the optical fiber base material 5 to be measured can be rotated in the container 3 in a direction perpendicular to the laser beam 2. The optical fiber base material 5
In an apparatus for measuring the shape of an optical fiber preform, which has a mechanism capable of rotating the base material at any angle about its central axis and moving it by any length in the axial direction, the container 3 satisfies the relationship that the refractive index is n. By filling the refractive index matching liquid 6 and scanning the laser beam 2 in a direction perpendicular to the central axis of the optical fiber preform 5, the time during which the laser beam 2 is blocked by the optical fiber preform 5 is electrically determined. There is a known method of measuring.

(発明が解決しようとする問題点) 前記従来の測定方法では、光ファイバ母材5の屈折率と
の差が十分小さな屈折率を有する屈折率整合液6に浸漬
させることにより、光ファイバ母材5の外周すなわちク
ラッドと屈折率整合液6との境界でクラッド部のレンズ
効果を受けることもなく、レーザ光束2の屈折を回避で
きるので、外径、外径非円率はもとより、光ファイバ母
材5の内部のコア径、コア非円率を極めて高精度に測定
できるが、光ファイバ母材5を浸漬させる屈折率1O−
3(n≠n t )の条件を満たすように高精度に調整
する必要があるという問題点があった。
(Problems to be Solved by the Invention) In the conventional measuring method, the optical fiber preform 5 is immersed in a refractive index matching liquid 6 having a sufficiently small refractive index difference from the refractive index of the optical fiber preform 5. 5, that is, the boundary between the cladding and the refractive index matching liquid 6, there is no lens effect of the cladding part, and refraction of the laser beam 2 can be avoided. Although the core diameter and core non-circularity inside the optical fiber material 5 can be measured with extremely high precision, the refractive index of 1O-
There is a problem in that it is necessary to perform adjustment with high precision so as to satisfy the condition of 3 (n≠nt).

本発明の目的は上記問題点に鑑み、光ファイバ母材と屈
折率整合液との屈折率差が若干あっても高精度に外径、
外径非円率、コア径、コア非円率、コア偏心率を測定で
きる光ファイバ母材の形状測定方法を提供することにあ
る。
In view of the above-mentioned problems, an object of the present invention is to accurately adjust the outer diameter even if there is a slight difference in refractive index between the optical fiber base material and the refractive index matching liquid.
An object of the present invention is to provide a method for measuring the shape of an optical fiber preform by which the outer diameter noncircularity, core diameter, core noncircularity, and core eccentricity can be measured.

(問題点を解決するための手段) 本発明は上記目的を達成するため、屈折率nの屈折率整
合液に光ファイバ母材を浸漬し、該光ファイバ母材の中
心軸に対し垂直方向にレーザ光束を走査し、該レーザ光
束が該光ファイバ母材によって遮られる時間を電気的に
計測する第1の工程と、第1の工程により得られたデー
タを基に、前記光ファイバ母材の中心位置及びコアの中
心位置を決定する第2の工程と、前記光ファイバ母材の
中心位置とコアの中心位置とのデータから該光ファイバ
母材の中心と該コアの中心との観測距離を求める第3の
工程と、第1の工程のデータを基に外径及び見かけのコ
ア径を決定し、さらに接見かけのコア径に補正係数K 
= n / n 1  (ただし、n は光ファイバ母
材のクラッドの屈折率を表わす)を乗じて真のコア径を
決定する第4の工程とを有することを特、徴とする。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention immerses an optical fiber preform in a refractive index matching liquid having a refractive index n, and immerses the optical fiber preform in a direction perpendicular to the central axis of the optical fiber preform. A first step of scanning a laser beam and electrically measuring the time during which the laser beam is intercepted by the optical fiber preform; and based on the data obtained in the first step, A second step of determining the center position and the center position of the core, and determining the observed distance between the center of the optical fiber preform and the center of the core from the data of the center position of the optical fiber preform and the center position of the core. The outer diameter and apparent core diameter are determined based on the data of the third step and the first step, and the correction coefficient K is added to the apparent core diameter.
= n / n 1 (where n represents the refractive index of the cladding of the optical fiber base material) to determine the true core diameter.

(作用) 以上の構成によれば、屈折率nの屈折率整合液に浸漬さ
せた光ファイバ母材の中心軸に対し垂直方向にレーザ光
束を照射して得られた電気的データにより光ファイバ母
材の中心位置及びコアの中心位置が決定され、この各々
の中心位置から光ファイバ母材の中心とコアの中心との
距離が決定され、さらに前記電気的データにより外径及
び見かけのコア径が決定され、接見かけのコア径に補正
係数に−n / n 1を乗じることにより真のコア径
が決定される。
(Function) According to the above configuration, electrical data obtained by irradiating a laser beam perpendicularly to the central axis of the optical fiber base material immersed in a refractive index matching liquid with a refractive index n is used to adjust the optical fiber base material. The center position of the material and the center position of the core are determined, the distance between the center of the optical fiber base material and the center of the core is determined from each center position, and the outer diameter and apparent core diameter are determined based on the electrical data. The true core diameter is determined by multiplying the apparent core diameter by a correction factor of −n/n 1.

(実施例) 第1図は本発明に使用する光ファイバ母材の形状測定装
置の実施例を示す概念図でる。図中、10は非接触のレ
ーザ形状測定部の光学系で、レーザ光束の送出(走査部
)10aと受光部(系)10bとを一体に連結してなる
。11は測定対象の石英系の光ファイバ母材、12は光
ファイバ母材11を保持する一対のチャック、13は屈
折率整合液を収容するガラス容器、14はレーザ光束1
5と直角な面内にある石英製の透明な窓材、16はチャ
ック12と連結した回転シャフト17とガラス容器13
内の気密を保持するオイルシール軸受、18はガラス容
器13内に充填された屈折率整合液、19は回転シャフ
ト17を一定角度毎に回転させる機能を有するパルスモ
ータ、19′は回転シャフト17の軸受、20は光学系
10を光ファイバ母材11の軸方向へ一定の間隔で移動
せしめるパルスモータ、21はパルスモータ20の駆動
力を伝達するネジ付回転シャフトで、前記光学系10の
一部に螺装されており、この回転シャフト21の回転に
より光学系10が光ファイバ母材11の軸方向に対して
前進後退する。22は回転シャフト21の軸受、23は
光学系10で測定した信号を処理する電気信号処理部、
24は装置全体を制御すると共に処理された電気信号を
演算処理するミニコンピユータ、25は演算結果を表示
するX−Yブロックである。
(Embodiment) FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of an optical fiber preform shape measuring device used in the present invention. In the figure, reference numeral 10 denotes an optical system of a non-contact laser shape measuring section, which is formed by integrally connecting a laser beam transmitting section (scanning section) 10a and a light receiving section (system) 10b. 11 is a quartz-based optical fiber preform to be measured, 12 is a pair of chucks that hold the optical fiber preform 11, 13 is a glass container containing a refractive index matching liquid, and 14 is a laser beam 1
A transparent window material made of quartz is located in a plane perpendicular to 5, and 16 is a rotating shaft 17 connected to the chuck 12 and a glass container 13.
18 is a refractive index matching liquid filled in the glass container 13; 19 is a pulse motor having the function of rotating the rotary shaft 17 at fixed angles; 19' is a rotary shaft 17; A bearing, 20 is a pulse motor that moves the optical system 10 at regular intervals in the axial direction of the optical fiber base material 11, and 21 is a threaded rotating shaft that transmits the driving force of the pulse motor 20, which is a part of the optical system 10. The rotation of the rotating shaft 21 causes the optical system 10 to advance and retreat in the axial direction of the optical fiber preform 11. 22 is a bearing of the rotating shaft 21; 23 is an electric signal processing unit that processes signals measured by the optical system 10;
24 is a minicomputer that controls the entire device and performs arithmetic processing on the processed electrical signals; 25 is an XY block that displays the calculation results.

これを動作するには、先ず石英系の単一モード用光ファ
イバ母材11をチャック12により固定し、ガラス容器
13の内部に温度25℃で屈折率1.3308の純水(
屈折率整合液18)を満たす。ついで、光学系10を動
作させ、He−Neレーザの平行光束15を光ファイバ
母体11の中心軸に対し直角方向に走査し、そのときの
受光信号を、電気信号処理部23へ送出する。第3図は
受光信号の測定例を模式的に示したものであり、信号強
度が著しく減少するA及びA′点は光ファイバ母材11
のクラッド部と屈折率整合液18との境界を、同様にB
及びB゛点は、光ファイバ母材11のクラッド部とコア
部の境界に対応する。
To operate this, first, a quartz-based single-mode optical fiber base material 11 is fixed with a chuck 12, and pure water (with a refractive index of 1.3308) at a temperature of 25° C. is placed inside a glass container 13.
Fill with refractive index matching liquid 18). Next, the optical system 10 is operated to scan the parallel light beam 15 of the He-Ne laser in a direction perpendicular to the central axis of the optical fiber matrix 11, and the received light signal at that time is sent to the electrical signal processing section 23. Fig. 3 schematically shows an example of measuring the received light signal, and points A and A' where the signal intensity decreases significantly are located at the optical fiber base material 11.
Similarly, the boundary between the cladding part and the refractive index matching liquid 18 is
and point B corresponds to the boundary between the cladding part and the core part of the optical fiber preform 11.

また0点での信号は測定の基準となるナイフェツジの信
号である。ここで、これらのパルス状信号間の時間1,
11.1  及びt3を電気的に測定することにより光
ファイバ母材11の寸法を決定することができる。ただ
し、屈折率整合液18の屈折率nは後述する如く、 なる関係を満足するようになしであるため、nlとnと
の差が比較的大きく光ファイバ母材11のコア近傍を通
過する光は、クラッド部及び屈折率整合液18の境界で
屈折の影響を受ける。従って、クラッド部及び屈折率整
合液18の屈折率差が十分少さい場合(例えば (nl
−n)/n1O−3)には、コアの位置に相当するパル
スは、本来第3図の時間軸上においてD及びD′の位置
に現われるのに対し、本実施例ではクラッド部のレンズ
効果によりB及びB′の位置に現われため若干の補正が
必要となる。
Further, the signal at the 0 point is a knife signal that serves as a reference for measurement. Here, the time between these pulsed signals 1,
The dimensions of the optical fiber preform 11 can be determined by electrically measuring 11.1 and t3. However, as will be described later, the refractive index n of the refractive index matching liquid 18 is nil so as to satisfy the following relationship. is affected by refraction at the boundary between the cladding portion and the refractive index matching liquid 18. Therefore, if the refractive index difference between the cladding part and the refractive index matching liquid 18 is sufficiently small (for example, (nl
-n)/n1O-3), pulses corresponding to the core position originally appear at positions D and D' on the time axis in FIG. 3, but in this example, the lens effect of the cladding part Therefore, a slight correction is required because it appears at the positions B and B'.

以下に寸法を決定するためのアルゴリズムの一例を示す
An example of an algorithm for determining dimensions is shown below.

手順−1,上述の方法でt  、tt、t2及びt3を
測定する。
Step-1: Measure t, tt, t2 and t3 using the method described above.

手順−2,コア及び光ファイバ母材の中心位置を決定す
る。
Step-2: Determine the center position of the core and optical fiber preform.

光ファイバ母材の中心位置(Tb) −(t  +t3)/2・・・(1) コアの中心位置(Ta ) −<t  +t2)/2・・・(2) ■ 手順−3,光ファイバ母材の中心とコアの中心との観測
距離を求める。
Center position of optical fiber base material (Tb) -(t + t3)/2...(1) Center position of core (Ta) -<t+t2)/2...(2) ■ Step-3, Optical fiber Find the observation distance between the center of the base material and the center of the core.

中心間の観測距離(△E、) −l  Ta  −Tb  l  −(3)手順−4,
コア径及び外径を決定する。
Observation distance between centers (△E,) −l Ta −Tb l −(3) Procedure-4,
Determine the core diameter and outer diameter.

見かけのコア径(1) −1−1・・・(4)a   
 2  1 真のコア径  (t  )=(n/n、)  Φt 。
Apparent core diameter (1) -1-1...(4)a
2 1 True core diameter (t) = (n/n,) Φt.

−(n/nl) ・ (12−1,)・・・(5) 外径     (1)−13−18・・・(6)以上は
、時間領域での測定であるが、これらを較正することに
より実寸法は容易に決定される。
-(n/nl) ・ (12-1,)...(5) Outer diameter (1)-13-18...(6) The above are measurements in the time domain, but these should be calibrated. The actual dimensions can therefore be easily determined.

なお、(5)式の補正係数K W n / n lにつ
いては後述する。また、式(1)〜(3)は中心位置に
関する数値決定であるので補正の必要は無く外径(t、
)についても、光線の曲がりを考慮しなくとも良いので
補正の必要は無い。
Note that the correction coefficient K W n /n l in equation (5) will be described later. In addition, since equations (1) to (3) are numerical determinations related to the center position, there is no need for correction and the outer diameter (t,
) also need not be corrected since it is not necessary to consider the bending of the light ray.

次に、これらのデータは電気信号処理部23で数十回か
ら数千回の平均化処理を行なった後、ミニコンピユータ
25に内臓された記憶装置に記憶される。ついで、ミニ
コンピユータ24よりパルスモータ−9にパルス信号を
送り、回転シャフト17を3°回転せしめ、上記と同様
の測定を行う。
Next, these data are averaged several dozen to several thousand times in the electrical signal processing section 23, and then stored in a storage device built into the minicomputer 25. Next, a pulse signal is sent from the minicomputer 24 to the pulse motor 9 to rotate the rotary shaft 17 by 3 degrees, and the same measurement as above is performed.

この際、第3図のA、、IM、B、B”の各点はそれら
の相対的な時間位置もデータとして記録される。これら
のデータは、第3図においてコアが偏心している場合、
その偏心量を、さらにコア径及び外径の非円率を決定す
るのに用いることができる。
At this time, the relative time positions of the points A, IM, B, and B'' in Figure 3 are also recorded as data.These data are
The amount of eccentricity can be used to further determine the non-circularity of the core diameter and outer diameter.

以下、上記と同様な測定を、全回転角(380’方向)
について実施しく測定点120点)、それらのデータを
ミニコンピユータ24に記録する。
Hereinafter, the same measurements as above will be carried out at the full rotation angle (380' direction).
120 measurement points) and record the data on the minicomputer 24.

ここで、互いに180°異なる2点(例えば30゜と2
10’)での測定値は、それらの平均値を持って実測値
とする。これにより偏心がある場合のレンズ効果による
誤差を相殺できる。
Here, two points that are 180° different from each other (for example, 30° and 2
10'), the average value thereof is taken as the actual value. This makes it possible to offset errors caused by lens effects when there is eccentricity.

ついで、ミニコンピユータ24より、パルスモータ20
ヘパルスを送出しネジ付回転シャフト21を回転させ光
学系10を光ファイバ母材11の軸方向へ5mm移動せ
しめ、上記と同様の測定(lJI定点120点)を実施
する。以下、光学系10を5mm間隔で繰り返し移動さ
せながら上記の測定を実施し結果をプロッタ25で表示
すれば、光ファイバ母材11の軸方向について、外径、
外径非円率、コア径、コア非円率、コア偏心率及びコア
中心とクラッド中心の真直度が高精度で求められる。ま
た、測定間隔は、所要の範囲で任意に選定できる。
Then, from the minicomputer 24, the pulse motor 20
The optical system 10 is moved by 5 mm in the axial direction of the optical fiber preform 11 by sending out a pulse and rotating the threaded rotating shaft 21, and the same measurement as above (120 lJI fixed points) is carried out. Hereinafter, by carrying out the above measurements while repeatedly moving the optical system 10 at intervals of 5 mm, and displaying the results on the plotter 25, the outer diameter,
The outer diameter non-circularity, core diameter, core non-circularity, core eccentricity, and straightness of the core center and clad center are determined with high precision. Further, the measurement interval can be arbitrarily selected within a required range.

なお、外径及びコア非円率、コア偏心率は、単一モード
光ファイバ母材の場合、次式で与えられる。
Note that the outer diameter, core non-circularity, and core eccentricity are given by the following formula in the case of a single mode optical fiber preform.

外径非円率−(最大外径−最小外径)/(標準外径)X
100(%) コア非円率−(最大コア径−最小コア径)/(標準コア
径)X100(%) コア偏心率−(母材の中心とコアの中心との距離)/(
標準外径)X100(%) コア中心の真直度−母材の中心位置の長手方向依存性 クラッド中心の真直度−コアの中心位置の長手方向依存
性 第4図はコア偏心率の測定方法を模式的に示した原理図
で、ΔE とΔE2は母材の回転角が相■ 互に90°ずれた角度での母材中心とコア中心間の観測
距離であり前記式(3)より求められるものである。こ
こに、母材中心とコア中心との距離(△E;時間換算)
は三平方の定理より次の(ア)また、各々の計算で用い
ている標準外径及び標準コア径は、一定の規格の母材に
対しては、所定の規格値を、規格が定まっていない場合
は、外径及びコア径の測定値の平均値で代表させること
ができる。
Outer diameter non-circularity - (Maximum outer diameter - Minimum outer diameter) / (Standard outer diameter)
100 (%) Core noncircularity - (Maximum core diameter - Minimum core diameter) / (Standard core diameter) x 100 (%) Core eccentricity - (Distance between the center of the base material and the center of the core) / (
Standard outer diameter) x 100 (%) Straightness of the core center - Longitudinal dependence of the center position of the base metal Straightness of the cladding center - Longitudinal dependence of the center position of the core Figure 4 shows how to measure the core eccentricity. In the diagram schematically showing the principle, ΔE and ΔE2 are the observed distances between the center of the base material and the center of the core when the rotation angles of the base metal are deviated by 90 degrees from each other, and are obtained from the above formula (3). It is something. Here, the distance between the center of the base material and the center of the core (△E; time conversion)
According to the Pythagorean Theorem, the following (a) Also, the standard outer diameter and standard core diameter used in each calculation are based on the specified standard value for the base material of a certain standard. If not, it can be represented by the average value of the measured values of the outer diameter and core diameter.

また、本実施例では、光ファイバ母材を横に保持する場
合についても説明したが、装置構成上縦型にすることも
できる。
Further, in this embodiment, the case where the optical fiber preform is held horizontally has been described, but it can also be held vertically depending on the device configuration.

以下では、屈折率整合液の屈折率の条件と第3図に示す
信号が得られる原理について説明する。
Below, the refractive index conditions of the refractive index matching liquid and the principle for obtaining the signal shown in FIG. 3 will be explained.

第5図は本測定装置の動作に関する譚明図であって、第
1図の光学系10の断面を示したものであり、26は集
光レンズ、27は光探知器である。
FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of this measuring device, showing a cross section of the optical system 10 shown in FIG. 1, in which 26 is a condenser lens and 27 is a light detector.

第5図において、P−P−、Q−Q−、R−R。In FIG. 5, P-P-, Q-Q-, R-R.

S−S″、T−T−はX方向に走査されたHe−Neレ
ーザ光束を示しており、X方向での光束の位置と受信さ
れる光信号の関係はn < n 1の場合以下の通りで
ある。ここで第5図は、窓材14が屈折率n1の石英か
らなる場合について示しており、このようにすることに
より屈折率整合液18との間の無用の反射を低減するこ
とができる。窓材14の屈折率のntからのずれは、測
定に本質的な影響を与えることはない。
SS'', T-T- indicate the He-Ne laser beam scanned in the X direction, and the relationship between the position of the beam in the X direction and the received optical signal is as follows when n < n 1. Here, FIG. 5 shows the case where the window material 14 is made of quartz with a refractive index n1, and by doing so, unnecessary reflection with the refractive index matching liquid 18 can be reduced. The deviation of the refractive index of the window material 14 from nt does not essentially affect the measurement.

すなわち、窓材14に対し垂直方向に入射したHe−N
eレーザ光束は、光ファイバ母材11のクラッド及びコ
アに接する際、接点における媒質相互間の屈折率の大小
関係によって、屈折又は反射し集光レンズ26から外れ
るため光検知器27にほとんど受光されなくなる。屈折
又は反射の条件は下記の通りである。
In other words, He-N incident perpendicularly to the window material 14
When the e-laser beam comes into contact with the cladding and core of the optical fiber base material 11, it is refracted or reflected depending on the magnitude relationship of the refractive index between the media at the contact point and leaves the condensing lens 26, so that most of it is not received by the photodetector 27. It disappears. The conditions for refraction or reflection are as follows.

(1)光ファイバ母材11のクラッド外周上での屈折と
反射 (a)n<nl  の場合屈折する。
(1) Refraction and reflection on the outer periphery of the cladding of the optical fiber preform 11 (a) When n<nl, refraction occurs.

(b) n > n 1の場合反射する。(b) If n>n1, it is reflected.

(2)光ファイバ母材11のコア外周での屈折(a)常
にn  < n Oであるため屈折する。
(2) Refraction at the outer periphery of the core of the optical fiber preform 11 (a) Since n < n O is always satisfied, the optical fiber is refracted.

■ 上記の接点以外では、各媒質間の屈折率の差は少ないた
め光束はほぼ直進し、集光レンズ26により集光され、
光検知器27に受光される。
■ Other than the above contact points, the difference in refractive index between each medium is small, so the light beam travels almost straight and is condensed by the condenser lens 26.
The light is received by the photodetector 27.

以上のような理由で、第3図にようなパルス状の光出力
が得られることが説明された。ここで、このパルスがあ
る程度の幅を有するのは、入射光束のスポットサイズが
有限でありかつその強度分布がほぼガウス状の分布をし
てなり、光検知器27の受光面がある程度の大きさを有
しているためである。第3図の測定例では、スポットサ
イズは9. 1mmφ(1/e2) 、受光器の開口は
幅3mmであり、受光器の前の集光レンズ26の焦点距
離は150mmであった。こうしたパルスの広がりによ
る測定誤差は、基準サンプルを用いて較正することによ
り十分な精度まで容易に低減することができる。
It has been explained that the pulsed light output as shown in FIG. 3 can be obtained for the above reasons. Here, this pulse has a certain width because the spot size of the incident light beam is finite and its intensity distribution is approximately Gaussian, and the light receiving surface of the photodetector 27 has a certain size. This is because it has In the measurement example shown in FIG. 3, the spot size is 9. 1 mmφ (1/e2), the aperture of the light receiver was 3 mm wide, and the focal length of the condenser lens 26 in front of the light receiver was 150 mm. Measurement errors due to such pulse broadening can be easily reduced to sufficient accuracy by calibrating using a reference sample.

つぎに、クラッド表面での光束の屈折の効果を補正する
係数には、以下のように求められる。第5図いおいて、
スネルの法則により次式が得られる。
Next, the coefficient for correcting the effect of refraction of the light beam on the cladding surface is determined as follows. In addition to Figure 5,
The following equation is obtained by Snell's law.

一方、光束Sがθ′点で接したとき、第5図の距離Aは A−bsinθ1−(9) で与えられる。On the other hand, when the light beams S meet at point θ', the distance A in Fig. 5 is A-bsinθ1-(9) is given by

また三角形s’oo−で、0O−−a、S”0−b、 
  o−s″0−02であるから、次式が得られる。
Also, in the triangle s'oo-, 0O--a, S"0-b,
Since o-s''0-02, the following equation is obtained.

bsinθ2−a              (10
)式(8)〜(10)式より、光束Sがコアに接すると
きのコア半径に相当する測定値Aは で与えられる。
bsinθ2-a (10
) From equations (8) to (10), the measured value A corresponding to the core radius when the light flux S contacts the core is given by:

すなわち、コア寸法の決定に際しては、a−n/n  
−A−に−A   −(12)に−n/n1    ・
113) の関係式を後いて、コアの実効値を決定することができ
る。すなわち前記式(5)は、見かけのコア径t に補
正係数K −n / n 、を乗じて実効値すなわち真
のコア径t を求めたものである。
That is, when determining the core dimensions, a-n/n
-A- to-A-(12) to-n/n1 ・
113), the effective value of the core can be determined. That is, the above formula (5) is obtained by multiplying the apparent core diameter t by the correction coefficient K -n/n to obtain the effective value, that is, the true core diameter t.

ここで、本実施例でのKは、以下のように求められる。Here, K in this example is obtained as follows.

母材11のクラッド部は、純粋石英であり、He−Ne
レーザ波長での屈折率ntは室温(25℃)において、 n 1−1 、4565 である。同様に純水の屈折率nは、室温(25℃)にお
いて、 n−1,3308 である。したがって、 K−0,9137 を得る。
The cladding part of the base material 11 is made of pure quartz and is made of He-Ne.
The refractive index nt at the laser wavelength is n 1-1 , 4565 at room temperature (25° C.). Similarly, the refractive index n of pure water is n-1,3308 at room temperature (25°C). Therefore, we get K-0,9137.

一般に、屈折率整合液の屈折率は表1の如く温度によっ
て変化することが知られている。
It is generally known that the refractive index of a refractive index matching liquid changes with temperature as shown in Table 1.

表1からも明らかなように、本実施例での使用している
純水は、一般に屈折率整合液として使用頻度の高いシリ
コーン油と比較して屈折率の温度変化は役1/4と小さ
く、温度変動による誤差も十分低減できる。すなわちK
の温度変化はで表わされるからT−35℃(温度差ΔT
−10℃)のとき、 K−0,9132 を得る。このとき補正係数にの変化は0.05%であり
、実用上十分な測定精度を保証できることがわかる。
As is clear from Table 1, the temperature change in the refractive index of the pure water used in this example is only 1/4 of that of silicone oil, which is commonly used as a refractive index matching liquid. , errors due to temperature fluctuations can also be sufficiently reduced. That is, K
Since the temperature change is expressed as T-35℃ (temperature difference ΔT
-10℃), obtain K-0,9132. At this time, the change in the correction coefficient is 0.05%, which indicates that practically sufficient measurement accuracy can be guaranteed.

さらに、純水は、その粘度が温度25℃において8.9
X10−3ポアズと小さいため、母材回転時に屈折率の
局部的なゆらぎの発生および気泡の発生を防止し、第3
図の受光パルスのノイズを生じない。
Furthermore, pure water has a viscosity of 8.9 at a temperature of 25°C.
Because it is as small as
No noise is generated in the received light pulse as shown in the figure.

次に、被測定母材に偏心がある場合について、屈折率整
合液の屈折率条件と測定誤差との関係について詳述する
。第6図に示すように、母材のコア偏心をd (mm)
  (b / a = 15 、外径す一15mm、コ
ア径a■1 mm)について測定誤差12AoxK−2
al/2aX100 (%)を数値計算によって求める
と、第7図のような結果が得られる。例えば屈折率整合
液が水の場合θ−0、π/2、π、3/2πでは偏心率
3%においてコア径の測定誤差は0.3%以下であるこ
とがわかる。
Next, the relationship between the refractive index conditions of the refractive index matching liquid and the measurement error will be described in detail in the case where the base material to be measured has eccentricity. As shown in Figure 6, the core eccentricity of the base material is d (mm)
(b/a = 15, outer diameter 15mm, core diameter a 1mm) Measurement error 12AoxK-2
When al/2aX100 (%) is determined by numerical calculation, the results shown in FIG. 7 are obtained. For example, when the refractive index matching liquid is water, it can be seen that at θ-0, π/2, π, and 3/2π, the core diameter measurement error is 0.3% or less when the eccentricity is 3%.

一方、屈折率整合液が全く無い空気の場合、すなわち比
屈折率差Δ−(nl−n) /nX 100−31%の
場合、同一条件でのコア径の測定の誤差は1.4%にも
及ぶことがわかる。なお。本測定方法が主対象とする単
一モード光ファイバ用母材のコア偏心率は屈折率nが1
.3308の純水の場合通常2%以下であり、このとき
測定誤差は0.1%以下に抑制される。
On the other hand, in the case of air without any refractive index matching liquid, that is, when the relative refractive index difference Δ-(nl-n)/nX is 100-31%, the error in core diameter measurement under the same conditions is 1.4%. It can be seen that this also applies. In addition. The core eccentricity of the single mode optical fiber base material, which is the main target of this measurement method, is that the refractive index n is 1.
.. In the case of 3308 pure water, it is usually 2% or less, and in this case, the measurement error is suppressed to 0.1% or less.

一方、第7図よりθ−0,πの場合、nlとnの差が大
きくなる程測定誤差は大きくなることがわかる。本装置
の所要測定性能としては、偏心量最大5%の条件で、コ
ア径を測定誤差1%以下で測定することが要求される。
On the other hand, it can be seen from FIG. 7 that in the case of θ-0 and π, the larger the difference between nl and n, the larger the measurement error. The required measurement performance of this device is to measure the core diameter with a measurement error of 1% or less under the condition of maximum eccentricity of 5%.

。第8図は、第7図と同一条件でθ−0、偏心率5%(
d−0,75mm)の場合について、屈折率整合液とク
ラッドの屈折率との差に対するコア径の測定誤差の関係
を示したものである。第8図より、コア径の測定誤差を
1%以下にするには以下の条件が必要となる。
. Figure 8 shows the same conditions as Figure 7, θ-0, eccentricity 5% (
d-0, 75 mm), the relationship between the core diameter measurement error and the difference between the refractive index of the refractive index matching liquid and the cladding is shown. From FIG. 8, the following conditions are required to reduce the measurement error of the core diameter to 1% or less.

また、本発明の屈折率整合液のもう一方の条件として が必要となる。これは光ファイバ工場等の温度変動の多
い所でも、安定した測定ができるよう規定したものであ
る。すなわち、測定の環境温度変化として±2℃を考慮
した場合、クラッドと屈折率整合液の屈折率差の変動は
、温度係数の多きいシリコーン油を使用した場合、約0
.088%となる。従って、上記条件で、屈折率整合液
とクラブトとの境界での光信号を得るために、n≠nの
条件を満たすには、上記の変動範囲を越える屈折率差が
必要となるからである。
In addition, another condition for the refractive index matching liquid of the present invention is required. This is stipulated to enable stable measurements even in locations with frequent temperature fluctuations, such as optical fiber factories. In other words, when considering ±2°C as the environmental temperature change for measurement, the variation in the refractive index difference between the cladding and the refractive index matching liquid is approximately 0 when using silicone oil with a large temperature coefficient.
.. It becomes 088%. Therefore, under the above conditions, in order to obtain an optical signal at the boundary between the refractive index matching liquid and the club and to satisfy the condition n≠n, a refractive index difference that exceeds the above variation range is required. .

第10図は、本実施例の測定方法により、単一モード光
ファイバ用母材の偏心率を測定した結果を示す図である
。試料Aはジャケット法で作製した母材、試料Bは全合
成法で作製した母材である。
FIG. 10 is a diagram showing the results of measuring the eccentricity of a single mode optical fiber preform by the measuring method of this example. Sample A is a base material produced by a jacket method, and sample B is a base material produced by a total synthesis method.

この結果から、ジャケット法では、石英管を原母材に被
覆して単一モード光ファイバ用母材を作製する際、偏心
率が大きくなるのに対し、コアとクラッド部を同時合成
する全合成法では、偏心率が極めて小さく、平均で0.
3%以下になることが確認された。
From this result, we found that in the jacket method, the eccentricity increases when a quartz tube is coated on the base material to produce a base material for a single mode optical fiber, whereas in the jacket method, the eccentricity increases when the core and cladding parts are simultaneously synthesized. In the method, the eccentricity is extremely small, with an average of 0.
It was confirmed that it was less than 3%.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、屈折率nの屈折
率整合液に光ファイバ母材を浸漬し該光ファイバ母材の
中心軸に対し垂直方向にレーザ光束を操作し、該レーザ
光束が該光ファイバ母材によって遮られる時間を電気的
に計測する第1の工程と、第1の工程により得られたデ
ータを基に、前記光ファイバ母材の中心位置及びコアの
中心位置を決定する第2の工程と、前記光ファイバ母材
の中心位置とコアの中心位置とのデータから該光ファイ
バ母材の中心と該コアの中心との観測距離を求める第3
の工程と、第1の工程のデータを基に外径及び見かけの
コア径を決定し、さらに接見かけのコア径に補正係数に
−n / n 1  (ただし、ntは光ファイバ母材
のクラッドの屈折率を表わす)を乗じて真のコア径を決
定する第4の工程とを存するので簡単な計算もしくは補
正を加えることで、光ファイバ母材の形状を的確かつ高
精度に評価することができ、また、屈折率整合液の屈折
率の厳密な調整を必要とせずに高精度なデータを得るこ
とができるので、手間が省け、費用の低減ができ、効率
の良い光ファイバ母材の形状測定方法を提供できる利点
がある。
(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, an optical fiber base material is immersed in a refractive index matching liquid having a refractive index n, and a laser beam is manipulated in a direction perpendicular to the central axis of the optical fiber base material. A first step of electrically measuring the time during which the laser beam is interrupted by the optical fiber preform; and a center position and core of the optical fiber preform based on the data obtained in the first step. a second step of determining the center position of the optical fiber preform and a third step of determining the observed distance between the center of the optical fiber preform and the center of the core from the data of the center position of the optical fiber preform and the center position of the core;
The outer diameter and apparent core diameter are determined based on the data from the first step and the apparent core diameter, and the correction coefficient is -n/n 1 (where nt is the cladding of the optical fiber base material). The fourth step is to determine the true core diameter by multiplying it by the refractive index (representing the refractive index of In addition, it is possible to obtain highly accurate data without requiring strict adjustment of the refractive index of the refractive index matching liquid, which saves time, reduces costs, and creates an efficient optical fiber preform shape. It has the advantage of providing a measurement method.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に使用する光ファイバ母材の形状測定装
置の概念図、第2図は従来のこの種装置の概念図、第3
図は本発明の受光信号の測定例を示す説明図、第4図は
コ偏心率の測定方法を模式的に示した原理図、第5図は
本発明の動作原理及び補正係数算出の説明図、第6図は
、偏心がある場合のコア径測定誤差算出の説明図、第7
図は、コア偏心量に対するコア径測定誤差の計算結果を
示す図、第8図は屈折率整合液とクラッドの屈折率のと
の差に対するコア径の測定誤差の関係を示す図、第9図
は単一モード光ファイバ用母材の偏心率の測定結果を示
した図である。 10・・・レーザ形状n1定部の光学系、11・・・光
ファイバ母材、12・・・チャック、13・・・ガラス
容器、14・・・窓材、15・・・レーザ光束、16・
・・オイルシール軸受、17・・・回転シャフト、18
・・・屈折率整合液、19・・・試料回転用のパルスモ
ータ、20・・・光学系移動用のパルスモータ、21・
・・ネジ付回転シャフト、22・・・軸受、23・・・
電気信号処理部、24・・・ミニコンピユータ、25・
・・X−Yプロッタ、26・・・集光レンズ、27・・
・光検知器。
Fig. 1 is a conceptual diagram of an optical fiber preform shape measuring device used in the present invention, Fig. 2 is a conceptual diagram of a conventional device of this kind, and Fig. 3 is a conceptual diagram of a conventional device of this type.
Figure 4 is an explanatory diagram showing an example of measuring a received light signal according to the present invention, Figure 4 is a principle diagram schematically showing a method for measuring eccentricity, and Figure 5 is an explanatory diagram of the operating principle and correction coefficient calculation of the present invention. , Fig. 6 is an explanatory diagram of core diameter measurement error calculation when there is eccentricity, Fig. 7
The figure shows the calculation result of the core diameter measurement error with respect to the core eccentricity, Figure 8 shows the relationship of the core diameter measurement error with the difference between the refractive index of the refractive index matching liquid and the cladding, and Figure 9 1 is a diagram showing the measurement results of the eccentricity of a preform for a single mode optical fiber. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Optical system of laser shape n1 fixed part, 11... Optical fiber base material, 12... Chuck, 13... Glass container, 14... Window material, 15... Laser light flux, 16・
... Oil seal bearing, 17 ... Rotating shaft, 18
... Refractive index matching liquid, 19... Pulse motor for rotating the sample, 20... Pulse motor for moving the optical system, 21.
...Threaded rotating shaft, 22...Bearing, 23...
Electrical signal processing section, 24...Mini computer, 25.
...X-Y plotter, 26... Condensing lens, 27...
・Photodetector.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)屈折率nの屈折率整合液に光ファイバ母材を浸漬
し、該光ファイバ母材の中心軸に対し垂直方向にレーザ
光束を走査し、該レーザ光束が該光ファイバ母材によっ
て遮られる時間を電気的に計測する第1の工程と、 第1の工程により得られたデータを基に、前記光ファイ
バ母材の中心位置及びコアの中心位置を決定する第2の
工程と、 前記光ファイバ母材の中心位置とコアの中心位置とのデ
ータから該光ファイバ母材の中心と該コアの中心との観
測距離を求める第3の工程と、第1の工程のデータを基
に外径及び見かけのコア径を決定し、さらに該見かけの
コア径に補正係数K=n/n_1(ただし、n_1は光
ファイバ母材のクラッドの屈折率を表わす)を乗じて真
のコア径を決定する第4の工程と を有することを特徴とする光ファイバ母材の形状測定方
法。
(1) An optical fiber preform is immersed in a refractive index matching liquid with a refractive index n, a laser beam is scanned in a direction perpendicular to the central axis of the optical fiber preform, and the laser beam is blocked by the optical fiber preform. a second step of determining the center position of the optical fiber preform and the center position of the core based on the data obtained in the first step; A third step of determining the observed distance between the center of the optical fiber preform and the center of the core from data on the center position of the optical fiber preform and the center of the core, and an external distance based on the data of the first step. Determine the diameter and apparent core diameter, and further determine the true core diameter by multiplying the apparent core diameter by a correction coefficient K = n/n_1 (where n_1 represents the refractive index of the cladding of the optical fiber base material). A method for measuring the shape of an optical fiber preform, comprising a fourth step of:
(2)前記屈折率整合液として、屈折率の温度係数が1
0^−^4以下の透明液体を使用することを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の光ファイバ母材の形状測定
方法。
(2) The refractive index matching liquid has a temperature coefficient of refractive index of 1.
2. A method for measuring the shape of an optical fiber preform according to claim 1, characterized in that a transparent liquid of 0^-^4 or less is used.
(3)前記屈折率整合液として高純度の水(H_2O)
を使用することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の光ファイバ母材の形状測定方法。
(3) Highly purified water (H_2O) as the refractive index matching liquid
A method for measuring the shape of an optical fiber preform according to claim 1, characterized in that the method uses:
(4)前記光ファイバ母材を任意の角度毎に回転すると
共に軸方向にレーザ光束を任意の長さ毎に移動しながら
測定を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃
至第3項のいずれか1項記載の光ファイバ母材の形状測
定方法。
(4) The measurement is performed while rotating the optical fiber preform at arbitrary angles and moving the laser beam at arbitrary lengths in the axial direction. A method for measuring the shape of an optical fiber preform according to any one of the above.
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