KR940010056B1 - 굽혀진 광섬유에 따른 광감쇄의 측정방법 및 장치 - Google Patents

굽혀진 광섬유에 따른 광감쇄의 측정방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

굽혀진 광섬유에 따른 광감쇄의 측정방법 및 장치
제 1 도는 광의 단부 주입 및 추출을 이용하여 본 발명을 구현하는 바람직한 장치의 사시도.
제 2 도는 본 발명의 방법을 구현하는데 사용되는 개략도.
제 3 도는 본 발명을 구현하는데 사용될 수도 있는 또 다른 장치의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 60 : 측정장치 12 : 광섬유
14 : 맨드릴 16 : 원통축
18 : 지지부재 20 : 공급스풀
22, 26 : 광섬유 단부 24, 30 : 중공축
28 : 권취릴 32, 36 : 베어링
34 : 모터 34, 38 : 광커플러
40, 50 : 파분할 머티플렉서 42, 44 : 레이저
46 : 레이저 제어기 52, 54 : 검출기
56 : 제어기 58 : 출력장치
62 : 횡단주입과원 64 : 필드렌즈
66 : 검출기
본 발명은 광섬유의 특정화에 관한 것으로, 특히, 굽혀진 영역이 광섬유의 길이를 따라 전파될 때 광섬유의 굽힘으로 인한 광감쇄를 측정하는 것에 관한 것이다.
광섬유는 그를 통해 전송되는 광비임이 내부에서 전반사되게 처리한 유리섬유 가닥들로 구성된다. 이 섬유내로 입사된 광의 휘도의 대부분은 섬유의 길이가 수백미터에 이르더라도 섬유의 타단부에서 수신된다. 광섬유는 통신분야에서 유망하게 사용될 것이라 예상되어 왔는데, 그 이유는 광섬유를 통해 고밀도의 정보를 전송시키는 것이 가능할 뿐만 아니라 금속선을 통해 전송되는 전기 신호에 비해 신호의 질적인 면에서 다양한 형태의 외부 영향을 적게 받기 때문이고, 게다가, 유리섬유는 중량이 가벼울 뿐만 아니라, 아주 흔한 물질인 이산화규소로 제조되기 때문이다.
유리섬유는 전형적으로 하나는 내부에 하나는 외부에 위치된 굴절율이 서로 다른 두 개의 유리체의 모재를 준비하고, 이어서 그 모재를 섬유로 형성시키는 것에 의해 제조된다. 이와 같이 제조된 광섬유는 그 뒤에 유리가 긁힘 또는 그외의 손상으로부터 보호되도록 완충피막으로 지칭되는 중합체 층으로 피복된다. 전형적인 형상 치수의 일례를 들면, 유리 광섬유의 직경은 약 125마이크로미터이며, 중합체 완충피막이 피복된 섬유의 직경은 약 250마이크로미터(약 0.010in)이다.
이와 같이 매우 미세한 광섬유의 경우, 광전송 특성을 떨어뜨릴 수 있는 손상을 방지하도록 광섬유를 처리하는 것이 중요하다. 한가지 해결책에 있어, 광섬유는 원통형 또는 테이퍼진 원통형의 보빈상에 권취되는데, 이때 보빈상에 권취되는 광섬유는 서로 축방향으로 나란히 인접하게 위치되는 다수의 터언(turn)을 형성한다. 한 개의 층이 완전히 감겨진 후 다시 그 위에 다른 하나의 광섬유 층이 감겨지게 되며 이와 같은 과정은 반복된다. 보빈과 그에 권취된 광섬유로 구성되는 최종 조립체는 캐니스터(canister)로 지칭되며, 권취된 광섬유 다발은 섬유팩(pack)이라 지칭된다. 이러한 광섬유를 추후 사용할 때 광섬유는 원통체의 축에 평행한 방향으로 풀리게 된다.
경험에 비추어, 광섬유를 캐니스터로부터 고속으로, 예로서, 초당 수백미터의 속도로 풀어내는 경우에는, 접착제를 사용해 광섬유 터언들을 캐니스터 상의 제위치에 유지시켜야만 한다는 것을 알게 되었다. 접착제는 인접 터언들 및 섬유층들이 캐니스터에 처음 권취될 때, 그리고, 그 터언들 및 층들이 풀려지게 될 때, 각 섬유 터언들을 제위치에 유지시켜 주게 된다. 만일 이러한 접착제를 사용하지 않게 되면 광섬유의 풀림이 균일하고 정상적이지 않을 수 있어, 광섬유가 캐니스터로부터 풀려질 때 중에 손상되거나 심하면 끊어질 수도 있는 뒤엉킴 또는 꺽어짐 현상이 초래된다.
접착제로 제위치에 유지된 광섬유를 캐니스터로부터 원통축에 평행한 방향으로 풀어낼 때, 광섬유는 비교적 작은 굽힘 반경을 갖고서 소정각도, 소위 피일(peel) 각도로 굽혀진다. 풀림중에 겪게 되는 바와 같은 작은 곡률 반경을 갖는 광섬유의 굽힘으로 인해서 광섬유를 통과하는 광의 전송특성이 떨어진다고 알려져 있다. 즉, 광섬유를 통과하는 광은 광섬유의 굽힘으로 인해서 감쇄될 수 있다.
광섬유가 캐니스터로부터 풀려지게 될 때, 광섬유의 각 세그면트는 피일 굽힘 각도로 점차적으로 굽혀진다. 광섬유 샘플의 광감쇄를 측정하고 나머지 광섬유가 유사한 감쇄를 나타낼 것으로 추정하는 방법이 이미 있었다. 그러나 이같은 추정은, 광섬유의 길이에 따른 한 지점에서만 발견될수도 있는 광섬유의 미소한 비정상적으로 인해 그 비정상적인 부분이 캐니스터로부터 풀려질 때 상당히 심한 감쇄가 초래될 수도 있기 때문에 양호하다고만은 할 수 없다.
따라서, 광섬유의 피일 굽힘으로 인한 광감쇄를 측정하는 개량된 방법이 요구되는데, 본 발명은 이같은 요구를 충족시키며 더 나아가서는 그에 관련된 이점을 제공한다.
본 발명에 따르면, 광섬유의 길이에 따른 모든 위치에 있어 광섬유의 굽힘으로 인한 광섬유의 광신호 감쇄를 측정하는 방법이 제공된다. 이 방법은 다양한 형태의 굽힘 형상 및 반경에 대해 쉽게 구현될 수 있다. 보빈상의 권취에 앞서 전체 섬유팩을 검사하기에 충분히 높은 속도로 광섬유가 검사될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 캐니스터로부터 광섬유가 풀어질 때 피일 지점의 굽힘으로 인한 광섬유의 광신호 감쇄를 시뮬레이션하고 테스트하는 방법은 : 광섬유의 피일 지점 굽힘을 시뮬레이션하는 굽혀진 형상으로 광섬유를 굽히고 : 상기 광섬유의 일측을 통해 상기 광섬유 내로 광을 도입시키며 : 상기 굽혀진 형상의 곡률로 인한 전송광 에너지의 손실을 측정하고 : 상기 굽혀진 형상을 광섬유의 길이를 따라 전파시키고 상기 측정 단계를 반복하는 단계들을 포함한다.
달리 말해서, 사용중 광섬유에 곡률의 도입으로 인한 광섬유의 광신호 감쇄를 시뮬레이션하고 측정하는 방법은 : 광섬유 세그먼트를 만곡된 형상으로 굽히고 : 상기 광섬유내로 일측을 통해 광을 도입시키고 : 상기 굽힘에 의해 발생된 곡률로 인한 전송 광에너지의 손실을 측정하고: 상기 광섬유를 만곡된 형상으로 점진적으로 통과시켜 연속하는 광섬유 세그먼트가 굽혀지게 하면서 광섬유로 부터의 광에저지 손실을 계속 측정하는 단계들을 포함한다.
본 발명의 경우, 광섬유 세그먼트는 피일 굽힘을 시뮬레이션하는 소망하는 형상이나 또는 원하는 다른 형상으로 굽혀진다. 굽혀진 세그먼트로 인한 전송광의 감쇄가 측정된다. 굽힘은, 바람직하게는 적정 형상의 맨드릴을 통해 광섬유를 통과시킴으로써 점진적으로 다른 세그먼트로 이동된다. 이때 새로운 위치에서의 감쇄가 측정된다. 바람직한 실시태양의 경우, 굽혀진 세그먼트의 전파는 연속적이며 광감쇄의 측정도 연속적이므로, 연속적인 감쇄 기록이 가능하다.
본 발명에 따르면, 사용중 만곡된 부분이 광섬유를 따라 이동될 때, 광섬유에 곡률의 도입으로 인한 광섬유의 광신호 감쇄를 시뮬레이션하고 측정하는 장치는 : 광섬유를 사전 선택된 만곡된 형상으로 굽히는 수단과 ; 상기 굽힘 수단을 통해 점진적으로 광섬유를 통과시키는 수단과 ; 현재 만곡된 형상으로 굽혀진 부분으로부터 광섬유의 길이를 따라 한 방향으로 떨어진 광섬유 부분에서 일측을 통해 상기 광섬유 내로 광을 도입시키는 수단과 ; 현재 만곡된 형상으로 굽혀진 부분으로부터 광섬유를 따라 다른 방향으로 떨어진 광섬유 부분에서 광섬유로부터 광을 수신하는 수단과 ; 만곡된 형상의 존재로 인한 광섬유의 광감쇄를 판정하는 수단을 포함한다.
광섬유(12)에 있어서의 광의 감쇄를 측정하는데 사용되는 장치(10)를 제 1 도에 대략도시했으며, 제어, 측정 및 굽힘요소들간의 관계를 제 2 도에 개략적으로 도시했다. 장치(10)는 각종 상황에서 사용될 수도 있지만, 명확성을 위해, 캐니스터상에 순차적으론 권취될 광섬유의 굽힘으로 인한, 광의 광감쇄의 시뮬레이션 및 측정, 그리고 그장치의 바람직한 사용에 관련하여 설명하겠다. 캐니스터로부터 광섬유(12)를 풀어내는 동안 광섬유가 겪게되는 최소 곡률 반경 rmin은 경험 및 계산으로부터 이미 알려져 있다. 본 발명은 광섬유(12)가 반경 rmin으로 굽혀지는 경우 광섬유의 길이에 따른 각 위치에서의 광감쇄를 판정하는데 사용된다.
장치(10)는 광섬유(12)가 그의 둘레에서 굽혀지거나 그의 둘레에 권취되는 굽힘 맨드릴(14)을 포함한다.
맨드릴(14)은 원통체로서, 그 원통체의 곡률반경은 소기의 사용중에 광섬유가 겪게되는 최소 곡률반경, 본 예의 경우 반경 rmin과 같다. 맨드릴(14)은 원통축(16)을 갖는다. 맨드릴(16)은 지지부재(18)에 의해 축(16)에 지지된다. 지지부재(18)는 제어가능한 속도로 구동될 수 있는 정치블럭, 베어링 또는 자동베어링 지지부재일 수도 있다.
광섬유(12)는 공급스풀(20)에, 통상적으로 5km이상의 길이로 제공된다. 광섬유(12)의 제 1 자유단부(22)는 광섬유(12) 다발의 내부로부터 공급스풀(20)의 밖으로 연장한다. 광섬유(12)의 제 2 자유단부(26)는 광섬유를 굽혀 요구되는 곡률반경 및 굽힘 길이를 얻는데 필요한 양 만큼 맨드릴(14)의 둘레에 권취된다. 제 1 및 제 2 도에 있어서, 광섬유(12)는 맨드릴(14)의 둘레에 1개 터언을 갖는 것으로 도시되어 있다. 이와는 달리 1개 터언 미만 또는 그 이상의 터언도 필요에 따라 사용될 수 있다. 다수개의 터언은 감쇄의 양을 중가시킬 수 있는데, 이것은 캐니스터로부터 광섬유를 풀어낼 때 광섬유의 적정한 굽힘길이가 얻어지게 기하학적인 계산에 의해서 보정될 수 있다. 광섬유(12)의 경로는, 또한, 실제 캐니스터로부터 광섬유를 풀어내는 상태에서 광섬유가 나선상으로 배치되는 경우가 있다면 테스트중에 그러한 광섬유의 나선상 배치가 가능하게 축(16)에 평행한 방향으로 변위될 수 있다. 테스트 하고자 하는 방식으로 굽혀진 광섬유의 부분을 세그먼트라한다.
제 2 자유단부(26)는 권취릴(28)상에 권취된다. 제 2 자유단부(26)는 릴(28)의 외주면의 개구를 통과하고 릴(28)의 내부를 통과하여 중공축(30)을 통해 밖으로 배출된다. 권취릴(28)은 베어링(32)상에 지지되며, 모터(34)에 의해서 회전 구동되어 광섬유(12)가 공급스풀(20)로부터 맨드릴(14)을 거쳐 권취릴(28)로 인출될 수 있게 한다. 이에 따라, 광섬유의 새로운 세그먼트들은 연속적으로(또는, 모터의 구동이 주기적으로 시작되고 중단되는 경우에는 불연속적으로) 맨드릴 및 측정위치로 이동된다. 달리 말해서, 측정되는 부분 또는 세그먼트는 광섬유의 길이에 따라 전파된다. 공급스풀(20)은 베어링(36)에 장착된다. 공급스풀(20)은 필요에 따라 모터에 의해서 구동될 수도 있지만, 바람직하게는 그렇게 구동되지 않는다. 모터(34)에 의해서 권취릴(28)에 공급되는 동력은 광섬유(12)를 맨드릴(14)을 거쳐 이동시키기에 충분하다.
제 1 및 제 2 도의 실시태양에 있어서, 광섬유(12)를 통한 광전송은 광섬유(12)의 길이방향에 따라 광을 통과시킴으로써 측정된다. 제 1 자유단부(22)는 회전 광커플러(38)에서 끝난다. 광원으로 부터의 광은 광커플러(38)를 통해 광섬유(12)내로 도입된다. 가장 바람직한 실시태양에 있어서는 두가지의 다른 광파장에 대한 감쇄를 측정하고자 한다. 회전 광커플러(38)는 파분 멀티플렉서(40)에 접속되며, 이 멀티플랙서는 제 1 파장에서 동작하는 제 1 레이저(42)로부터, 그리고 제 2 파장에서 동작하는 제 2 레이저(44)로부터 광을 수신한다. 레이저(42) 및 (44)는 레이저 제어기(46)에 의해서 구동되고 제어된다. 제어기(46), 레이저(42) 및 (44), 파분 멀티플렉서(40)와 광커플러(38)에 의해서, 두가지 다른 파장의 단색광이 광섬유(12)내로 도입된다.
광섬유의 권취단에 있어서, 제 2 자유단부(26)는 회전 광커플러(48)에서 종단된다. 광커플러(48)를 통과한 광은 파분 멀티플렉서(50)내로 유입되어 이 멀티플렉서에서 두가지 성분의 파장으로 분할되며, 이들 파장은 광섬유(12)내에 최초로 도입된다. 제 1 파장은 제 1 검출기(52)에 의해서 검출되며, 제 2 파장은 제 2 검출기(54)에 의해서 검출된다. 이 검출된 신호들은, 광섬유(12)를 통해 수신된 광을 측정하는 것으로, 제어기(56)에 제공되며 광섬유(12)내로 도입되는 광을 측정하는 세기신호는 레이저 제어기(46)로부터 제공된다.
광이 광섬유(12)를 통과함에 따른 광감쇄는 제어기(56)에 의해서 결정되는 바와같은 수신된 광세기와 도입된 광세기 간의 차로서, 스트립 챠트 기록기와 같은 출력장치(58)에 연속적으로 출력된다. 광감쇄는 두성분의 합으로, 이들 성분은 맨드릴(14)에 의한 굽힘으로 인해 발생되고 광섬유(12)의 길이에 다른 비굽힘 감쇄로 인해 발생되는 것이다.(광섬유가 공습스풀 및 권취릴상에 권취되고 있지만 그 스풀 및 릴의 곡률반경들은 그들에 있어서의 어떠한 굽힘 감쇄도 무시될 수 있을 정도로 크게 선택된다.)
광은 테스트중의 전시간에 걸쳐 광섬유(12)의 전길이를 통과함으로, 비굽힘 감쇄로 인한 감쇄는 바이어스 신호로 고려되어 따라서 배제될 수도 있는 일정한 것이다. 비굽힘 감쇄 바이어스 신호는 임의의 상수로서 차감될 수도 있거나, 또는, 절대 측정치가 필요한 경우에는 광섬유를 맨드릴상에 권취하기전에 바이어스 신호를 측정할 수도 있다. 반면에 맨드릴(14)를 통과하는 광섬유 세그먼트의 굽힘으로 인한 감쇄는 변하게 되는데, 그 이유는, 광섬유의 각 세그먼트의 굽힘 감쇄 특성이 변할 수도 있기 때문이다. 이 같은 변화가 테스트 기록이다.
전술한 장치(10)는 5km의 광섬유 길이를 따라 전송된 광의 감쇄를 측정하게 구성되고 사용되는 것으로 두 개의 측정 파장으로서 1300nm 및 1500nm의 광파장을 갖는다. 맨드릴 반경 rmin은 0.085in로 선택된다. 굽힘으로 인한 감쇄의 연속적인 측정은 3m/sec내지 6m/sec의 선형 섬유속도에서 얻어진다.
또 다른 장치(60)가 제 3 도에 도시된다. 장치(60)에 있어서, 광섬유(12)는 공급스풀로부터 공급되고 굽힘맨드릴(14)를 통과하고 권취릴에 의해 권취된다. 장치(10)와 주요한 차이점은 감쇄를 측정할 광이 광섬유의 단부를 통해 종방향으로 광섬유에 도입되고 그로부터 수신되는 것이 아니고 광섬유의 측면을 통해 측방향으로 광섬유에 도입되고 그로부터 수신된다는 것이다. 광섬유가 굽혀진때 광이 광섬유내로 횡단하여 도입되고 그로부터 제거될 수 있다고 알려져 있는데, 이 같은 효과는 본 발명에 의해 측정되는 굽힘 감쇄의 부분적인 원인으로 된다.
횡단 주입 광원(62), 예로서, 레이저는 광섬유의 굽혀진 영역의 한 부분에 있어 광섬유의 측면쪽으로 배향된다. 필드 렌즈(64)는 광섬유의 굽혀진 영역의 다른 부분에 있어 광섬유의 측면을 통해 방사된 광을 집중시킨다. 이 렌즈로 부터의 광은 검출기(66)에 집광된다.(제 1 도 및 제 2 도와 제 3 도의 실시태양이 하나, 둘 또는 그 이상의 광원과 대응 수의 검출기와 더불어 사용될 수도 있지만, 본 예시적인 실시태양에 있어서는, 한 개의 광 파장만이 사용된다.) 제어기(56)는 광섬유내로 도입되는 광에너지와 광섬유로부터 수신되는 광에너지의 차를 검출하고, 전술한 방식으로 광감쇄를 계산한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 광섬유에 있어 굽힘 손실로 인한 감쇄를 판정하되 제어가 양호하고 신속하고도 연속적인 방법이 제공된다. 예시 목적상 본 발명의 특정 실시태양을 상세히 설명하였으나, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고서도 각종 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명은 청구범위에 의해서가 아니고는 제한되지 않을 것이다.

Claims (12)

  1. 사용중 광섬유내로의 곡률도입으로 인한 광섬유의 광신호 감쇄를 시뮬레이션하고 측정하는 방법으로서, 광섬유 세그먼트를 만곡된 형상으로 굽히는 단계와 ; 상기 광섬유내로 일측을 통해 광을 도입시키는 단계와 ; 상기 굽힘에 의해 발생된 곡률로 인한 전송 광에너지의 손실을 측정하는 단계와 ; 상기 광섬유를 만곡된 형상으로 점진적으로 통과시키는 단계로서, 연속하는 광섬유 세그먼트가 굽혀지게 하면서 상기 광섬유로 부터의 상기 광에너지의 손실을 계속 측정하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광섬유를 맨드릴의 둘레에 권취하는 것을 포함하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 굽히는 단계는 상기 광섬유가 광섬유 캐니스터로부터 풀려질 때 상기 광섬유에서 생기는 형상을 시뮬레이션하는 형상으로 상기 광섬유를 굽히는 단계를 포함하고, 상기 광감쇄의 측정은 시뮬레이션화된 굽혀진 부분에 결쳐 행해지는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 통과시키는 단계 동안 상기 광섬유를 공급스풀로부터 공급하고, 이 광섬유를 권취스풀에 권취되게 하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 통과시키는 단계 동안 상기 광섬유를 연속적으로 이동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 통과시키는 단계 동안 연속적으로 측정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 광섬유가 캐니스터로부터 풀려질 때 피일지점의 굽힘으로 인한 상기 광섬유의 광신호 감쇄를 시뮬레이션하고 테스트하는 방법으로서, 상기 광섬유의 상기 피일지점 굽힘을 시뮬레이션하는 굽혀진 형상으로 광섬유를 굽히는 단계와 ; 상기 광섬유의 일측을 통해 상기 광섬유내로 광을 도입시키는 단계와 ; 상기 굽혀진 형상의 곡률로 인한 전송 광에너지의 손실을 측정하는 단계와 ; 상기 굽혀진 형상을 광섬유의 길이를 따라 전파시키고 상기 측정하는 단계를 반복하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 사용중 광섬유에 곡류도입으로 인한 광섬유의 광신호 감쇄를, 만곡된 광섬유가 상기 광섬유를 따라 이동하는 때, 시뮬레이션하고 측정하는 장치로서, 상기 광섬유를 사전 선택한 만곡된 형상으로 굽히는 수단과 ; 상기 광섬유를 상기 굽히는 수단을 통해 점진적으로 통과시키는 수단과 ; 현재 만곡된 형상으로 굽혀진 광섬유 부분으로부터 상기 광섬유에 따른 일방향으로 떨어진 광섬유 부분에서 일측을 통해 상기 광섬유내로 광을 도입시키는 수단과 ; 상기 현재 만곡된 형상으로 굽혀진 광섬유 부분으로부터 상기 광섬유에 따른 타 방향으로 떨어진 광섬유 부분에서 상기 광섬유로 부터의 광을 수신하는 수단과 ; 상기 광섬유의 상기 만복된 형상의 존재로 인한 광감쇄를 판정하는 수단을 포함하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 통과시키는 수단과 상기 판정하는 수단은 동시에 동작할 수도 있는 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 굽히는 수단은 맨드릴을 포함하는 장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 통과시키는 수단은 상기 굽히는 수단으로의 유입을 앞서 광섬유가 풀려지게 되는 공급스풀과 상기 굽힘 수단의 통과후에 광섬유가 권취되는 권취릴을 포함하는 장치.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 도입시키는 수단은 상기 광섬유의 측부내로 광을 주입하는 레이저를 포함하는 장치.
KR1019900015598A 1989-10-05 1990-09-28 굽혀진 광섬유에 따른 광감쇄의 측정방법 및 장치 KR940010056B1 (ko)

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US07/417,370 US4996420A (en) 1989-10-05 1989-10-05 Measurement of optical attenuation along the length of bent optical fibers
US417370 1989-10-05

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KR910008391A KR910008391A (ko) 1991-05-31
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