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    公开号:WO1988005164A1
    申请号:PCT/EP1988/000019
    申请日:1988-01-12
    公开日:1988-07-14
    发明作者:Adalbert Bandemer
    申请人:Adalbert Bandemer；
    IPC主号:G01M11-00
    专利说明:
    [0001] Meßanordnung und Meßverfahren zur Brechzahlprofilmessung
    [0002] Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Meßverfahren gemäß Oberbegriff des Anspruches 10.
    [0003] Der räumliche Brechzahl verlauf spielt für die Lichtführungseigenschaften eines dielektrischen Wellenleiters eine entscheidende Rolle. Mit Kenntnis de s genauen Profil verlaufs können wesentliche Großen der Signalübertragung wie Bandbreite, Dispersion und Einwelligkeitsber eich der Faser berechnet werden. Zur Bestimmung des er tsabhängigen Brechzahlverlaufs von Glasfasern besteht die Möglichkeit, an der Faser selbst oder an deren stabförmiger Vorform Messungen durchzuführen. Aus der Literatur sind verschiedene Meßverfahren für Messungen an der Vorform sowie an der Faser selbst bekannt (R. Kersten: Einführung in die Optische Nachrichtentechnik, Springer 1983 Seite 172-182, D. Marcuse: Index Profile Mea surements of Fibres and Their Evaluation, IEEE Proc., vol. 68, no. 6, p. 666-688).
    [0004] Als genaueste Methode, den Einfluß der Leckwellen zu eliminieren und gleichzeitig die geometrischen Daten wie Kerndurchmesser, Manteldur chmesser, Elliptizität und Exzentrizität des Kerns festzustellen, gilt die RKF-Methode (refracted near-field), (w. J. Stewart: Optical Fiber and Preform Profiling Technology, IEEE-QE, vol. 18, no. 10, p. 1451-1466, K.I. White, Optical and Quantum Electronics 11 (1979), p. 185-196). Fig. 1 zeigt das Prinzip der Meßanordnung zur RNF- Methode. Ein Lichtstrahl 1 einer schmalbandigen Lichtquelle wird mit einem Linsensystem 2 auf die in einer flüssigkeitsgefüllten Meßzelle 3 befindliche Endfläche einer Glasfaser 5 fokussiert. Die numerische Apertur des Linsensystems muß dabei größer als die numerische Apertur der Glasfaser sein. Der Lichtstrahl wird teilweise innerhalb des Wellenleiters geführt, ein anderer Teil verläßt die Faser durch den Mantel und tritt in die Flüssi ¬Keit der Zelle aus. Der zentrale Anteil des Lichts enthält störende Leckwellen und wird durch eine Abdeckscheibe 4 ausgeblendet. Die Intensität des Lichtanteils im äußeren Strahlkegel 6 entspricht dem Brechungsindex am Ort des fokussierten Lichtflecks und wird dem Detektor zugeführt. Verschiebt man nun den Lichtfleck auf der Faserendfläche, kann der Brechzahlverlauf in Faserkern und -mantel gemessen werden.
    [0005] Nach diesem Prinzip arbeiten einige am Markt erhältliche Meßgeräte (Fa. York S 14, Fa. Sira LTD Refractive Index Profiler, Fa. Alphatronix Modell NR 8200). Dabei wird jeweils ein HeNe-Laser als Lichtquelle eingesetzt. Derartige Realisierungen erreichen einen Brennfleckdurchmesser von unter l^m.als Ortsauflösungsgrenze. Durch den Einsatz von Schrittmotoren wird der Brennfleck auf der Faserendfläche nur stufenweise verschoben. Zur groben VorJustierung der Faser wird diese vom anderen Ende her mit Weißlicht bestrahlt und eine Beobachtungsoptik vor der Meßzelle aufgebaut.
    [0006] Die vorhandenen Geräte haben durch die Verwendung eines Gaslasers sehr große Bauformen und stellen durch die zahlreichen optischen Komponenten für die
    [0007] Strahlführung sowie für die VorJustierung der Faser hohe Steifigkeitsanforderungen an den Aufbau und haben daher ein großes Gewicht (Beispiel: Produkt der Fa. Alphatronixs: Maße: 550 x 405 x 702 mm3,
    [0008] Gewicht: 60 kg). Da der Meßeffekt für die Brechzahlprofilmessung im Promillebereich liegt, muß die Ausgangsleistung des HeNe-Lasers auf Fluktuationen von kleiner als 0,1 %. stabilisiert werden. Dies erfordert einen hohen Regelungsaufwand bzw eine Division des Meßsignals durch ein geeignetes Referenzsignal.
    [0009] Die erreichbare Ortsauflösung ist durch die Beugung des Lichts physikalisch auf zirka einen Mikrometer Brennfleckdurchmesser begrenzt. Übliche Monomodefasern haben im Vergleich dazu einen Kerndυrchmesser von 5 bis 10μm . Der Kernbereich von Gradientenfasern von zirka 50μm wird bei der Herstellung durch 50 bis 100 verschieden dotierter Glasschichten aufgewachsen. Feinstrukturen und Herstellungsfehler bei den Wechsel zwischen zwei unterschiedlichen Dotierungsschichten, wie sie durch Messungen an der Vorform festgestellt werden können, sind bei einer Ortsauflösung von einem Mikrometer (nur bei optimaler Justierung erreichbar!) nicht erkennbar. Eine Messung an der Faser selbst und nicht an der Vorform ist aber erstrebenswert, da hierbei Veränderungen beim Faserziehen mitberücksichtigt werden können.
    [0010] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung der gattungsgemäßen Art in kompakter Weise so zu realisieren, daß damit das Brechzahlprofil an einem optischen Kellenleiter mit der RNF-Methode weitgehend automatisch und ohne manuelle Vorjustage gemessen werden kann, wobei verfahrensgemäß durch eine geeignete Verarbeitung der Meßwerte ein hochauflösendes Brechzahlprofil des optischen Wellenleiters erreicht werden soll.
    [0011] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung mittels der Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 und bei einem Meßverfahren mittels des Merkmals des kennzeichnenden Teils des Anspruches 10 gelöst.
    [0012] Als wesentlicher Gedanke der Erfindung kann dabei angesehen werden, die Meßanordnung so auszulegen, daß eine strenge axiale Führung bzw. eine SelbstJustierung des zu vermessenden Wellenleiters, der insbesondere eine Glasfaser sein kann, zu erreichen. Darüber hinaus wird ergänzend eine ruckfreie kontinuierliche Führung des Abtastlichtstrahles auf der zu vermessenden Endfläche durch den Einsatz von Piezotranslatoren und/oder Gleichstrommotoren erreicht. Diese Verschiebeeinrichtungen können dabei sowohl auf das Beleuchtungssystem, das die Laserlichtquelle und das Linsensystem umfaßt, als auch auf die Meßzelle selbst einwirken. Zur Vermeidung einer sonst üblichen manuellen Vorzentrierung der Meßzelle besteht die Möglichkeit durch Differenzbildung der entsprechenden Meßsignale z.B. bei diametral gegenüberliegenden Fotodioden des Detektors, eine automatische Vorzentrierung der Meßzelle zu erreichen. Als Meßsignal wird bei der erfindungsgemäßen Meßanordnung bzw. bei deren Verfahren die Summe der empfangenen Meßsignale, insbesondere der Fotodiodenströme, verwendet.
    [0013] Verfahrensmäßig macht sich die Erfindung die Überlegung zunutze, daß die dem lokalen Brechungsindex proportionale detektierte Lichtleistung bei systemtheoretischer Betrachtung der Faltung des zu messenden Intensitätsverlaufes mit dem durch physikalische Gesetze begrenzten, endlich ausgedehnten abtastenden Brennflecks entspricht. Aus diesem Grund wird in der Auswerteeinheit oder -einrichtung eine Entfaltung durchgeführt, die eine Steigerung der Ortsauflösung des Brechzahlprofiles ergibt.
    [0014] Zur Erreichung einer weiteren Vereinfachung der Meßzelle kann in der Meßzelle ein mit einer Öffnung versehener Hohlspiegel bzw. ein Hohlspiegelsegment angeordnet werden, über diesen Hohlspiegel können die zu erfassenden an der Endfläche des Wellenleiters abgelenkte Lichtstrahlen auf den Detektor konzentriert bzw. sogar fokussiert werden. Der Detektor kann auf diese Weise als Einzelelement, z.B. als Fotodiode, ausgelegt werden. Neben der besonderen Eignung der Erfindung zur Erfassung des Brechzahlprofils bei Glasfasern eignet sich die Meßanordnung auch für planare optische Wellenleiter, so daß hiermit eine einfache aber weitgehend universell einsetzbare Meßanordnung erreicht wird .
    [0015] Die wesentlichen Vorteile der Erfindung können daher darin gesehen werden, daß durch die Verwendung eines Halbleiterlasers eine kompaktere Meßanordnung erzielt wird, deren Meßgenaυigkeit durch die ruckfreie kontinuierliche Verschiebung erheblich gesteigert wird. Hierzu tragt auch die automatische axiale Zentrierung des entsprechenden Wellenleiters, insbesondere der Glasfaser, mittels Glasfaserstecker bei. Meßtechnisch wird durch den Einsatz der Entfaltung eine Steigerung der Meßgenauigkeit erreicht. Der Einsatz eines in der Meßzelle vorgesehenen Hohlspiegels fuhrt zu einer vereinfachten, kostengünstigeren Detektoranordnung. Die entsprechende Meßanordnung und das Meßverfahren sind auch für planare optische Wellenleiter einsetzbar, so daß auch hierfür eine erhebliche Meßbereichsverbesserung erreichbar ist.
    [0016] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen und der nachfolgenden Beschreibung enthalten. Es zeigen:
    [0017] Fig. 1 eine Meßanordnung gemäß dem Stand der Technik;
    [0018] Fig. 2 in schematischer Darstellung eine erfindungs- gemaße Meßanordnung;
    [0019] Fig. 3 und 4 die schematische Anordnung einer elektrischen Ablenkeinrichtung, insbesondere mit Braggzellen; Fig. 5 ein schematisches Blockdiagramm über die Anordnung äes Detektors und die Auswertung zur Vorzentrierung;
    [0020] Fig. 6 einen Selbstzentrierungsstecker, insbesondere für Glasfasern;
    [0021] Fig. 7 einen schematischen Verlauf des im Detektor ermittelten Meßsignals;
    [0022] Fig. 8 die Quantisierung des räumlich verteilten, abtastend Lichtflecks zur "Entfaltung" des Meßsignals;
    [0023] Fig. 9 eine Meßanordnung zur Ermittlung der Länge und des Dämpfungsbelages äes Wellenleiters;
    [0024] Fig. 10 eine Meßanordnung mit Hohlspiegel bzw. Hohlspiegelsegment;
    [0025] Fig. 11 zwei Ausführungsbeispiele eines planaren, optischen Wellenleiters und
    [0026] Fig. 12 eine Keßanordnung für einen planaren Wellenleiter.
    [0027] In Fig. 2 weist die in schematischer Weise dargestellte Meßanordnung eine Laserdiode 43 als Halbleiterlaser auf. Der elliptische Strahlkegel dieser Halbleiterlaserdiode wird durch eine Linsenanordnung 2, die insbesondere als Kugellinsenanordnung ausgelegt ist, kollimiert und stark fokussiert. Durch eine rauscharme Detektion des Laserlichts mit einer Referenzphotodiode 7 kann eine Pegelregelung 8 den Laservorstrom 9 regeln und zusammen mit einer Temperaturregelung die Ausgangsleistung stabilisieren (Fig. 2). In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Anordnung wird das Laserlicht durch eine Mikrolinsenanordnung fokussiert, die speziell für die im infraroten Bereich liegende Laserwellenlänge eine Korrektur der sphärischen Aberration vornehmen. Das Abtasten der Faserendfläche mit dem Lichtpunkt erfolgt durch eine Verschiebung des aus Laserdiode und Linsensysteir. bestehenden Beleuchtungsystems mit. Piezotranslatoren bzw. Piezotranslatoren mit durch Hebelwirkung vergrößerter Verstellung. Damit kann eine Verschiebung in Quasi-Echtzeit erfolgen und die Justierung des optischen Aufbaus des Meßgeräts rasch vonstatten gehen.
    [0028] In einer optimalen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung wird das Beleuchtungssystem durch gleichstrommotorisierte Mikrometerschrauben mit Strichcodescheibe ruckfrei und kontinuierlich gegenüber der Meßzelle verschoben und eine Bestimmung der Ortskoordinate mit einer Genauigkeit von 0,1 μm ermöglicht. Eine Verschiebung de s Brennflecks in der Faserendflächenebene kann in einer Weiterbildung der Meßanordnung auch elektrisch mit Braggzellen erfolgen. (Fig. 3 In einer Braggzelle werden durch Hochfrequenzsignale Ultraschallwellen angeregt. Durch die akustooptische Wechselwirkung kann damit ein Lichtstrahl 10, welcher durch die Braggzelle 11 geht und gegen die Phasenfronten der Ultraschallwelle um den Braggwinkel geneigt ist, um einen Winkel θ (12) abgelenkt werden, der bei konstanter Emis s ionswellenl änge proportional von der Frequenz des Hochfrequenzsignals abhängt (Fig. 3). θ = arcsin
    λ.: Freiraumwellenlänge fHF: Frequenz des Hochfrequenzsignals v: A.usbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwelle n: Bfechungsindex des Mediums.
    [0029] Wird der Frequenzinhalt innerhalb der Apertur der
    [0030] Braggzelle geeignet gewobbelt, tritt zusätzlich eine Linsenwirkung 13 ein (Fig. 4) und der Lichtstrahl wird fokussiert. Mit Braggzellen kann somit der Lichtstrahl gebündelt und gleichzeitig in Echtzeit auf der Faserendfläche verschoben werden, so daß keine bewegten Teile mehr notwendig sind. Die Ortsinformation wird aus der angelegten Frequenz des HF-Signals gewonnen.
    [0031] Die Detektion des aus der Faser herausgestreuten Lichts wird durch eine als Detektorarray 54 angeordnete Zahl (z.Bsp. 14 bis 21) von Photodioden mit geringem Dunkelstrom und geringer rauschäquivalenter Leistung innerhalb der Meßzelle 53 realisiert. Durch den Einhau der Empfangseinheit in die Meßzelle 53 wird Fremdlichteinfluß auf den Detektor vermieden und aufwendige Empfangsverfahren wie die Lock-in-Detektion können entfallen. Die Glasfaser 5 wird dabei durch eine Öffnung in der Mitte des Diodenfeldes in die ölgefüllte Meßzelle 53 eingeführt, die gleichzeitig als Abdeckscheibe wirkt (Fig. 5). Durch geeignete Differenzbildung 22 der Diodenstrcme gegenüberliegender Photodioden (14, 15 bzw. 16, 17) kann die zu dieser Koordinate gehörende Verschiebeeinheit 23 gesteuert und so die Meßzelle 53 automatisch grob vorjustiert werden. Ein Beleuchten der anderen Faserendfläche mit Weißlicht und die Beobachtungsoptik im Strahlengang des Laserlichts kann damit entfallen. Die Summierung aller Photodiodenströme liefert die dem lokalen Erechzahlprofil proportionale Lichtleistung.
    [0032] Die exakte achsenparallele Lage der Glasfaser zur Strahlenachse kann zusammen mit einer Vorzentrierung und einfachen Fixierung der Faser durch die Verwendung kommerziell erhältlicher Glasfaser-Steckerverbindungen 24, Fig. 6, erzielt werden.
    [0033] Die Glasfaser-Steckverbindung 24 besteht aus einem Innenteil 66, das vorne eine Zentrierungskonus 67 aufweist. Über einen ringförmig am Innenteil 66 vorgesehenen Flansch 68 ist eine kraftschlüssige Festlegung mit einer Außenbuchse möglich. Die Außenbuchse 69 weist z.B. ein Innengewinde auf, mit dem sie gegen die Buchse 30 (Fig. 10) festgelegt wird. Im Konusbereich 67 ist eine Innenzentrierung der Glasfaser 5 vorhanden. Durch diesen GlasfaserStecker 24 kann eine einfache axiale Selbstzentrierung und Justierung speziell einer Glasfaser, in der Meßzelle erreicht werden.
    [0034] Die Ortsauflösung der Brechzahlprofilkurve ist durch die Strahltaille des Brennfleckdurchmessers auf zirka 1 Mikrometer begrenzt, wobei die Fokusgröße von der Wellenlänge des Lichts und der numerischen Apertur der fokussierenden Linse abhängt. Durch Verschiebung des endlich ausgedehnten Brennflecks über die Faserendfläche wird die Meßkurve des Brechzahlprofils erzeugt. Dies entspricht systemtheoretisch der Faltung des tatsächlichen Brechzahlprofils mit der Intensitäts Verteilung des Lichtflecks im Ortsbereich. Zunächst muß die durch Verschiebung des Lichtflecks auf der Faserendfläche erhaltene Keßkurve an M Stützstellen im Abstand Δ x abgetastet werden (Fig. 7). Der Abstand Δ x ist dabei kleiner als ein Mikrometer zu wählen, da Δx unmittelbar die Ortsauflösung beeinflußt. Erreicht wird dies durch langsame kontinuierliche Verschiebung des Lichtflecks, wie sie durch die erfindungsgemäßcn Verstelleinheiten ermöglicht wird, und gleichzeitiger Abtastung der Meßwerte durch eine hohe, konstante Abtastfrequenz der Analog/Digitalwandlereinrichtung des Auswerterechners.
    [0035] Die Intensitätsverteilung des Brennflecks wird durch Entfernung aus der Brennebene 25 um den Faktor V vergrößert abgebildet und in äquidistanten Abständen VΔx abgetastet 26 . Die Anzahl der Stützstellen N innerhalb des Intensitätsverlaufs ist proportional zur erreichbaren Verbesserung der Ortsauflösung. Die übrigen (M-N) Stützstellen erhalten den Wert Null (Fig. 8). Beide Meßkurven werden in einem Auswerterechner mit den Algorithmen der FFT*fouriertransformiert, dividiert und anschließend wieder rücktransformiert. Die rechnerisch gewonnene Kurve entspricht ei nem Brechzahlprofil mit verbesserter Ortsauflösung. Damit sind Feinstrukturen der Dotierungsvorgänge und Ausdiffusionsprozesse, die bei der Herstellung eine wesentliche Rolle spielen, an der Glasfaser meßtechnisch erfaßbar. Durch die Anwendung dieser Entfaltung ist der kritische und zeitaufwendige Justiervorgang des exakten Fokussierens des Brennflecks auf der Faserendfläche, wie es konventionell bei der RNF-Messung notwendig ist, nicht mehr nötig und es kann sogar mit schlecht fokussiertem Lichtstrahl eine wesentlich verbesserte Ortsauflösung erreicht werden. Die Beschränkung auf kurzwellige Lichtquellen ist damit ebenfalls aufgehoben. (* FFT steht für Fast-Fourier-Transformation). In einer erfindυngsgemäßen Weiterentwicklυng kann die Laserdiode 43 im Pulsbetrieb arbeiten und so zusätzliche Information über Länge der Faserstrecke und Dämpfungsbelag der Faser durch Messung des Rückstreusignals (Fig. 9) mittels einer Strahlenteilerplatte 27 und eines zusätzlichen Detektors 28 ermöglicht werden.
    [0036] In Fig. 10 ist eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Meßzelle 53 dargestellt. Die üblicherweise ringfömig oder quaderförmig im Querschnitt ausgebildete Meßzelle 53 umfaßt im Beispiel auf der rechten Außenseite die Anschlußbuchse 30 für einen Glasfaserstecker 24 . Auf der entsprechenden Innenseite ist ein Hohlspiegel 29 bzw. ein Hohlspiegelsegment mit entsprechender Bohrung angebracht. Der in der Immersionsflüssigkeit der Meßzelle 53 angeordnete Hohlspiegel 29 weist eine in der Achse der Meßzelle liegende Öffnung auf, durch die die Glasfaser 5 axial zentriert durch die Meßzelle zur gegenüberliegenden Seite geführt ist.
    [0037] Das Beleuchtungssystem der Meßanordnung weist schematisch eine Laserdiode 43 auf, der im Strahlengang ein Mikroskopobjektiv 32 nachgeschaltet ist. Dieses Mikroskopobjektiv fokussiert den Laserstrahl auf die im Hinblick auf ihr Brechzahlprofil zu vermessende Endfläche der Glasfaser 5. Die Endfläche der Glasfaser 5 liegt dabei flächenbündig gegen ein Deckglas, das die Öffnung für die Glasfaser in dieser Seitenfläche der Meßzelle abdeckt. Der Hohlspiegel 29 selbst ist etwas asymmetrisch angeordnet, so daß die an der Endfläche der Glasfaser 5 abgelenkten Lichtstrahlen auf eine einseitig von der Glasfaser 5 angeordneten Detektoranordnung 40 reflektiert werden. Durch diese Fokussierung mittels des Hohlspiegels 29 kann die Detektoranordnung 40 z.B. als eine rauscharme Photodiode ausgelegt werden. Die Öffnung des Hohlspiegels 29 kann so gehalten werden, daß die Leckwellen bei der Signalauswertung unberücksichtigt bleiben. In bekannter Weise ist die Meßzelle 53 mit einer Immersions flüssigkeit gefüllt. Bei dem vorgenannten Aufbau der Meßzelle kann die erforderliche Öffnung im Hohlspiegel relativ leicht, z.B. mittels Bohren, vorgesehen werden. Zum anderen wird die Detektoranordnung kompakter und kostengünstiger.
    [0038] In Fig. 11 sind in perspektivischer Ansicht zwei Ausführungsbeispiele eines planaren, optischen Wellenleiters auf Substratmaterialbasis, z.B. auf LiNbO3 oder Glas, gezeigt. Der im Querschnitt ein schmales Viereck bildende Wellenleiter, der bandartige Längserstreckung aufweist, ist im Beispiel auf der oberen Hauptfläche mit einer eindiffundierten Zone 34 ausgestattet, die den optischen Kellenleiter bildet. Die Diffusion erfolgt in das eigentliche Substratmaterial 33. Dieser planare Wellenleiter kann etwa eine Breite von 10 bis 20 mm und eine Höhe von etwa 3 mm aufweisen. Die eigentliche Kellenleiterschicht kann etwa 20 μm betragen oder geringer sein (Monomode-Wellenleiter).
    [0039] Der optische Wellenleiter kann sich über die gesamte Breite einer Hauptfläche erstrecken oder wie im rechten Ausführungsbeispiel allein längs der Längsachse des Wellenleiters, so daß ein Leiter geringerer Oberflächenerstreckung als die Hauptoberfläche entsteht. Im rechten Ausführungsbeispiel des planaren Wellenleiters kann der Kellenleiter etwa eine Breite von 100 μm aufweisen.
    [0040] Die entsprechende Meßanordnung entspricht in etwa der Meßanordnung nach Fig. 2. Das von einer Laserdiode 43 emittierte Laserlicht wird durch ein als Blende wirkendes Raumfilter 35 einem Mikroskopobjektiv 32 zugeleitet. Von dort wird es fokussiert und auf den planaren Wellenleiter 34 gerichtet. Der planare Wellenleiter 33,34 ist so in die Meßzelle 63 eingeführt, daß allein die "Schicht" des planaren optischen Wellenleiters 34 axial justiert und ausgerichtet ist. Die Detektoranordnung 40 ist dabei einseitig, im Beispiel unterhalb des planaren Wellenleiters in der mit Immersionsflüssigkeit gefüllten Meßzelle 63 vorgesehen. Im Nahbereich des optischen Wellenleiters 34 ist an der Eintrittsstelle des Wellenleiters in die Meßzelle eine Blende 36 vorgesehen, die zur Auskopplung der Leckwellen dient. Die Meßauswertung im Hinblick auf das Brechzahnprofil erfolgt in der vorausgehend beschriebenen Weise.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Meßanordnung zur Erfassung des Brechzahlprofils von einwelligen und/oder vielwelligen optischen Wellenleitern, insbesondere von Glasfasern, nach der RNF-Methode, mit einer Laserlichtquelle, einem der Laserlichtquelle nachgeschalteten Linsensystem zur Fokussierung des Laserlichtstrahles auf eine Endfläche des optischen Wellenleiters, der in einer ein Immersionsfluid aufweisenden Meßzelle angeordnet ist, mit einer im Strahlengang nachgeschalteten Detektoranordnung zur Erfassung der Intensität des an der Endfläche des optischen Wellenleiters abgelenkten Laserlichtstrahlanteils in einem äußeren Strahlkegel, wobei der Detektoranordnung eine Auswerteeinrichtung zur Berechnung des Brechzahlprofils nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Laserlichtquelle ein Halbleiterlaser (43) ist, daß eine Einrichtung zur kontinuierlichen Verschiebung des Laserlichtflecks auf der zu vermessenden Endfläche (51) des Wellenleiters vorgesehen ist, und daß die Detektoranordnung (54) innerhalb der Meßzelle (53) angeordnet ist.
    2. Meßanordnung nach Anspruch 1, d adurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Halbleiterlaser (43) eine Laserdiode ist und daß das Linsensystem (2) Kugellinsen und/oder Mikrolinsen zur Strahlführung und Fokussierung aufweist.
    3. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß zur ruckfreien, kontinuierlichen Relativverschiebung des Linsensystems und/oder der Lichtquelle gegenüber der Meßzelle (53) für die räumliche Abtastung der Endfläche (51) des Wellenleiters (5;34), Piezotranslatoren vorgesehen sind.
    4. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß zur ruckfreien, kontinuierlichen Relativverschiebung des Linsensystems und/oder der Lichtquelle gegenüber der Meßzelle Gleichs trommotoren vorgesehen sind und eine örtliche Lokalisierung mittels einer Strichcodescheibe erfolgt.
    5. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß zur räumlichen Abtastung der Endfläche (51) des Wellenleiters (5) eine elektrische Ablenkeinrichtung des Laserlichtstrahls, insbesondere mit zwei zueinander orthogonal stehenden Braggzellen (11), vorgesehen ist.
    6. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Detektoranordnung (54) zur Detektion der dem lokalen Brechungsindex proportionalen Lichtleistung ein um den Leckwellenbereich angeordnetes, insbesondere kreis- oder viereckförmig vorgesehenes, Diodenarray aufweist.
    7. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß zur exakten axialen Positionierung und Fixierung des Wellenleiters, insbesondere der Glasfaser, relativ zur Meßzelle (53) eine selbstzentrierende Steckereinrichtung, insbesondere ein Glasfaserstecker (24), vorgesehen ist.
    8. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß in der Meßzelle (53) ein Hohlspiegel (29) oder ein Hohlspiegelsegment mit einer Öffnung zur Durchführung des Wellenleiters (5) vorgesehen ist, und der Hohlspiegel die an der zu vermessenden Endfläche (51) des Wellenleiters abgelenkten Lichtstrahlen auf eine Detektoranordnung (40) , die insbesondere als Einzelelement, z.B. als Photodiode, ausgelegt ist, konzentriert.
    9. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß bei einem planaren optischen Wellenleiter (34) die Detektoranordnung (40) in einem Abstand zum Wellenleiter zur Ausblendung von Leckwellen angeordnet ist.
    10. Meßverfahren zur Erfassung des Brechzahlprofils von einwelligen und/oder mehrwelligen optischen Kellenleitern nach der RNF-Methode, dadurch gekennzeichnet , daß die dem lokalen Brechungsindex der zu vermessenden Endfläche des Wellenleiters proportionale detektierte Lichtleistung, die bei systemtheoretischer Betrachtung der Faltung des zu messenden Intensitätsverlaufs mit dem durch physikalische Gesetze begrenzten, endlich ausgedehnten abtastenden Brennflecks entspricht, der Entfaltung zur Steigerung der Ortsauflösung des Brechzahlprofils unterzogen wird.
    11. Meßverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die als Lichtquelle verwendete Laserdiode zur Bestimmung der Länge und des Dämpfungsbelages des Wellenleiters gepulst betrieben wird.
    12. Meßverfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vorzentrierung der verwendeten Meßzelle mittels Differenzsignalbildung diametral gegenüberliegender Detektoren durchgeführt wird.
    13. Meßverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß das zur Brechzahlprofilmessung herangezogene Meßsignal aus der Summe aller Detektorsignale, insbesondere aus allen Photodiodenströmen, gebildet wird.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1988-07-14| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
    1988-07-14| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1988-09-02| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1988901035 Country of ref document: EP |
    1989-01-04| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1988901035 Country of ref document: EP |
    1989-11-02| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1988901035 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE19873700637|DE3700637A1|1987-01-12|1987-01-12|Messanordnung und messverfahren zur hochaufloesenden brechzahlprofilmessung an glasfasern|
    DEP3700637.1||1987-01-12||DE19883860005| DE3860005D1|1987-01-12|1988-01-12|Refraction coefficient profile measurement system and process|
    AT88901035T| AT47754T|1987-01-12|1988-01-12|Messanordnung und messverfahren zur brechzahlprofilmessung.|
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