DE2620357A1

DE2620357A1 - Daempfungsmessung in lichtleitern

Info

Publication number: DE2620357A1
Application number: DE19762620357
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl Phys Hillerich
Original assignee: AEG Telefunken Kabelwerke AG
Current assignee: Kabel Rheydt AG
Priority date: 1976-05-06
Filing date: 1976-05-06
Publication date: 1977-11-17

Description

Dämpfungsmessung in Lichtleitern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Dämpfung in Lichtleitern zur Nachrichtenübertragung durch Vergleich von in den Lichtleiter eingekoppelter Lichtenergie vor und nach dem Durchlaufen des Lichtleiters. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Im hier beschriebenen Zusammenhang sind unter Lichtleitern optische Fasern aus einem Material zu verstehen, das zur Ubertragung von elektromagnetischen Wellen im ultravioletten, sichtbaren und infraroten Spektralbereich zu Nachrichtenzwecken geeignet ist. Derartige Materialien sind beispielsweise Glas oder Quarz.
Es sind ein Verfahren und eine Anordnung zur Dämpfungsmessung in Lichtleitern bekannt ("pplied Optima", Vol. 13, Nr. 10, Oct.
1974, Seiten 2359 - 2364). Danach wird die von einer Lichtquelle ausgesandte Lichtenergie vor und nach dem Durchlaufen einer optischen Faser verglichen. Das Licht wird an dem einen Ende der optischen Faser eingekoppelt und am anderen Ende zum Zwecke der Messung ausgekoppelt. Bei dem verwendeten Nachweisgerät mit Synchron-Demodulator ('fLock-In-Detektor") ist eine Jbertragung des vor der Einkopplung in die optische Faser gewonnenen Referenzsignals vom Faseranfang zum Faserende erforderlich. Für den Fall, daß eine Justierung des Faseranfangs auf den optimalen Einkoppelwirkungsgrad notwendig ist, muß eine zusätzliche Meßwertübertragung vom Faserende zum Faseranfang installiert werden. Beides stößt im Feld auf erhebliche Schwierigkeiten, insbesondere, wenn es sich bei dem Lichtleiter um bereits verlegte Kabel stücke großer Länge handelt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das es gestattet, Sender, Empfänger und Auswertegeräte an ein und demselben Lichtleiterende anzuordnen und das auch bei bereits verlegten Lichtleiterkabeln Anwendung finden kann. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorri~htung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß in ein Lichtleiterende eingekoppelte Lichtimpulse am fernen Lichtleiterende reflektiert werden und daß sie erst nach erneutem Durchgang durch den Lichtleiter empfangen und mit den ausgesandten Lichtimpulsen verglichen und ausgewertet werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden eie dem ausgesandten Licht proportionale Spannung U2 eine dem reflektierten Licht proportionale Spannung U1 und eine dem Logarithmus von U1XU2 proportionale Spannung UO erzeugt.
Uo wird als Maß für die zu bestimmende Dämpfung angezeigt. Zur Durchführung des erfindungsgemänen Verfahrens wird durch die Erfindung eine Vorrichtung mit einer Lichtquelle und Einrichtungen zum Vergleich und zur Auswertung des ausgesandten und des aus dem Lichtleiter austretenden Lichts vorgeschlagen, welche sich dadurch auszeichnet, daß die Lichtquelle und die Einrichtungen zum Vergleich und zur Auswertung des ausgesandten und des aus dem Lichtleiter austretenden Lichts an demselben Ende des Lichtleiters liegen und daß am fernen Lichtleiterende ein Spiegel angeordnet ist. Eine bevorzugte Ausführung der erindungsgemäßen Vorrichtung weist als Lichtquelle einen impulsgesteuerten Laser auf. Die Einrichtungen zum Vergleich und zur Auswertung des ausgesandten und des reflektierten Lichts bestehen aus einem, im Strahlengang des Lasers angeordneten Strahlteiler zum Auskoppeln eines Teils des Lichts für die Erzeugung einer dem ausgesandten Licht proportionalen Spannung U2 und einer Einrichtung zur Erzeugung der Spannung U2, einer Einrichtung zur Erzeugung einer dem reflektierten Licht proportionalen Spannung U1 und einer Einrichtung zum Vergleich und zur Auswertung der Spannungen U1 und U2. Zum Vergleich und zur Auswertung der Spannungen U1 und U2 kann ein durch die vom Laser emittierte Impulsfolge getriggerter Oszillograph vorgesehen sein. Um das Signal/Rauschverhältnis, das bei höheren Faserdämpfungen relativ schlecht ist, zu verbessern, kann gemäß der Erfindung ein Sampling-Oszillograph mit Signal Averager oder eine Sample-Hold-Schaltung eingesetzt werden. Zum Vergleich und zur Auswertung der Spannungen U1 und U2 kann auch ein Logarithmierverstärker verwendet werden, der den Quotienten U1/U2 und den unmittelbar ein Maß für die zu bestimmende Dämpfung darstellenden Logarithmus von U1/U2 bildet.
Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß Sender, Empfänger und ,suswertgeräte für die Dämpfungsmessung an einem Lichtleiterende angeordnet sein können. Das Verfahren und die Vorrichtung erlauben auch die Bestimmung der Dämpfung in schon verlegten Lichtleiterkabeln.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beschrieben. Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einer schematischen Darstellung. Figur 2 enthält eine Darstellung der Lichtimpulsfolgen und Figur 3 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Dämpfungsmessung.
In Figur 1 ist mit 4 ein impulsgesteuerter Laser bezeichnet.
Die von ihm ausgehenden Lichtimpulse treffen auf den Strahlteiler 5, mit dem ein Teil des auftreffenden Lichts zu einer Einrichtung zur Erzeugung einer dem vom Laser ausgesandten Licht proportionalen Spannung U2 hin ausgeblendet wird. Diese Einrichtung wird hier durch den Fotodetektor 22 repräsentiert, der als optoelektrischer Wandler wirkt und eine Spannung U2 erzeugt, die im Verstärker 23 verstärkt und in dem durch die vom Laser emittierte Impuls folge getriggerten Oszillographen 24 angezeigt wird. Der Hauptteil des Lichts fällt durch den Strahlteiler hindurch auf die Linse 10, wird in den Lichtleiter 11 eingekoppelt und am Spiegel 12 reflektiert. Das aus dem Lichtleiter 11 austretende reflektierte Licht gelangt über den Strahlteiler 5 zu einer Einrichtung zur Erzeugung einer dem reflektierten Licht proportionalen Spannung U1, dem Fotodetektor 22, und wird dort in einen elektrischen Spannungsimpuls U1 umgewandelt, der verstärkt und im Oszillographen 24 angezeigt wird. Mittels des Oszillographen 24 lassen sich die Spannungsimpulse U2 und U1, von denen der erste dem vom Laser ausgesandten Licht und der zweite dem aus dem Lichtleiter austretenden Licht proportional ist, miteinander vergleichen. Die Amplituden- Differenz der im Oszillographen angezeigten Impulse ist ein Maß für die Dämpfung im Lichtleiter. Die so ermittelte Dämpfung entspricht der Dämpfung eines Lichtleiterstückes der doppelten Länge des gemessenen Lichtleiters.
An der Grenzfläche Luft/Baserkern am Lichtleiteranfang treten zusätzliche Reflektionen des eingestrahlten Lichts auf. Diese Reflektionen bewirken ebenfalls Spannungsimpulse, die am Oszillographen angezeigt werden. Bei zu großer Impulslänge ist der am Faseranfang reflektierte Lichtimpuls nicht mehr von dem infolge der Laufzeit über die Faserlänge verzögerten, zu messenden Lichtimpuls zu trennen. Das kann bei höheren Faserdämpfungen zu großen Fehlern führen. Daher sollte die Dauer der Lichtimp kleiner sein als 2 . l . nk. c 1 (1 = Lichtleiterlänge, nk = Brechungsindex des lichtführenden Kerns, c = Lichtgeschwindigkeit im Vakuum).
Ein Bild der registrierten Impulsfolge gibt in schematischer Darstellung die Figur 2. a zeigt den dem vom Laser ausgesandten Lichtimpuls proportionalen elektrischen Impuls am Oszillographen.
b und c zeigen jeweils den am Faseranfang reflektierten Impuls 1A und den reflektierten, zu messenden Impuls IR, im Falle b für einen kurzen, im Fall c für einen längeren Lichtleiter.
Neben der Auswertung der Spannungen U1 und U2 mit Hilfe eines Oszillographen, die anhand der Figur 1 beschrieben wurde, wird die Auswertung mit Hilfe einer entsprechend der Figur 3 ausgebildeten Anordnung, welche auf dem Einsatz eines Logarithmierverstärkers beruht, als besonders vorteilhaft angesehen. Die Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild einer solchen Anordnung. Ein Impulsgenerator 1 erzeugt niederfrequente Rechtecksignale, die mit einem Verzögerungsglied 2 in eine Rechteckimpulsfolge mit einstellbarer Impulsbreite verwandelt werden. Mit dieser Impulsfolge wird nach deren Verstärkung in einem Verstärker 3 ein Laser 4, bei dem es sich im dargestellten Fall um einen HalbleLterlaser handelt, angesteuert. Ein Teil des vom Laser ausgesandten Lichts wird in einem Strahlteiler 5 ausgekoppelt und durch eine Linse 6 auf einen Fotodetektor 7 gelenkt. Der Fotodetektor 7 verwandelt den Lichtimpuls in einen elektrischen ImpulS der im Verstärker 8 verstärkt und im Gleichrichter 9 gleichgerichtet wird. Man erhält eine, dem vom Laser ausgesandten Licht proportionale Referenzspannung U2.
Der größte Teil des vom Laser emittierten Lichts wird durch die Linse 10 auf den lichtführenden Kern an der Stirnfläche des Lichtleiters 11 fokussiert und so in den Lichtleiter eingekoppelt. Am Ende des Lichtleiters ist ein oberflächenverspiegelter Planspiegel 12 genau senkrecht zur Lichtleiterlängsachse angeordnet, an dem das Licht mit möglichst minimalen Reflektionsverlusten reflektiert wird. Das reflektierte Licht wird nach dem erneuten Durchgang durch den Licht leiter mit Hilfe des Strahlteilers 5, auf den Fotodetektor 13 gelenkt, der eine resultierende Fotospannungsimpulsfolge erzeugt, welche in einem Vorverstärker 14 verstärkt und anschließend einer Sample-Hold-Schaltung 15 zugeführt wird. Diese Sample-Hold-Schaltung 15 erlaubt es, die Impuls folge zu einem durch das Verzögerungsglied 16 bestimmten Zeitpunkt abzutasten. Die Dauer der Abtastzeit wird durch das Verzögerungsglied 17, in welchem die vom Impulsgenerator 1 ausgehenden Rechtecksignale anliegen, festgelegt. Die Sample-Hold-Schaltung 15 und die Verzögerungsglieder 16 und 17 gestatten es, die Fotospannungs-Impulsfolge zu Zeitpunkten abzutasten, die gegenüber der vom Laser erzeugten Lichtimpulsfolge verzögert sind. Man wählt die Verzögerungszeit so, daß die Fotospannungs-Impulsfolge zu dem Zeitpunkt abgetastet wird, an dem der vom Lichtleiterende reflektierte und durch die Laufzeit des Lichts verzögerte Lichtimpuls eingetroffen ist. Die in der Sample-Hold-Schaltung abgetastete Spannung wird im Verstärker 18 weiter verstärkt und einem Tiefpaß 19 zugeführt. Der Tiefpaß hat die Funktion eines Mittelwertbildners der die Rauschanteile der Fotospannung weitgehend beseitigt.
Am Ausgang des Tiefpasses steht die Spannung U1, die zusammen mit der Referenzspannung U2 auf einen Lcgarithmierverstärker 20 gegeben wird. Im Verstärker 20 wird die Spannung U1 durch die Spannung U2 dividiert und aus dem Quotienten der Logarithmus gebildet. Es entsteht eine dem Logarithmus von U1/U2 proportionale Spannung Uot Diese wird als Maß der zu bestimmenden Dämpfung im Instrument 21 direkt angezeigt.
Die Eichung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nur dann möglich, wenn der Einkoppelwirkungsgrad des vom Laser ausgesandten Lichts in den Lichtleiter reproduzierbar ist. Das kann durch eine an sich bekannte Halterung für das Lichtleiterende mit oder ohne Justiervorrichtungen erreicht werden.
Da der Einkoppelwirkungsgrad bei verschiedenen Lichtleitertypen, d.h. bei unterschiedlicher numerischer Apertur, unterschiedlichem Durchmesser und Brechungsindexprofil nicht immer gleich ist, ist in der Vorrichtung eine Möglichkeit zur Veränderung der Verstärkung im Empfängerteil vorzusehen.
9 Seiten Beschreibung 8 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnung mit drei Figuren

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Messung der Dämpfung in Lichtleitern zur NachrichtenUbertragung durch Vergleich von in den Lichtleiter eingekoppelter Lichtenergie vor und nach dem Durchlaufen des Lichtleiters, dadurch qetennzeichnet, daß in ein Lichtleiterende eingekoppelte Lichtimpulse am fernen Lichtleiterende reflektiert werden und daß sie erst nach erneutem Durchgang durch den Lichtleiter empfangen und mit den ausgesandten Lichtimpulsen verglichen und ausgewertet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch qekennzeicnet, daß eine dem ausgesandten Licht proportionale Spannung U2 eine dem reflektSerten Licht proportionale Spannung U1 und eine dem Logarithmus von U1/U2 proportionale Spannung UO erzeugt werden und daß U als Maß für die zu bestimmende Dämpfung 0 angezeigt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Lichtquelle und Einrichtungen zum Vergleich und zur Auswertung des ausgesandten und des aus dem Lichtleiter austretenden Lichts, dadurch qekennzeichnet.

daß die Lichtquelle und die Einrichtungen zum Vergleich und zur Auswertung des ausgesandten und des aus dem Lichtleiter austretenden Lichts an demselben Ende des Lichtleiters liegen und daß am fernen Lichtleiterende ein Spiegel angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle ein impulsgesteuerter Laser vorgesehen ist und daß die Einrichtungen zum Vergleich und zur Auswertung des ausgesandten und des reflektierten Lichts bestehen aus einem im Strahlengang des Lasers angeordneten Strahlteiler zum Auskoppeln eines Teils des Lichts für die Erzeugung einer dem ausgesandten Licht proportionalen Spannung U2 und einer Einrichtung zur Erzeugung der Spannung U2, einer Einrichtung zur Erzeugung einer dem reflektierten Licht proportionalen Spannung U1 und einer Einrichtung zum Vergleich und zur Auswertung der Spannungen Ul und U2.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zum Vergleich und zur Auswertung der Spannungen U1 und U2 ein durch die vom Laser emittierte Impulsfolge getriggerter Oszillograph vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zum Vergleich und zur Auswertung der Spannungen U1 und U2 ein durch die vom Laser emittierte Impuls folge getriggerter Sampling-Oszillograph mit Signal-Averager vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung der Spannung U1 eine durch die den Laser ansteuernde Impulsfolge verzögert getriggerte Sample-Hold-Schaltung mit nachfolgendem Tiefpaß verwendet wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 7, dadurch qekennzeichnet, daß als Einrichtung zum Vergleich und zur Auswertung der Spannungen U1 und U2 ein Logarithmierverstärker eingesetzt ist, der den Quotienten U1/U2 und den unmittelbar ein Maß für die zu bestimmende Dämpfung darstellenden Logarithmus von U1/U2 bildet.