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Dokumentenidentifikation DE69634189T2 29.12.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000766082
Titel Methode und System zur Detektion von Schmutz an optischen Fasern
Anmelder Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ), Stockholm, SE
Erfinder Esmaeili, Sasan, 170 73 Solna, SE
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69634189
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 19.09.1996
EP-Aktenzeichen 968501536
EP-Offenlegungsdatum 02.04.1997
EP date of grant 19.01.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.12.2005
IPC-Hauptklasse G01N 21/88

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Detektieren der Anwesenheit von Schmutz auf einer optischen Faser und auch auf ein System zum Detektieren der Anwesenheit von Schmutz auf einer optischen Faser. Vor dem Spleißen optischer Fasern ist es notwendig, die Faserenden sehr gründlich zu reinigen, so dass keine Kontaminationen am Spleiß, der beim Verschmelzen der Enden der Fasern aneinander ausgebildet wird, eingeschlossen werden. Das Vorhandensein von Kontaminationen an einem Spleiß verringert die mechanische Festigkeit des Spleißes und dämpft möglicherweise die Lichtübertragung in den Fasern.

Beschreibung des Stands der Technik

Beim Spleißen optischer Fasern müssen die Enden der zu spleißenden Fasern sauber sein, so dass nach Verschmelzen der Faserenden aneinander keine Kontaminationen im Spleiß eingeschlossen werden. Bislang sind die Faserenden mit einer Waschflüssigkeit gereinigt worden, optional in Verbindung mit einem weichen Textilmaterial. Jeglicher vorhandene Schmutz tendiert dazu, sich vor dem Spleißen als Ergebnis einer sogenannten Perfusion in die Faseroberflächen einzubrennen.

US-A-4,854,701 lehrt beispielsweise ein System zum Untersuchen der Endflächen von Lichthohlleitern. Das System wird verwendet, um die durch Messen von Licht in einem Luftspalt zwischen einer planaren transparenten Platte und einer Endfläche eines Lichthohlleiters, der an die Platte anstößt, gebildete Interferenzmuster zu beobachten.

US 5,185,626 lehrt Verfahren zum Entdecken von Defekten wie Löchern oder Hohlräumen in optischen Hohlleiterfasern. Die Verfahren verwenden Fernfeldinterferenzmuster, welches durch Querbeleuchten der Faser mit einem Laserstrahl erzeugt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Anwesenheit von Schmutz und Staub kann durch Bestrahlen der äußeren zylindrischen Oberfläche und der Endflächen der Fasern mit kohärentem Licht detektiert werden. Schmutz und Staub auf der äußeren zylindrischen Oberfläche oder dem Mantel der Faserenden und ihrer Schnittflächen wirken als irreguläre Störquellen, die sekundäre Wellen erzeugen, die kurze optische Wellendifferenzen zueinander aufweisen, deren Interferenz ein irreguläres Muster ausbildet, das einen signifikanten Kontrast aufweist und auf einem hinter den Fasern platzierten Schirm reproduziert werden kann. Die sekundären Lichtfelder, die nach der Brechung des Lichts durch saubere optische Fasern ausgebildet werden, sind homogen und ihre Interferenz erzeugt ein periodisches und reguläres Muster. Die Differenz zwischen einem mit einem sauberen Faserende erhaltenen regulären Muster und einem mit einem schmutzigen Faserende erhaltenen irregulären Muster wird zur Schmutzdetektion verwendet.

Wenn die Endfläche einer optischen Faser mit Laserlicht beleuchtet wird, wird der größere Teil des Einfallslichtes durch die Faser geometrisch gebrochen, die als starke zylindrische Linse dient. Aufgrund dieses Linseneffektes wird, wenn ein Anzeigenschirm hinter der Faser platziert wird, im wesentlichen eine Lichtlinie gesehen, welche dieselbe Breite wie der Laserstrahl hat. Jedoch wird die laterale freie Ausbreitung des Lichts unmittelbar neben der Endfläche der Faser teilweise beim Übergang von der Luft zum Fasermaterial auf der Vorderseite der Faser und teilweise beim Übergang aus dem Fasermaterial in Luft an der Rückseite der Faser gestört. Lichtwellen werden explosiv geteilt, wenn sie auf ein Faserende auftreffen. Ein Teil des Lichtes passiert den Spalt außerhalb des weiteren Faserendes ohne Hindernis. Ein weiterer Teil des Lichtes wird an der äußeren zylindrischen Manteloberfläche der Faser gebrochen und nimmt eine andere Richtung. Diese explosive Teilung des Lichts zwingt die Lichtwellen, sich lateral durch die Faser und in dem Luftraum hinter der Faser zu biegen, wie mit Hilfe des Huygens-Prinzips erklärt werden kann. Das Biegen der Lichtwellen durch die Faser veranlasst gewisse Lichtstrahlen, sich in anderen Richtungen als geradeaus durch die Faser zu bewegen. Ein Teil dieser Lichtstrahlen fällt auf die beschränkende Endfläche der Fasern. Diese Endfläche begrenzt das Fasermaterial mit einem refraktiven Index n2 gegenüber einem dünneren Material, Luft, mit einem niedrigeren refraktiven Index n1, was zur Totalreflexion führt; siehe 1. Das Licht wird dadurch in zwei unterschiedliche Felder mit zueinander verschiedenen Phasenzuständen und in zwei zueinander verschiedenen Wellenfronten geteilt.

Jede in einem Reflexionsfeld/R-Feld enthaltenen Lichtwellen verlassen die Faser zur Luft hin und breiten sich frei in einem Raum hinter der Faser weiter aus. Jene Lichtstrahlen, die nicht reflektiert werden, erreichen die andere Seite, die Rückseite, der Faser. Gewisse dieser Lichtfasern werden wieder beim Übergang in die Luft nahe an der Endfläche der Rückseite der Faser gebrochen. Jedoch werden in diesem Fall die Wellen nicht durch irgendein Hindernis behindert und verbreiten sich frei im gesamten Raum hinter der Faser, wobei diese ein anderes Lichtfeld ausbildenden Wellen als Kanten-Feld/K-Feld bezeichnet werden, siehe 1. Die Interferenz zwischen diesen zwei Lichtfeldern bildet ein reguläres und periodisches Diffraktionsmuster auf der halben Anzeigenoberfläche eines hinter der Faser platzierten Schirms. Das Diffraktionsmuster wird als zentrales Band aus Licht, gefolgt von schwächeren Parallellichtlinien (Diffraktionslinien) manifestiert, siehe 2A, B, wobei 2A ein sauberes Faserende illustriert und 2B das Diffraktionsmuster zeigt, das aus der RK-Interferenz herrührt. Die zentrale Lichtlinie, erste Intensitätsmaxima, ist mit Hilfe eines schwarzen Bandes ausgeblendet worden, so dass die schwächeren Diffraktionslinien unterschieden werden können. Somit sind die Diffraktionslinien ein Ergebnis der Interferenz zwischen zwei sekundären Wellenfronten, die nach der Diffraktion von Licht durch die Faser gebildet werden. Beide Wellenfronten haben ihre Quellen auf dem zylindrischen Fasermantel gemäß dem Huygens-Prinzip.

Kleinste Staub- und Schmutzpartikel auf der Manteloberfläche der Faser wirken als irreguläre Störquellen. Diese Störquellen übertragen sekundäre Wellen, die dem R-Feld und dem K-Feld überlagert werden und ein irreguläres Muster bilden, das einen viel größeren Kontrast als das reguläre RK-Diffraktionsmuster aufweist; siehe 3A, B, wobei 3A ein schmutziges Faserende zeigt, und 3B ein Diffraktionsmuster zeigt, das von der irregulären Interferenz herrührt. Die zentrale hellere Linie, erste Intensitätsmaximum, ist mit Hilfe eines schwarzen Bandes ausgebildet werden. Die Differenz zwischen diesem stochastischen Muster von einem schmutzigen Faserende und dem periodischen Muster von einem sauberen Faserende kann mit Hilfe einer CCD-Kamera detektiert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 illustriert das laterale Ausbreiten von Licht gemäß dem Huygens-Prinzip.

2A, B zeigen ein sauberes Faserende und das Diffraktionsmuster von der RK-Interferenz.

3A, B zeigen ein schmutziges Faserende und das Diffraktionsmuster von der irregulären Interferenz.

4A, B zeigen die Schmutzdetektion mit Hilfe des Laserlichts gemäß der Erfindung, von einer Seite bzw. von oben.

Detaillierte Beschreibung einer Ausführungsform

Die 4A und 4B illustrieren ein System zum Detektieren von Schmutz mit Hilfe von Laserlicht von einer Seite bzw. von oben. Eine kohärente Lichtquelle 1, z.B. ein HeNe-Laser oder ein Diodenlaser, strahlt kohärentes Licht auf ein optisches Faserende 2. Das Licht im Faserende wird durch eine Sammellinse 3, wie eine planar zylindrische Linse, gesammelt, die zwischen der Lichtquelle und dem Faserende platziert ist. Das sich ergebende Diffraktionsmuster wird auf einem inkohärenten halbtransparenten Schirm 4 dargestellt. Die Fläche um das Faserende wird orthogonal mit dem monochromen und kohärenten Licht beleuchtet, wobei der Durchmesser des Lichtstrahls so gewählt wird, dass das Licht auf zumindest 0,5 mm des Faserendes auftrifft. Der inkohärente halbtransparente Schirm, der Dispersionsschirm, ist um einen Abstand von zumindest 50 m vom Faserende angeordnet. Eine CCD-Kamera 5 bildet das Diffraktionsmuster von der anderen Seite des Schirms ab und zeichnet es auf. Die zylindrische Linse wird verwendet, um die Intensität des einfallenden Lichtes zu verstärken, wenn die Intensität nicht hinreichend ist, um ein klares Diffraktionsmuster auszubilden. Unterschiedliche Sauberkeitsanforderungsniveaus können definiert werden, indem Diffraktionsmuster von sauberen optischen Faserenden verglichen werden. Wenn ein Computer mit der Kamera verbunden ist, kann ein Schmutzwarnsystem mit Hilfe von Bildanalyse erhalten werden, z.B. durch den Vergleich mit Referenzmustern auf sauberen Faserenden, wobei in dem System der Computer ein Signal zu einer Überwachungseinheit sendet, wenn ein schmutziges Faserende detektiert wird, um so zu ermöglichen, dass geeignete Beseitigungsmaßnahmen ergriffen werden. Der Computer und andere Ausrüstung können in einem automatischen Schmutzwarnsystem beinhaltet sein, das beispielsweise in einer Faserspleißmaschine vorgesehen ist, unter Verwendung von Laserlichtdiffraktion, um Schmutz auf Faserenden anzuzeigen, wobei ein Signal zur Faserspleißmaschine geschickt wird, wenn Schmutz auf einem Faserende detektiert wird, um so ein Spleißen des schmutzigen Faserendes zu verhindern.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Detektieren von Schmutz auf einer optischen Faser, gekennzeichnet durch Beleuchten der Manteloberfläche und der Schnittoberfläche eines optischen Faserendes mit kohärentem Licht, wodurch die zylindrische Manteloberfläche des optischen Faserendes unter einem Winkel beleuchtet wird, der orthogonal zur Faserlängsachse ist, Darstellen der sich ergebenden schmutzabhängigen Interferenz auf einem Schirm als ein Interferenzmuster und Vergleichen des Interferenzmusters mit einem Referenzbild eines sauberen optischen Faserendes, wodurch eine Differenz bei den Mustern das Vorhandensein von Schmutz anzeigt.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch Erzeugen eines Interferenzmusters mit Hilfe von Laserlichtdiffraktion, das auf einem Anzeigeschirm aufgezeichnet werden kann, und Vergleichen des Musters mit einem Referenzbild eines sauberen optischen Faserendes, wodurch eine Differenz im Muster für das Vorhandensein von Schmutz auf dem Faserende Indikativ ist.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 1, das sich auf das Spleißen von Fasern in einer Faserspleißmaschine bezieht, gekennzeichnet durch Bewirken der Beleuchtung des Faserendes, Erzeugung des Interferenzmusters und automatisches Vergleichen des Musters mit einem Referenzbild und, durch Liefern eines Signals an die Faserspleißmaschine, wenn die Differenz zwischen dem erfassten Muster und dem Referenzbild detektiert wird, Ergreifen von Maßnahmen durch die Maschine, um beispielsweise das Faserende in Reaktion auf das Signal zu reinigen.
  4. Faserspleißmaschine zum Detektieren von Schmutz auf einer optischen Faser, wobei die Maschine eine Lichtquelle (1), die dazu dient, kohärentes Licht auszustrahlen und ein Faserende (2) zu beleuchten, einen Schirm (4), auf dem ein als Ergebnis von Schmutz auf der Faser ausgebildetes Interferenzmuster aufgezeichnet wird, und Mittel zum Vergleichen des dargestellten Musters mit einem Referenzmuster, um so die Sauberkeit der Faser zu bestimmen, beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine eine Lichtquelle aufweist, die so angeordnet ist, dass die Manteloberfläche und die geschnittene Oberfläche eines optischen Faserendes beleuchtet sind, wodurch die zylindrische Manteloberfläche des optischen Faserendes unter einem Winkel beleuchtet ist, der orthogonal zur Faserlängsachse läuft.
  5. Faserspleißmaschine gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1) ein Laser ist, z.B. ein HeNe-Laser oder ein Diodenlasermodul, wobei das auftretende Diffraktionsmuster untersucht und bewertet wird.
  6. Faserspleißmaschine gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildhandhabung automatisch ist und dass die Maschine ein Schmutzwarnsystem beinhaltet, welches, wenn Schmutz detektiert wird, die Faserspleißmaschine aktiviert, Maßnahmen zu ergreifen, um beispielsweise das Faserende zu reinigen.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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