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Dokumentenidentifikation DE69931650T2 25.01.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001119756
Titel ERZEUGUNG EINER ELEKTROMAGNETISCHEN IMPULSFOLGE ZUM PRÜFEN VON GLASFASERN
Anmelder Airbus France, Toulouse, FR
Erfinder DUCHENNE, Bruno, F-31650 Saint Orens de Gameville, FR;
ISBERT, Jacques, F-31100 Toulouse, FR
Vertreter Meissner & Meissner, 14199 Berlin
DE-Aktenzeichen 69931650
Vertragsstaaten DE, GB, IT, SE
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 07.10.1999
EP-Aktenzeichen 999704646
WO-Anmeldetag 07.10.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/FR99/02400
WO-Veröffentlichungsnummer 2000022402
WO-Veröffentlichungsdatum 20.04.2000
EP-Offenlegungsdatum 01.08.2001
EP date of grant 31.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.01.2007
IPC-Hauptklasse G01M 11/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Emission von elektromagnetischen Impulsen sowie ein System und ein Verfahren zum Prüfen von Lichtleitfaserelementen.

Die Vorrichtung des Typs mit:

  • – einem Generator wenigstens eines elektromagnetischen Impulses, insbesondere eines Lichtimpulses; und
  • – wenigstens einer Lichtleitfaser, die einen von dem Generator erzeugten elektromagnetischen Impuls zum Zwecke seiner Emission übertragen kann,
eignet sich in ganz besonderem Maße, wenn auch nicht ausschließlich, für die Anwendung in einem Prüfsystem, um charakteristische Parameter zu bestimmen, namentlich die Verluste eines Lichleitfaserelements, insbesondere einer Faserkomponente einer Faserverbindung oder eines Lichtleitfasernetzes.

Aus dem Patent US-5 251 002 kennt man solch ein Prüfsystem mit:

  • – solch einer Emissionsvorrichtung oder Lichtquelle, die geeignet ist, einen Lichtimpuls zu emittieren;
  • – einem Fotoempfänger, der geeignet ist, optische Eigenschaften eines Lichtimpulses, der von der Lichtquelle emittiert und von einem Glasfaserelement übertragen wird, zu messen; und
  • – Mitteln zum Erfassen, zum Speichern und zum Verarbeiten von Daten, die die Messungen empfangen, die von dem Fotoempfänger für das zu prüfende Glasfaserelement und für ein Referenz-Glasfaserelement erzeugt werden, und die anhand dieser Messungen die Verluste des zu prüfenden Glasfaserelements bestimmen.

Die Lichtquelle beziehungsweise die Emissionsvorrichtung weisen bekannterweise Emissionsbedingungen auf, die feststehen und einheitlich sind, namentlich was den Raumwinkel der Emission und die Bestrahlungsfläche anbelangt.

Daher erlaubt das bekannte Prüfsystem lediglich die Ausführung von Tests für eine bestimmte Konfiguration des verwendeten Lichtbündels, so wie es von der Lichtquelle emittiert wird. Dieses bekannte Prüfsystem führt also ein Verfahren aus, das lediglich die Verluste in Bezug auf einen einzigen bestimmten und von der Lichtquelle emittierten Impuls misst.

In der Praxis ist die Konfiguration des von der Lichtquelle erzeugten Lichtbündels jedoch nicht immer jene, die tatsächlich in dem zu prüfenden optischen Element verwendet wird. Folglich ist dieses Prüfsystem nicht zuverlässig genug.

Um die Zuverlässigkeit zu verbessern, ist es notwendig, die vorstehend genannten Bedingungen für die Bestrahlung beziehungsweise die Emission, die von 0% bis 100% Kernfläche für die Emissionsfläche und von 0% bis 100% numerische Apertur für den Raumwinkel der Emission variieren können, zweckmäßig abzutasten. In den gewöhnlich vorkommenden Fällen können die Bedingungen von 70% bis 100% variieren.

Zu diesem Zweck wird empfohlen, einen Abtastschritt von 2% oder größer vorzusehen. Dies setzt demnach voraus, dass man wenigstens etwa fünfzehn unterschiedliche Lichtquellen verwendet, von denen jede geeignete Bestrahlungsbedingungen bietet, um eine zufriedenstellende Abtastung zu erhalten.

Diese Lösung ist also kaum zufriedenstellend, namentlich aufgrund der hohen Kosten, der langen Ausführungsdauer und der umfangreichen Tastungen.

Aus einem Artikel von Cohen L.G. mit dem Titel „Shuttle pulse measurements of pulse spreading in an optical fiber", der in der Veröffentlichung „Applied Optics", Juni 1975, Band 14, Nummer 6, Seiten 1351 bis 1356 erschienen ist, kennt man eine Vorrichtung zum Bestimmen des Verhältnisses zwischen der Länge einer Glasfaser und der Dispersion eines elektromagnetischen Impulses, der diese Glasfaser durchströmt. Diese bekannte Vorrichtung weist einen Lasergenerator, eine Diodendetektionsvorrichtung, einen Impulsverstärker und Mittel zum Abgriff und zur Verarbeitung von Werten auf. Die mit dem Lasergenerator und der Detektionsvorrichtung gekoppelte Glasfaser ist mit ihren Enden mit teilweise transparenten Spiegeln verbunden. Diese Einheit (Glasfaser, Spiegel) erlaubt es, eine Folge von Impulsen zu erzeugen, von denen jeder eine andere Strecke in der Glasfaser zurücklegt. Dies verhindert, dass man nacheinander Glasfasern von unterschiedlicher Länge verwenden muss, um das vorstehend genannte Verhältnis zwischen der Länge der Glasfaser und der Dispersion eines elektromagnetischen Impulses zu bestimmen. Außerdem kennt man aus der Druckschrift FR-A-2 622 979 eine optische Vorrichtung mit Hohlraumresonator, die eine passive Vorrichtung und keine Lichtquelle ist. Diese bekannte optische Vorrichtung weist Mittel auf, um eine Glasfaser mit dem Hohlraumresonator zu koppeln, Mittel, die eine Gradientenindexlinse umfassen. Diese Linse ist mit einer Aussparung mit einem Schirm aus absorbierendem Material versehen, der dazu bestimmt ist, die Fresnel-Reflexion aufzuheben.

Darüber hinaus offenbart die Druckschrift US-A-4 497 575 eine Kalibrierungsvorrichtung zum Kalibrieren eines Reflektors, der eine Lichtimpulsquelle, einen Lichtdetektor, ein Mittel zur optischen Ankopplung und ein Anzeigemittel umfasst.

Außerdem sieht die Druckschrift JP-A-53001042 vor, Transmissionseigenschaften einer Glasfaser zu bestimmen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Nachteile zu beseitigen, und zwar insbesondere jene Nachteile, die mit der Existenz von fixen und einheitlichen Emissionsbedingungen der Lichtquelle zusammenhängen.

Sie betrifft eine Vorrichtung zur Emission von elektromagnetischen Impulsen, die geeignet ist, elektromagnetische Impulse zu emittieren, deren Eigenschaften bezüglich des geometrischen Flusses der Emission (Raumwinkel der Emission, Emissionsfläche) variabel sind.

Zu diesem Zweck zeichnet sich gemäß der Erfindung die Vorrichtung zur Emission von elektromagnetischen Impulsen mit:

  • – einem Generator von wenigstens einem elektromagnetischen Impuls;
  • – wenigstens einer Lichtleitfaser, die geeignet ist, einen von dem Generator erzeugten elektromagnetischen Impuls zum Zwecke seiner Emission zu übertragen; und
  • – wenigstens einem optischen Resonator:
  • – der auf dem Weg eines einfallenden elektromagnetischen Impulses angeordnet ist, der von der Lichtleitfaser übertragen wird; und
  • – der einen Eingang mit einem ersten teilweise reflektierenden Spiegel und einen Ausgang mit einem zweiten teilweise reflektierenden Spiegel aufweist, wobei der erste und zweite Spiegel so angeordnet sind, dass an dem Ausgang des optischen Resonators aus einem einzigen einfallenden elektromagnetischen Impuls eine Folge von emittierten elektromagnetischen Impulsen entsteht,
dadurch aus, dass die Lichtleitfaser ein erstes Teilstück aufweist, das zwischen dem Generator und dem ersten Spiegel angeordnet ist, ein zweites Teilstück, das zwischen dem ersten und zweiten Spiegel angeordnet ist, und ein drittes Teilstück, das hinter dem zweiten Spiegel angeordnet ist, und dass die Länge des zweiten Lichtleitfaser-Teilstücks, das zwischen dem ersten und zweiten Spiegel angeordnet ist, und das Verhältnis Transmission/Reflexion des ersten und zweiten Spiegels so beschaffen sind, dass die elektromagnetische Impulsfolge emittierte elektromagnetische Impulse aufweist, deren Raumwinkel der Emission und Emissionsfläche variabel und genau definiert sind.

Dank des optischen Resonators weist die emittierte Impulsfolge also Impulse auf, die eine variable Anzahl von Reflexionen auf die Spiegel erfahren und folglich in dem Resonator variable Strecken zurücklegen. Da nun aber bekannterweise die vorstehend genannten Eigenschaften bezüglich des geometrischen Flusses in Abhängigkeit von der zurückgelegten Strecke variieren, weisen die verschiedenen Impulse der Impulsfolge variable Eigenschaften bezüglich des geometrischen Flusses (Raumwinkel der Emission, Emissionsfläche) auf.

Folglich ist man in der Lage, eine Vielzahl von Impulsen mit vorbestimmten Emissionseigenschaften zu bilden, indem man für den optischen Resonator geeignete Eigenschaften wählt, und zwar insbesondere das Verhältnis Reflexion/Transmission der teilweise reflektierenden Spiegel und der Abstand zwischen den Spiegeln.

Insbesondere kann man, wenn die Emissionsvorrichtung in einem Prüfsystem des vorstehend genannten Typs angewendet wird, eine spezielle Impulsfolge bilden, die die verschiedenen möglichen Konfigurationen für die Lichtbündel umfasst, die geeignet sind, von dem zu prüfenden Element übertragen zu werden.

Dies erlaubt es, die oben genannten Nachteile des bekannten und insbesondere in dem Patent US-5 251 002 beschriebenen Prüfsystems zu beseitigen, da es nicht mehr nötig ist, für die Ausführung einer umfassenden Prüfung eine Vielzahl von verschiedenen Lichtquellen vorzusehen.

Außerdem ist vorteilhafterweise wenigstens einer der ersten und zweiten Spiegel mit zwei Teilstücken der Lichtleitfaser verbunden:

  • – bei einer ersten Ausführungsform direkt mit einander gegenüberliegenden Seiten; und
  • – bei einer zweiten Ausführungsform mittels eines beigeordneten Mittels zur optischen Ankopplung.

Bei dieser zweiten Ausführungsform weist das beziehungsweise jedes Mittel zur optischen Ankopplung vorteilhafterweise Folgendes auf:

  • – bei einer ersten Ausführungsvariante zwei Linsen, die die beiden Teilstücke der Lichtleitfaser optisch miteinander verbinden, wobei der dem Mittel zur optischen Ankopplung beigeordnete Spiegel zwischen den Linsen angeordnet ist;
  • – bei einer zweiten Ausführungsvariante eine einzige Linse mit Halbwellengradientenindex, wobei der Spiegel an der Vorderseite des Mittels zur optischen Ankopplung im Inneren des optischen Resonators angeordnet ist; und
  • – bei einer dritten Ausführungsvariante zwei Linsen mit Viertelwellengradientenindex, die die beiden Teilstücke der Lichtleitfaser optisch miteinander verbinden, wobei der dem Mittel zur optischen Ankopplung beigeordnete Spiegel zwischen den Linsen angeordnet ist.

Außerdem weist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhafterweise Mittel auf, die verhindern, dass ein von dem Generator erzeugter Impuls zum Generator zurückkehrt. Dazu umfassen die Mittel vorzugsweise wenigstens eine Lichtfalle, die mit dem Mittel zur optischen Ankopplung zusammenwirkt, das dem ersten Spiegel beigeordnet ist.

Des Weiteren ist der Generator vorteilhafterweise geeignet, wenigstens zwei Impulse von unterschiedlicher Wellenlänge zu erzeugen, was bei der Anwendung in einem Prüfsystem namentlich das gleichzeitige Messen der Verluste bei mehreren Arbeitswellenlängen bestimmter Verbindungsarten ermöglicht, wie beispielsweise Videoübertragungen, die bei Wellenlängen von 0,85 &mgr;m und 1,3 &mgr;m stattfinden.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Prüfsystem des Typs mit:

  • – einer Lichtquelle, die geeignet ist, wenigstens einen elektromagnetischen Impuls zu emittieren;
  • – einem Fotoempfänger, der geeignet ist, Eigenschaften eines von der Lichtquelle emittierten und von einem Lichtleitfaserelement übertragenen elektromagnetischen Impulses zu messen; und
  • – Mitteln zum Erfassen, zum Speichern und zum Verarbeiten von Daten, die die Messungen empfangen, die von dem Fotoempfänger erzeugt werden.

Gemäß der Erfindung zeichnet sich das Prüfsystem dadurch aus, dass die Lichtquelle dieses Systems eine Vorrichtung zur Emission von Lichtimpulsen aufweist, wie jene, die oben erwähnt wurde, und dass die Mittel zum Erfassen, zum Speichern und zum Verarbeiten von Daten die Messungen, die von dem Fotoempfänger erzeugt werden, sowohl für ein zu prüfendes Lichtleitfaserelement als auch für ein Referenz-Lichtleitfaserelement empfangen, und anhand dieser Messungen die Verluste des zu prüfenden Lichtleitfaserelements bestimmen.

Zusätzlich zu den vorstehend genannten Vorteilen hat dieses erfindungsgemäße Prüfsystem eine längere Laufzeit (oder Lebensdauer) als jenes, das in dem Patent US-5 251 002 beschrieben wird. Dieses zuletzt genannte bekannte System, das elektro-optische Kommutatoren aufweist, erlaubt nämlich lediglich eine relativ kleine Anzahl von Anwendungen und reagiert außerdem auf die Umgebungsbedingungen, was bei dem erfindungsgemäßen System, das kein sich bewegendes mechanisches Element aufweist, nicht der Fall ist.

Man wird außerdem bemerken, dass die Lichtleitfaser der Vorrichtung zur Emission von Impulsen im Allgemeinen Eigenschaften hat (Kerndurchmesser und numerische Apertur), die mit jenen des zu prüfenden Lichtleitfaserelements identisch sind. Dies erlaubt es, die Emissionsfläche und den Raumwinkel der Emission im Lauf der Zeit in der gleichen Richtung zu ändern, wobei diese beiden zuletzt genannten Eigenschaften bezüglich des geometrischen Flusses mit jedem nächsten Impuls kleiner werden.

Bei einer besonderen Ausführungsform bildet man die Vorrichtung zur Emission von elektromagnetischen Impulsen jedoch so aus, dass eine der Eigenschaften bezüglich des geometrischen Flusses konstant und die andere variabel ist.

Gemäß der Erfindung:

  • – sieht man zu diesem Zweck, um einen konstanten Raumwinkel der Emission zu erhalten, eine Lichtleitfaser vor, die den gleichen Kerndurchmesser hat wie der Kerndurchmesser des zu prüfenden Lichtleitfaserelements, aber eine größere numerische Apertur aufweist; und
  • – sieht man zu diesem Zweck, um eine konstante Emissionsfläche zu erhalten, eine Lichtleitfaser vor, die die gleiche numerische Apertur, aber einen größeren Kerndurchmesser als das zu prüfende Element aufweist.

Darüber hinaus weist das Prüfsystem ferner vorteilhafterweise eine Universalsteckverbindung auf, die es erlaubt, das zu prüfende Lichtleitfaserelement und das Referenz-Lichtleitfaserelement mit dem dritten Lichtleitfaser-Teilstück sowie mit einem Lichtleitfaser-Teilstück, das mit dem Fotoempfänger einstückig ist, zu verbinden.

Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Prüfverfahren, um den Wert von wenigstens einem charakteristischen Parameter eines Lichtleitfaserelements zu bestimmen, wie zum Beispiel die Schwächung der elektromagnetischen Intensität, ein Verfahren, das es insbesondere erlaubt, die vorstehend genannten Nachteile des bekannten Verfahrens zu beseitigen, das von dem Prüfsystem ausgeführt wird, das in dem Patent US-5 251 002 beschrieben wird.

Dieses bekannte Verfahren führt nämlich, wie vorstehend angegeben, Messungen für einen einzigen Impulstyp aus. Wenn man Informationen für eine Vielzahl von unterschiedlichen Impulsen benötigt, muss man daher das bekannte Verfahren für jeden der Impulse ausführen. Außerdem ist es ratsam, um die so erhaltenen Ergebnisse anpassen oder vergleichen zu können, für jede dieser verschiedenen Prüfungen die gleichen Ausführungsbedingungen zu schaffen, was lange dauert, lästig ist und leicht zu Fehlern führt.

Um diese Nachteile zu beseitigen, ist das Verfahren zum Bestimmen des Wertes von wenigstens einem charakteristischen Parameter eines Lichtleitfaserelements so beschaffen, dass:

  • a) man mittels einer Vorrichtung zur Emission von Lichtimpulsen, wie jene, die vorstehend genannt wurde, eine Folge von elektromagnetischen Impulsen erzeugt, von denen wenigstens einige für wenigstens eine optische Eigenschaft unterschiedliche Werte haben, und man die elektromagnetische Impulsfolge in ein Lichtleitfaserelement einkoppelt;
  • b) man Messungen bezüglich der elektromagnetischen Impulsfolge ausführt, die von dem Lichtleitfaserelement überfragen wird; und
  • c) man den Wert des charakteristischen Parameters für jeden der verschiedenen elektromagnetischen Impulse der Impulsfolge bestimmt.

Dank der Erfindung führt man also in einem einzigen Durchgang des Verfahrens Prüfungen für eine Vielzahl von unterschiedlichen Impulsen aus, was zahlreiche Vorteile mit sich bringt, und zwar insbesondere eine kürzere Dauer und geringere Kosten der Prüfungen, wenn diese für eine Vielzahl von unterschiedlichen Impulsen ausgeführt werden müssen, sowie eine größere Genauigkeit, da es nicht mehr nötig ist, zu versuchen, für eine Vielzahl von unterschiedlichen Prüfungen erneut identische Ausführungsbedingungen zu schaffen.

Wie vorstehend angegeben,

  • – bildet man, um die Impulsfolge zu erzeugen, aus einem einfallenden elektromagnetischen Impuls eine Vielzahl von Impulsen; und
  • – lässt man die Impulse in wenigstens einer Lichtleitfaser unterschiedliche Strecken zurücklegen, wobei die Impulse am Ausgang der Lichtleitfaser die Impulsfolge bilden.

Dies geschieht unter Verwendung der vorstehend genannten und erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Außerdem stellt der charakteristische Parameter vorteilhafterweise die Verluste des Lichtleitfaserelements dar, und in Schritt b) führt man für das Lichtleitfaserelement und für ein Referenz-Lichtleitfaserelement Messungen aus.

Aus den Figuren der beifolgenden Zeichnungen ist ersichtlich, wie die Erfindung ausgeführt sein kann. Ähnliche Elemente sind in diesen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

1 stellt eine erfindungsgemäße Vorrichtung dar.

Die 2 bis 4 stellen jeweils schematisch und nicht allumfassend drei unterschiedliche Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.

5 stellt schematisch ein erfindungsgemäßes Prüfsystem eines Lichtleitfaserelements dar.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1A, 1B, 1C und 1D, die jeweils in den 1 bis 4 dargestellt ist, ist dazu bestimmt, elektromagnetische Impulse zu emittieren, in diesem Fall Lichtimpulse.

Die Vorrichtung 1A bis 1D ist des Typs mit:

  • – einem Generator 2, beispielsweise eine Leuchtdiode, eine Laserdiode oder eine Superlumineszenzdiode, der geeignet ist, einen Lichtimpuls zu erzeugen; und
  • – einer Lichtleitfaser F, die mit dem Generator 2 verbunden ist und geeignet ist, einen Lichtimpuls zu übertragen, der von dem Generator 2 zum Zwecke seiner Emission erzeugt wird.

Die Eigenschaften bezüglich des geometrischen Flusses er Emission dieses Generators 2 sind bekannterweise festgelegt und einheitlich, was den Raumwinkel der Emission und die Emissionsfläche anbelangt.

Um variable geometrische Kenngrößen zu erhalten, weist die Vorrichtung 1A bis 1D gemäß der Erfindung ferner einen optischen Resonator 3A bis 3D auf.

Jeder dieser optischen Resonatoren 3A bis 3D umfasst:

  • – einen ersten Spiegel M1A, M1B, M1C beziehungsweise M1D des teilweise reflektierenden Typs, der zwischen zwei Teilstücken F1 und F2 der Lichtleitfaser F angeordnet ist, wobei das Teilstück F1 auf bekannte Weise mit dem Generator 2 verbunden ist;
  • – einen zweiten Spiegel M2A, M2B, M2C beziehungsweise M2D, der vom gleichen Typ wie der erste Spiegel sein kann, der zwischen dem Teilstück F2 und einem Teilstück F3 der Lichtleitfaser F angeordnet ist; und
  • – das Teilstück F2, das es erlaubt, den ersten und zweiten Spiegel miteinander zu verbinden.

Somit wird also ein Lichtimpuls, der von dem Generator 2 erzeugt wird und in den optischen Resonator 3A bis 3D eindringt, teilweise von dem Spiegel M2A bis M2D überfragen und teilweise von diesem reflektiert, wobei der reflektierte Teil dann auch teilweise von dem Spiegel M1A bis M1D reflektiert wird, so dass er zu dem Spiegel M2A bis M2D zurückkehrt, wo er erneut teilweise reflektiert und teilweise übertragen wird, und so weiter, was es erlaubt, am Ausgang des optischen Resonators 3A bis 3D eine zeitlich versetzte Impulsfolge zu erzeugen.

Jeder dieser Impulse hat also in dem Teilstück F2 einen Weg von unterschiedlicher Länge zurückgelegt.

Nun zeigt aber die durch Experimente bestätigte Theorie [S. D Personick, Bell Syst Tech J. 50, 843, (1971)], dass die Ausbreitungsbedingungen einer Lichtwelle in einer Lichtleitfaser in Abhängigkeit von der Länge der Faser, in diesem Fall des Teilstücks F2, variieren. Diese Änderung (zeitliche Verlängerung des eingekoppelten Impulses oder Änderung des geometrischen Flusses: Kerndurchmesser und numerische Apertur bezogen auf den Raumwinkel) ist eine Änderung in Abhängigkeit von der Länge bis zu einer Faserlänge, die als modale Gleichgewichtslänge definiert ist, und bei größeren Längen ist die Änderung der Impulsverlängerung abhängig von der Quadratwurzel der Länge, und der geometrische Fluss ist konstant. Dieser modale Gleichgewichtszustand ist erreicht, wenn das Licht, das in einer Mode gemischt wird, statistisch von dem Licht kompensiert wird, das entkommt.

Folglich haben die verschiedenen Impulse der Impulsfolge, die von der Vorrichtung 1A bis 1D emittiert wird, variable geometrische Kenngrößen der Emission.

Man ist also in der Lage, durch eine geeignete Wahl des optischen Resonators 3A bis 3D, namentlich in Bezug auf die Länge des Teilstücks F2 und das Verhältnis Transmission/Reflexion des ersten und zweiten Spiegels, die geometrischen Kenngrößen der verschiedenen emittierten Impulse genau zu definieren und somit dank der Erfindung aus einem einzigen, von dem Generator 2 erzeugten Impuls eine Folge von variablen und genau definierten Impulsen zu erhalten.

Man wird bemerken, dass die Erzeugung einer Impulsfolge aus einem eingekoppelten Impuls durch einen optischen Resonator der Länge Y erlaubt, für den Ausgangsimpuls des Rangs N das Äquivalent der Ausbreitung (modale Dispersion, chromatische Dispersion, Entwicklung des geometrischen Flusses) in einer Faser der Länge l (2N – 1) zu erhalten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1A bis 1D erlaubt zum Beispiel, eine Impulsfolge zu emittieren, die etwa fünfzehn unterschiedliche Emissionseigenschaften erzeugt, die in dem wie folgt begrenzten Bereich liegen:

  • – 70% bis 100% numerische Apertur einer Licht gebenden Glasfaser; und
  • – 70% bis 100% Kerndurchmesser der Licht gebenden Glasfaser.

Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform weisen die Spiegel M1A und M2A jeweils eine Beschichtung aus einem teilweise reflektierenden Material auf, die direkt auf ein Teilstück der Lichtleitfaser F aufgebracht wird, und die angrenzenden Teilstücke sind aneinander geklebt, während bei den Ausführungsformen der 2 bis 4 die Spiegel M1B, M2B, M1C, M2C, M1D und M2D den jeweiligen nachstehend beschriebenen Mitteln zur optischen Ankopplung C1B, C2B, C1C, C2C, C1D und C2D beigeordnet sind.

Wie man in 2 sehen kann, weisen die Mittel zur optischen Ankopplung C1B und C2B jeweils zwei Linsen 4, 5 und 6, 7 auf, zum Beispiel sphärische oder asphärische Linsen, zwischen denen der zugehörige Spiegel M1B, M2B angeordnet ist.

Des Weiteren sind die Linse 4 mit dem Teilstück F1, die Linsen 5 und 7 mit dem Teilstück F2 und die Linse 6 mit dem Teilstück F3 auf bekannte Weise verbunden.

Darüber hinaus weisen die Mittel zur optischen Ankopplung C1C und C2C jeweils zwei Linsen 8, 9 und 10, 11 des Typs mit Viertelwellen-Gradientenindex auf, die mit den Teilstücken F1 bis F3 der Lichtleitfaser F verbunden sind und zwischen denen der zugehörige Spiegel M1C, M2C angeordnet ist, wie in 3 dargestellt.

Was die in 4 gezeigten Mittel zur optischen Ankopplung C1D und C2D anbelangt, so weisen diese jeweils eine Linse 12, 13 des Typs mit Halbwellen-Gradientenindex auf, und die zugehörigen Spiegel M1D et M2D sind an den Vorderseiten 14 und 15 der Mittel zur optischen Ankopplung C1D und C2D angeordnet, die sich im Inneren des optischen Resonators 3D befinden.

Des Weiteren weist das Mittel C1D eine Lichtfalle 16 auf, die dazu bestimmt ist, das Licht zu eliminieren, das von dem Spiegel M1D reflektiert wird, und somit zu verhindern, dass ein von dem Generator 2 emittierter Impuls oder ein Teil dieses Impulses zu dem Generator 2 zurückkehrt. Selbstverständlich kann solch eine Lichtfalle bei den verschiedenen möglichen Ausführungsformen vorgesehen werden.

Darüber hinaus wird man bemerken, dass gemäß der Erfindung:

  • – die Techniken für die Ausrichtung und die Montage zwischen den Lichtleitfaser-Teilstücken und den Mitteln zur Ankopplung von jeglichem bekannten Typ sein können;
  • – die reflektierenden Beschichtungen der Spiegel entweder an den beiden Enden der Faser F2 des optischen Resonators oder an den Mitteln zur Ankopplung aufgebracht werden können;
  • – die Länge der Lichtleitfaser F2 des optischen Resonators aus einem breiten Wertebereich gewählt werden kann. Diese Länge kann beispielsweise 50 Meter betragen;
  • – die Vorrichtung 1A bis 1D für jeglichen Typ von Multimode-Lichtleitfaser F anwendbar ist, unabhängig von ihrem Kerndurchmesser und ihrem Manteldurchmesser sowie unabhängig von dem Material, das für ihre Ausführung verwendet wird (Kieselerde, Silikon, Polymer); und
  • – die Vorrichtung 1A bis 1D kein sich bewegendes, defektanfälliges mechanisches Bauteil umfasst.

Des Weiteren wird man bemerken, dass überaus zahlreiche Anwendungen der vorstehend genannten Vorrichtung 1A bis 1D möglich sind, namentlich um Messungen auszuführen, und insbesondere um verschiedene charakteristische Parameter zu messen, wie zum Beispiel:

  • – die Dämpfung von Bauteilen oder von Lichtleitfaserkabelbäumen oder von Netzen mit Multimodefaseranschluss;
  • – die Funktion der modalen Übertragung von Bauteilen oder von Lichtleitfaserkabelbäumen;
  • – die Fehlerhäufigkeit einer Lichtleitfaserverbindung; oder
  • – die Bandbreite einer Multimode-Lichtleitfaser.

Zu diesem Zweck betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Messen von solch einem charakteristischen Parameter eines Lichtleitfaserelements, und insbesondere dessen Verluste.

Genauer gesagt betrifft sie ein Verfahren, demgemäß:

  • a) man wenigstens einen elektromagnetischen Impuls erzeugt, namentlich einen Lichtimpuls, den man in das Lichtleitfaserelement emittiert;
  • b) man Messungen bezüglich des elektromagnetischen Impulses ausführt, der von dem Lichtleitfaserelement übertragen wird; und
  • c) man den charakteristischen Parameter wenigstens anhand der Messungen bestimmt.

Gemäß der Erfindung erzeugt man in Schritt a) eine Folge von elektromagnetischen Impulsen, von denen wenigstens einige für wenigstens eine optisches Eigenschaft unterschiedliche Werte haben, namentlich eine Eigenschaft bezüglich des geometrischen Flusses der Emission, und in Schritt c) bestimmt man den Wert des charakteristischen Parameters für jeden dieser verschiedenen elektromagnetischen Impulse der Impulsfolge.

In 5 ist ein erfindungsgemäßes Prüfsystem 18 dargestellt, das es erlaubt, das vorstehend genannte Verfahren auszuführen, und das dazu bestimmt ist, die Verluste eines Lichtleitfaserelements 19, beispielsweise eines Bauteils mit Faseranschluss, einer Verbindung mit Faseranschluss oder eines Lichtleitfasernetzes zu ermitteln.

Gemäß der Erfindung weist das System 18 hierzu auf:

  • – eine Vorrichtung zur Emission von Lichtimpulsen des vorstehend beschriebenen Typs, die der Erfindung und in diesem Fall zum Beispiel jener der Ausführungsform 1D von 4 entspricht;
  • – einen Fotoempfänger 20 bekannten Typs, zum Beispiel eine Photodiode PIN oder eine Photodiode APD, die geeignet ist, Eigenschaften wie zum Beispiel die Intensität eines Lichtimpulses zu messen, der von der Vorrichtung 1D emittiert und von einem Lichtleitfaserelement 19 oder 21 übertragen wird;
  • – Mittel 22, beispielsweise einen Speicher, die mittels einer elektrischen Verbindung 23 mit dem Fotoempfänger 20 verbunden sind und dazu bestimmt sind, die von dem Fotoempfänger 20 ausgeführten Messungen zu speichern; und
  • – Mittel 24, die mittels der elektrischen Verbindungen 25 und 26 mit dem Generator 2 beziehungsweise den Mitteln 22 verbunden sind und anhand der von dem Fotoempfänger 20 empfangenen und ausgeführten Messungen einerseits für das zu prüfende Element 19 und andererseits für ein Referenzelement 21, beispielsweise eine einfache Lichtleitfaser von kleiner Länge, die Verluste des Elements 19 bestimmen.

Die Ergebnisse der so ausgeführten Prüfungen können von den Mitteln 27 angezeigt werden, die mittels einer elektrischen Verbindung 28 mit den Mitteln 24 verbunden sind.

Zur Ausführung der Messungen können die Elemente 19 und 21 mit dem Teilstück F3 und mit einem Teilstück F4 (einstückig mit dem Fotoempfänger 20) der Lichtleitfaser mittels bekannter Mittel E1, E2, die zusammenwirken und beispielsweise eine Universal-Steckverbindung bilden, verbunden sein.

Das Teilstück F3 und das Element 19 haben den gleichen Kerndurchmesser und die gleiche numerische Apertur. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann jedoch eine dieser Eigenschaften auch von Element zu Element verschieden sein, um gleichzeitig eine konstante Eigenschaft bezüglich des geometrischen Flusses (beispielsweise die Emissionsfläche) und eine variable Eigenschaft bezüglich des geometrischen Flusses (beispielsweise der Raumwinkel der Emission) zu erhalten.


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Emission von elektromagnetischen Impulsen, wobei die Vorrichtung aufweist:

– einen Generator (2) von wenigstens einem elektromagnetischen Impuls;

– wenigstens eine Lichtleitfaser (F), die geeignet ist, einen von dem Generator (2) erzeugten elektromagnetischen Impuls zum Zwecke seiner Emission zu übertragen; und

– wenigstens einen optischen Resonator (3A, 3B, 3C, 3D):

– der auf dem Weg eines einfallenden elektromagnetischen Impulses angeordnet ist, der von der Lichtleitfaser (F) übertragen wird; und

– der einen Eingang mit einem ersten teilweise reflektierenden Spiegel (M1A, M1B, M1C) und einen Ausgang mit einem zweiten teilweise reflektierenden Spiegel (M2A, M2B, M2C, M2D) aufweist, wobei der erste und zweite Spiegel so angeordnet sind, dass an dem Ausgang des optischen Resonators (3A, 3B, 3C, 3D) aus einem einzigen einfallenden elektromagnetischen Impuls eine Folge von emittierten elektromagnetischen Impulsen entsteht,

dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitfaser (F) ein erstes Teilstück (F1) aufweist, das zwischen dem Generator (2) und dem ersten Spiegel angeordnet ist, ein zweites Teilstück (F2), das zwischen dem ersten und zweiten Spiegel angeordnet ist, und ein drittes Teilstück (F3), das hinter dem zweiten Spiegel angeordnet ist, und dass die Länge des zweiten Teilstücks (F2) der Lichtleitfaser (F), das zwischen dem ersten und zweiten Spiegel angeordnet ist, und das Verhältnis Transmission/Reflexion des ersten und zweiten Spiegels so beschaffen sind, dass die elektromagnetische Impulsfolge emittierte elektromagnetische Impulse aufweist, deren Raumwinkel der Emission und Emissionsfläche variabel und genau definiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der ersten und zweiten Spiegel (M1A, M2A) direkt mit einander gegenüberliegenden Seiten mit zwei Teilstücken (F1, F2, F3) der Lichtleitfaser (F) verbunden ist. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der ersten und zweiten Spiegel (M1B, M2B, M1C, M2C, M1D, M2D) mittels eines beigeordneten Mittels zur optischen Ankopplung (C1B, C2B, C1C, C2C, C1D, C2D) mit zwei Teilstücken (F1, F2, F3) der Lichtleitfaser (F) verbunden ist. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur optischen Ankopplung (C1B, C2B) zwei Linsen (4 bis 7) aufweist, die die beiden Teilstücke (F1, F2, F3) der Lichtleitfaser (F) optisch miteinander verbinden, wobei der dem Mittel zur optischen Ankopplung (C1B, C2B) beigeordnete Spiegel (M1B, M2B) zwischen den Linsen (4 bis 7) angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur optischen Ankopplung (C1C, C2C) zwei Linsen (8, 9; 10, 11) mit Viertelwellengradientenindex aufweist, die mit zwei Teilstücken der Lichtleitfaser (F) verbunden sind und zwischen denen der zugehörige Spiegel (M1C, M2C) angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur optischen Ankopplung (C1D, C2D) eine Linse (12, 13) mit Halbwellengradientenindex aufweist, und dass der zugehörige Spiegel (M1D, M2D) an der Vorderseite (14, 15) des Mittels zur optischen Ankopplung im Inneren des optischen Resonators (3D) angeordnet ist. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (16) aufweist, die verhindern, dass ein von dem Generator (2) erzeugter elektromagnetischer Impuls zu dem Generator (2) zurückkehrt. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (2) geeignet ist, wenigstens zwei Impulse von unterschiedlicher Wellenlänge zu erzeugen. Prüfsystem mit:

– einer Lichtquelle (1D), die geeignet ist, wenigstens einen elektromagnetischen Impuls zu emittieren;

– einem Fotoempfänger (20), der geeignet ist, Eigenschaften eines elektromagnetischen Impulses, der von der Lichtquelle (1D) emittiert und von einem Lichtleitfaserelement (19, 21) übertragen wird, zu messen; und

– Mitteln (22, 24) zum Erfassen, zum Speichern und zum Verarbeiten von Daten, die die Messungen empfangen, die von dem Fotoempfänger (20) erzeugt werden,

dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine Vorrichtung (1D) aufweist, die unter einem der Ansprüche 1 bis 8 beschrieben wird, und dass die Mittel (22, 24) zum Erfassen, zum Speichern und zum Verarbeiten von Daten die von dem Fotoempfänger (20) erzeugten Messungen empfangen, sowohl für ein zu prüfendes Lichtleitfaserelement (19) als auch für ein Referenz-Lichtleitfaserelement (21), und anhand dieser Messungen die Verluste des zu prüfenden Lichtleitfaserelements (19) bestimmen.
Prüfsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitfaser (F) der Vorrichtung (1D) zur Emission von elektromagnetischen Impulsen wenigstens zwei Eigenschaften aufweist, den Kerndurchmesser und die numerische Apertur, die vorbestimmt sind, und dass eine der Eigenschaften der Lichtleitfaser (F) mit jener des zu prüfenden Lichtleitfaserelements (19) identisch ist und die andere sich von ihr unterscheidet. Prüfsystem nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner eine Universalsteckverbindung aufweist, die es erlaubt, das zu prüfende Lichtleitfaserelement (19) und das Referenz-Lichtleitfaserelement (21) mit dem dritten Lichtleitfaser-Teilstück (F3) und einem Lichtleitfaser-Teilstück (F4), das mit dem Fotoempfänger (20) einstückig ist, zu verbinden. Verfahren zum Bestimmen des Wertes von wenigstens einem charakteristischen Parameter eines Lichtleitfaserelements, Verfahren demgemäß:

a) man mittels der Vorrichtung, die unter einem der Ansprüche 1 bis 8 beschrieben wird, eine Folge von elektromagnetischen Impulsen erzeugt, von denen wenigstens einige für wenigstens eine optische Eigenschaft unterschiedliche Werte aufweisen, und man die elektromagnetische Impulsfolge in ein Lichtleitfaserelement (19) emittiert;

b) man Messungen bezüglich der elektromagnetischen Impulsfolge ausführt, die von dem Lichtleitfaserelement (19) übertragen wird; und

c) man den Wert des charakteristischen Parameters für jeden der verschiedenen elektromagnetischen Impulse der Impulsfolge bestimmt.






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