CH628142A5

CH628142A5 - Device for measuring optical characteristics of optical fibres

Info

Publication number: CH628142A5
Application number: CH518678A
Authority: CH
Inventors: Martin Chown; George James Cannell; Ian Stewart Few; James Charles Baker; Kevin Christopher Byron; Robin Worthington
Original assignee: Int Standard Electric Corp
Priority date: 1977-05-12
Filing date: 1978-05-12
Publication date: 1982-02-15
Also published as: GB1596757A; AU3568778A; AU520895B2; ES469779A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung optischer Eigenschaften von Lichtleitfasern während des Ziehvorganges der Faser aus einem Faserrohling oder aus 35 einer Schmelzeinrichtung, wobei die heruntergezogene Faser auf eine Trommel gewickelt wird. The present invention relates to a device for measuring optical properties of optical fibers during the drawing process of the fiber from a fiber blank or from a melting device, the pulled-down fiber being wound onto a drum.

Zu Übertragungszwecken bestimmte Lichtleitfasern können aus einem Rohling in Stabform heruntergezogen werden, dessen Brechungsindexprofil entweder eine interne Wellenleiterstruk- 40 tur bildet oder isotrop ist, in welchem zweiten Fall eine Beschich-tung der Faser durch ein Material, welches einen niedrigeren Brechungsindex als die eigentliche Faser aufweist, nötig ist, wodurch ein Entweichen der übertragenen Lichtstrahlen «seitwärts» aus der Faser verunmöglicht wird. Als Alternative kann 45 die Faser aus dem Abschnitt eines Tiegels gezogen werden, Optical fibers intended for transmission purposes can be pulled down from a blank in the form of a rod, the refractive index profile of which either forms an internal waveguide structure or is isotropic, in the second case a coating of the fiber by a material which has a lower refractive index than the actual fiber , is necessary, making it impossible for the transmitted light rays to escape "sideways" from the fiber. Alternatively, the fiber can be pulled from the section of a crucible,

welcher eine oder mehrere Glasschmelzen enthält. Eine Faser, die aus einer einzigen Schmelze gezogen wird, benötigt üblicherweise eine Schutzbeschichtung, die gleichfalls als optische Schicht, wie oben erwähnt, wirkt; Fasern, die aus einigen 50 which contains one or more glass melts. A fiber drawn from a single melt usually requires a protective coating which also acts as an optical layer, as mentioned above; Fibers made from some 50

Schmelzen gleichzeitig gezogen werden, weisen eine integrale, interne Wellenleiterstruktur auf, so dass die optischen Eigenschaften einer auf die Faser aufgetragenen mechanischen Schutzschicht keinerlei Einfluss auf die optischen Eigenschaften der Faser Einfluss nehmen. 55 Melting at the same time have an integral, internal waveguide structure, so that the optical properties of a mechanical protective layer applied to the fiber have no influence whatsoever on the optical properties of the fiber. 55

Welches Herstellungsverfahren der Faser auch gewählt wird, es ist immer von Vorteil, die optische Dämpfung als Funktion der Faserlänge während des Ziehvorgangs zu messen. Die Lage eines in der Abzugszone auftretenden Fehlers, der in einer lokalisierten Region eine überdurchschnittlich hohe Dämpfung hervor- 60 ruft, kann festgestellt und der Fehler, falls nötig, beseitigt werden. In diesem Zusammenhang sei z. B. auf das Schweizer Patent Nr. 608 613 hingewiesen, in welchem bereits eine Vorrichtung zur Messung der optischen Dämpfung in Lichtleitfasern während des Ziehvorgangs beschrieben wird. 65 Whichever method of manufacturing the fiber is chosen, it is always advantageous to measure the optical attenuation as a function of the fiber length during the drawing process. The location of a fault occurring in the trigger zone, which causes an above-average damping in a localized region, can be determined and the fault can be eliminated if necessary. In this context, z. B. referred to the Swiss Patent No. 608 613, in which a device for measuring the optical attenuation in optical fibers during the drawing process is already described. 65

Diese und andere herkömmliche Vorrichtungen weisen grundsätzlich zwei Nachteile auf, nämlich den komplizierten Aufbau der eigentlichen Messvorrichtung und die schwierige These and other conventional devices basically have two disadvantages, namely the complicated structure of the actual measuring device and the difficult one

Herstellung der Verbindung zwischen gemessener Faser und Messgerät, meist mit Kontakt-Gleitringen. Establishing the connection between the measured fiber and the measuring device, usually with contact sliding rings.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die erwähnten Nachteile zu vermeiden und derart eine einfache und folglich billigere und weniger störanfällige Vorrichtung zur Messung optischer Eigenschaften von Fasern aufzuzeigen. The purpose of the present invention is to avoid the disadvantages mentioned and, in this way, to show a simple and consequently cheaper and less prone to failure device for measuring optical properties of fibers.

Die Merkmale der erfindungsgemässen Vorrichtung sind dem Wortlaut des Patentanspruchs 1 zu entnehmen. The features of the device according to the invention can be found in the wording of patent claim 1.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen nun anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen: Embodiments of the invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Messung optischer Eigenschaften einer Lichtleitfaser während des Ziehvorgangs dieser Faser aus einem Stab-Faserrohling und Fig. 1 is a schematic representation of a device for measuring optical properties of an optical fiber during the drawing process of this fiber from a rod fiber blank and

Fig. 2 und 3 weitere Ausführungsformen der Erfindung. 2 and 3 further embodiments of the invention.

In Fig. 1 wird eine Lichtleitfaser 11, z. B. eine beschichtete Siliciumdioxid-Faser, aus einem Rohling 12 in Stabform heruntergezogen und auf eine sich drehende Trommel 13 aufgewickelt. Aus Gründen einer besseren Verständlichkeit wurden die Heiz-und Steuereinrichtungen, welche für den Ziehprozess nötig sind, in Fig. 1 weggelassen. In Fig. 1, an optical fiber 11, for. B. a coated silica fiber, pulled down from a blank 12 in rod form and wound on a rotating drum 13. For reasons of clarity, the heating and control devices which are necessary for the drawing process have been omitted in FIG. 1.

Das freie Ende 14 der Faser 11 wird senkrecht zur Faserachse geschnitten und durch die Trommelspindel aus dieser herausgeführt. Die für die Herstellung der Faser nötigen technologischen Vorgänge sind im bereits erwähnten Schweizer Patent ausführlich beschrieben. Das Faserende 14 wird in einer nicht gezeigten Klemmvorrichtung in der Nähe eines raschen Photodetektors 15, z. B. einer Photodiode, befestigt; diese Klemmvorrichtung ist auf der Trommelspindel montiert. Die aus dem freien Ende 14 austretenden Lichtsignale werden über ein Bandfilter 16 mit schmalem Durchlassbereich an den Photodetektor weitergeleitet. Dieser Durchlassbereich ist dem Spektrum der Ausgangssignale des Lasers angepasst. Die Ausgangssignale des Photodetektors werden über einen drehbaren Steckverbinder 17 einem Verstärker lOzugeführt. DerTrommelantrieb ist mit einem nicht gezeigten Drehzahlmesser versehen, welcher die Länge der Faser misst und so einen Bezug zwischen dem Photodetektor-Ausgangssignal und der Länge der heruntergezogenen Faser herstellt. Die Laser- und Drehzahlmesser-Ausgangssignale werden den X- bzw. Y-Eingängen eines XY-Schreibers 18 zugeführt. Die aufgezeichnete Kurve sollte eigentlich im Falle einer konstanten Dämpfung entlang der ganzen Faserlänge exponentiell verlaufen. In der Praxis kommt es jedoch normalerweise zu einem steilern Abfallen der Kurve am Anfang des Ziehvorgangs, was einer raschen Dämpfung höherer Ordnungsmodi zuzuschreiben ist, welche nach den ersten heruntergezogenen Metern verschwinden. The free end 14 of the fiber 11 is cut perpendicular to the fiber axis and led out of it by the drum spindle. The technological processes required for the production of the fiber are described in detail in the aforementioned Swiss patent. The fiber end 14 is in a clamping device, not shown, in the vicinity of a rapid photodetector 15, e.g. B. a photodiode attached; this clamping device is mounted on the drum spindle. The light signals emerging from the free end 14 are passed on to the photodetector via a bandpass filter 16 with a narrow passband. This passband is adapted to the spectrum of the laser output signals. The output signals of the photodetector are fed to an amplifier 10 via a rotatable connector 17. The drum drive is provided with a tachometer, not shown, which measures the length of the fiber, thus establishing a relationship between the photodetector output signal and the length of the fiber being pulled down. The laser and tachometer output signals are fed to the X and Y inputs of an XY recorder 18, respectively. The recorded curve should actually be exponential in the case of constant attenuation along the entire fiber length. In practice, however, there is usually a steep drop in the curve at the beginning of the pulling process, which is attributable to a rapid damping of higher order modes, which disappear after the first few meters have been pulled down.

In Fig. 1 wird die Kopplung zwischen Detektor und Verstärker über einen drehbaren Steckverbinder 17 erreicht. Es ist jedoch denkbar (siehe Fig. 2und 3), dass eine Schleifring-und Bürstenanordnung verwendet wird. Der Photodetektor kann auf einem festen Träger montiert sein in der Nähe des Faserendes 14, wobei die aus diesem Ende austretenden Lichtsignale über einen Strahlenaufweiter oder über eine Faser mit grossem Kerndurch-messer an den Detektoreingang gelangen. In Fig. 1, the coupling between the detector and amplifier is achieved via a rotatable connector 17. However, it is conceivable (see FIGS. 2 and 3) that a slip ring and brush arrangement is used. The photodetector can be mounted on a solid support near the fiber end 14, the light signals emerging from this end reaching the detector input via a beam expander or via a fiber with a large core diameter.

Um die Impulsform des Lichtsignals am Faserende 14 beobachten zu können, wird der Verstärkerausgang mit einem Oszil-loskop 19 verbunden, welches eine rasche Ablenkung (Zeitachse) aufweist. Aus der Messung der Impulsbreite und durch Vergleich mit der Faserlänge kann die Impulsstreuung bestimmt werden. Die Laufzeit der Lichtimpulse durch die Faser (und folglich der Brechungsindex des Faserkerns im Falle einer einen Stufenindex aufweisenden Faser oder der effektive Brechungsindex des Kerns im Falle einer einen Gradientenindex aufweisenden Faser) wird durch die Messung der Zeitverzögerung zwischen dem in den Rohling eintretenden Eingangsimpuls und dem aus dem Faserende austretenden Ausgangsimpuls mittels einer digitalen Verzögerungsleitung bestimmt. Die Faserdämpfung wird aus der Änderung der mittleren Lichtimpulsenergie des aus In order to be able to observe the pulse shape of the light signal at the fiber end 14, the amplifier output is connected to an oscilloscope 19, which has a rapid deflection (time axis). The pulse scattering can be determined from the measurement of the pulse width and by comparison with the fiber length. The propagation time of the light pulses through the fiber (and consequently the refractive index of the fiber core in the case of a fiber with a step index or the effective refractive index of the core in the case of a fiber with a gradient index) is determined by measuring the time delay between the input pulse entering the blank and the output pulse emerging from the fiber end is determined by means of a digital delay line. The fiber attenuation is made up of the change in the mean light pulse energy

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dem Ende 14 austretenden Ausgangssignals bestimmt und auf einem Blattschreiber als Funktion der Länge der heruntergezogenen Faser aufgezeichnet. the end 14 output signal determined and recorded on a chart recorder as a function of the length of the drawn fiber.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung wird in Fig. 2 gezeigt. Hier wird ein Strahlenteiler 21 zwischen die Aussende-Optik des Lasers und eine weitere Optik 22 am Lichteingang in den Faserrohling geschaltet. Das Licht vom Laser passiert die Faser, wobei ein Teil dieses Lichts durch einen in der Nähe des Faserendes 14 angebrachten, teilweise reflektierenden Spiegel 2 rückgestrahlt wird. Das reflektierte Licht passiert die Optik 22 und wird durch den Strahlenteiler 21 über ein zweites Bandfilter 23 einem zweiten Photodetektor 24 zugeführt, dessen Ausgang mit einem zweiten Verstärker 25 verbunden ist. Wie in Fig. 1 wird das aus dem Faserende 14 austretende Licht über das Bandfilter 16 dem Photodetektor 15 und dem Verstärker 10 zugeführt. Das Ausgangsignal aus dem zweiten Verstärker 25 wird in das Oszilloskop 19 gespeist, um die Streuung und die Laufzeit aufzuzeigen, wie bereits vorher beschrieben. Another possible embodiment of the invention is shown in FIG. 2. Here, a beam splitter 21 is connected between the emitting optics of the laser and another optics 22 at the light input into the fiber blank. The light from the laser passes through the fiber, part of this light being reflected back by a partially reflecting mirror 2 attached in the vicinity of the fiber end 14. The reflected light passes through the optics 22 and is fed through the beam splitter 21 via a second band filter 23 to a second photodetector 24, the output of which is connected to a second amplifier 25. As in FIG. 1, the light emerging from the fiber end 14 is fed via the bandpass filter 16 to the photodetector 15 and the amplifier 10. The output signal from the second amplifier 25 is fed into the oscilloscope 19 in order to show the scatter and the transit time, as previously described.

In der Fig. 3 wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel ein schnelles Abtastoszilloskop zur Darstellung der Ausgangssignale verwendet. Die schnelle Eingangssehaltung 31 des Oszilloskops wird zusammen mit einem Vorverstärker 32 an der Trommel 13 befestigt. Derart kann ein verhältnismässig langsames Ausgangssignal dem Bildschirm des Oszilloskops 34 über eine Schleifring-5 und Bürstenanordnung 33 zugeführt werden. 3, a fast scanning oscilloscope is used to display the output signals in a further exemplary embodiment. The fast input position 31 of the oscilloscope is attached to the drum 13 together with a preamplifier 32. In this way, a relatively slow output signal can be fed to the screen of the oscilloscope 34 via a slip ring 5 and brush arrangement 33.

Bei manchen Verwendungsarten wird die Richtung der Lichtübertragung durch die Faser bei allen bisher beschriebenen Anordnungen umgekehrt .Der Laser mit seiner T reiberschal tung und seiner Aussende-Optik wird dann in der Nähe des Faserendes 14 an der Trommel 13 befestigt. Die benötigte Energie wird dem Laser über einen drehbaren Steckverbinder zugeführt. Laserausgangssignale werden dann in das Faserende 14 ausgestrahlt und über die Faser 11 zum Faserrohling 12 übertragen. Die aus dem Rohling austretenden Strahlen werden dann gefiltert und zum Photodetektor weitergeleitet, welcher in diesem Falle in der Nähe des Rohling-Endes befestigt ist. In some types of use, the direction of light transmission through the fiber is reversed in all the arrangements described so far. The laser with its driver circuit and its emitting optics is then attached to the drum 13 near the fiber end 14. The energy required is fed to the laser via a rotatable connector. Laser output signals are then emitted into the fiber end 14 and transmitted to the fiber blank 12 via the fiber 11. The rays emerging from the blank are then filtered and passed on to the photodetector, which in this case is attached near the end of the blank.

Die Empfindlichkeit der Anordnung kann erhöht werden, indem die Abtastgeschwindigkeit des Oszilloskops herabgesetzt 20 wird, wobei der Ausgang des Oszilloskops mit einem XY-Schreiber verbunden wird, um den Verlauf aufzuzeichnen. The sensitivity of the arrangement can be increased by reducing the scanning speed of the oscilloscope 20, the output of the oscilloscope being connected to an XY recorder to record the history.

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2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

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PATENT CLAIMS

1. Device for measuring the optical properties of optical fibers during the drawing process of the fiber from a fiber blank or from a melting device, the drawn fiber 5 being wound onto a drum, characterized by a laser, which passes over the fiber blank (12) or the fiber melt Emits light pulses into the fiber (11); by a photodetector (15) mounted near the fiber end (14) on the drum (13); by a 1 ° band filter (16), whose pass band is adapted to the wavelength of the laser and which couples the light beams emerging from the fiber end to the photodetector; and by means (10, 18, 19) connected to the output of the photodetector by means of rotatable electrical connection arrangements (17; 33), 15 which determine the transit time and the scatter of the light pulses transmitted via the fiber.

2. Device according to claim 1, characterized in

that a beam splitter (21, FIG. 2) is attached between the laser and the blank (12) or the melting device, which splitter feeds part of the laser output signals to an optical system (22) at the light input into the fiber blank in order to generate reference signals .

3. Device according to claim 1, characterized in that

that a partially reflecting mirror (2) is attached in the vicinity of the fiber end (14) located on the drum and reflects a part of the light pulses transmitted through the fiber back into the fiber.

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