DE102005040835B3 - Arrangement for increasing fiber grid sensor system measurement accuracy has transition between opposing input monomode fiber ends, stage index fiber, optical fiber ends mutually inclined at 6 to 20 degrees and/or nonconcentric fiber axes - Google Patents

Arrangement for increasing fiber grid sensor system measurement accuracy has transition between opposing input monomode fiber ends, stage index fiber, optical fiber ends mutually inclined at 6 to 20 degrees and/or nonconcentric fiber axes Download PDF

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Abstract

The arrangement has a transition (Y-Y) between opposing ends of an input monomode fiber (11) and a stage index fiber (12) so that the ends (111,121) of both optical fibers are arranged at an angle of between 6 and 20 degrees to each other and/or the fiber axes (X-X) are nonconcentric with respect to each other in the fiber coupling region.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erhöhung der Messgenauigkeit von Fasergitter-Sensorsystemen. Im Rahmen der Erfindung handelt es sich dabei um Anordnungen, die einerseits bekannte Bragg-Fasergitter, die Bestandteil einer Monomodefaseranordnung sind, und andererseits eine bekannte Polychromatoranordnung zur Bestimmung der spektralen Lage von Bragg-Reflexen und damit Zuordnung zu den jeweiligen Messgrößen, miteinander verbinden. Das Ziel vorliegender Erfindung ist dabei die Schaffung einer Anordnung, die einen stabilen Nachweis der Lage von Bragg-Spektren mit einer Genauigkeit unter 1 pm ermöglicht.The The invention relates to an arrangement for increasing the measuring accuracy of Fiber grating sensor systems. In the context of the invention is In this case arrangements, on the one hand known Bragg fiber grids, which are part of a monomode fiber arrangement, and on the other hand a known Polychromatoranordnung for determining the spectral Location of Bragg reflections and thus assignment to the respective measured variables, connect with each other. The object of the present invention is to provide an arrangement, providing stable evidence of the location of Bragg spectra with accuracy less than 1 pm.

Fasersensorsysteme sind als solche seit längerem bekannt und werden zur Bestimmung physikalischer Größen an schwer zugänglichen Messstellen oder explosionsgefährdenden Umgebungen bevorzugt eingesetzt. Im besonderen sind auch optische Fasergitter bekannt, bei denen im Kern optischer Lichtleitfasern Bragg-Gitter, als Sensoren zur Messung von Temperatur, mechanischen Dehnungen, Vibrationen oder von Brechungsindizes vorgesehen sind. Eine Übersicht über die Funktion derartiger Systeme gibt beispielsweise Y. J. Rao "In-fibre Bragg grating sensors", Meas. Sci. Technol. Vol. 8, (1997), pp. 355–375. Multiplexverfahren, welche die Einzelsensoren zum Beispiel nach ihrer mittleren Wellenlänge, nach der Lichtlaufzeit oder durch faseroptische Schalter adressieren, erlauben den Aufbau von Netzwerken, die aus einer Vielzahl derartiger Sensoren bestehen.Fiber sensor systems are as such for a long time and become difficult to determine physical quantities accessible Measuring points or potentially explosive Environments preferably used. In particular, optical Fiber grids are known in which at the core optical fibers Bragg gratings, as sensors for measuring temperature, mechanical Strains, vibrations or refractive indices are provided. An overview of the Function of such systems are, for example, Y. J. Rao "In-fiber Bragg grating sensors ", Meas. Sci. Technol. Vol. 8, (1997), pp. 355-375. Multiplex method, which the individual sensors, for example, according to their mean wavelength, after the light transit time or by fiber optic switches, allow the construction of networks consisting of a variety of such sensors consist.

Mit derartigen Messsystemen kann man die spektrale Lage der Bragg-Reflexe registrieren und daraus auf die Größe und zeitliche Änderung vorstehend beispielhaft genannter Messgrößen schließen.With Such measuring systems can register the spectral position of the Bragg reflections and from that to the size and temporal change conclude the examples mentioned above by way of example.

Zur Bestimmung der spektralen Position von Bragg-Reflexen solcher Fasergittersensoren sind eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Beispielhaft sei verwiesen auf: US 5,319,435 ; US 5,426,297 ; US 5,410,404 ; US 5,191,458 ; US 5,748,312 ; US 5,361,130 ; US 5,680,489 ; US 5,513,913 ; US 5,493,390 ; US 5,397,891 und US 5,591,965 . Nachteile dieser Verfahren und Vorrichtungen sind u.a. das Auftreten von Intensitätsverlusten, eine geringe Dynamik sowie ein schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis. Zudem sind diese bekannten Lösungen i.d.R. aufwändig und teuer.To determine the spectral position of Bragg reflections of such fiber grating sensors, a variety of methods and devices are known. By way of example, reference is made to: US 5,319,435 ; US 5,426,297 ; US 5,410,404 ; US 5,191,458 ; US 5,748,312 ; US 5,361,130 ; US 5,680,489 ; US 5,513,913 ; US 5,493,390 ; US 5,397,891 and US 5,591,965 , Disadvantages of these methods and devices include the occurrence of intensity losses, low dynamics and a poor signal-to-noise ratio. In addition, these known solutions are usually complex and expensive.

Um wenigstens einige der vorstehenden Nachteile zu beheben wurden bspw. in US 6,233,373 oder C. G. Askins, M. et al.; "Instrumentation for interrogating fiber Bragg grating arrays", Proc. of SPIE Vol. 2444, p. 257–266, 1995 oder A. Ezbiri, et al. "High resolution instrumentation system for fibre-Bragg grating aerospace sensors", Optics Communications Vol. 150, p. 43–48, 1998 Systeme beschrieben, welche mit einer exakten Abbildung eines Eingangsspaltes arbeiten. Nachteilig bei diesen Lösungen ist jedoch, dass diese keine Maßnahmen gegen Polarisationsabhängigkeiten des Messsystems berücksichtigen, die im allgemeinen Messfehler und/oder Driften bei Biegungen und Quetschungen der Zuleitungsfasern zu den Fasergittersensoren hervorrufen.In order to remedy at least some of the above disadvantages were, for example. In US 6,233,373 or CG Askins, M. et al .; "Instrumentation for Interrogating Fiber Bragg Grating Arrays", Proc. of SPIE Vol. 2444, p. 257-266, 1995 or A. Ezbiri, et al. "High resolution instrumentation system for fiber Bragg grating aerospace sensors", Optics Communications Vol. 150, p. 43-48, 1998 describes systems which operate with an exact mapping of an entrance slit. A disadvantage of these solutions, however, is that they do not take into account measures against polarization dependencies of the measuring system, which generally cause measurement errors and / or drifts in the case of bends and pinchings of the supply fibers to the fiber grating sensors.

Eine erste Möglichkeit derartige Polarisationsabhängigkeiten zu beheben, wurde in W. Ecke et al. "Low-Cost Optical Temperature and Strain Sensing Networks Using in-Line Fiber Gratings", Proc. SPIE Europto Series Vol. 3099, pp. 390–397, 1997 beschrieben. Dort ist ein Spektrometer, bestehend aus einem Beugungsgitter und einer Fotodetektorzeile offenbart, bei dem eine Depolarisation des Messlichtes durch einen Lyot-Depolarisator, der als Polarisations-Scrambler wirkt, vorgesehen. Jedoch haftet einem solchen Lyot-Depolarisator der Nachteil an, dass er sehr teuer ist und kostenmäßig im Bereich der Kosten sämtlicher übriger Teile der Gesamtmessanordnung liegt. Eine weiterentwickelte Anordnung vorstehender Art, die ebenfalls ein Lyot-Depolarisator beinhaltet, wurde ebenfalls in W. Ecke, et al. "Fibre optic sensor network for spacecraft health monitoring", Meas. Sci. Technol., Nr. 12, 2001, S. 974–980 beschrieben.A first option such polarization dependencies Corrective action has been described in W. Ecke et al. Low Cost Optical Temperature and Strain Sensing Networks Using in-Line Fiber Gratings ", Proc. SPIE Europto Series Vol. 3099, pp. 390-397, 1997 described. There is a spectrometer, consisting of a Diffraction grating and a photodetector line disclosed in which a Depolarization of the measuring light by a Lyot depolarizer, the as a polarization scrambler acts, provided. However, such a Lyot depolarizer adheres to the Disadvantage that it is very expensive and cost in terms of the cost of all other parts the total measuring arrangement is located. An advanced arrangement of the above Art, which also includes a Lyot depolarizer, also became in W. Ecke, et al. "Fiber optic sensor network for spacecraft health monitoring ", Meas. Sci. Technol., No. 12, 2001, Pp. 974-980.

Ohne sonstigen Informationsgehalt, der über den obig beschriebenen Stand der Technik hinausgeht, wird in WO 2004/111585 A1 lediglich mitgeteilt, dass es das Ziel dieser Erfindung sei, am Eintrittsspalt des Spektrometers ein Bauelement zur Erzeugung von depolarisiertem und in der Strahlform an die Anforderungen eines dort eingesetzten Fotodetektorelements angepasstem Licht am Detektoreingang (soll heißen am Polychromatoreingang) vorzusehen. Andeutungsweise ist dieser Schrift zu entnehmen, dass dazu in einer Lichtleitfaseranordnung im dort vorgesehenen Eingangselement eine Monomodefaser gefolgt von einer Stufenindexfaser und einer Gradientenfaser vorgesehen sind, wobei die Stufenindexfaser eine erhebliche Länge von bis zu 500 m aufweisen soll. Zusätzlich soll diese Stufenindexfaser periodischen Mikrobiegungen unterworfen werden oder eine Aufrauhung oder eine Streuscheibe zwecks Depolarisation und/oder Modenmischung des aus der Monomodefaser von den Bragg-Gittern eingestrahlten Lichtes enthalten. Konkretere nacharbeitbare Maßnahmen sind dieser Schrift jedoch nicht zu entnehmen. Eine detailliertere Ausführung zu einem mit einer Streuscheibe versehenen Modenmischers, allerdings für einen anderen Verwendungszweck, ist hingegen in US 6,895,146 enthalten. Eine Übertragung der dort beschriebenen Lösung auf eine Anordnung nach vorliegender Erfindung hat jedoch auch den Nachteil, dass ein zusätzliches Bauelement zu den bereits bekannten vorzusehen wäre und ist wegen des damit verbunden zusätzlichen Aufwands und der bedingten Intensitätsdämpfung des Eingangssignals keine empfehlenswerte Maßnahme.Without any other information content which goes beyond the prior art described above, WO 2004/111585 A1 merely states that the object of this invention is to provide at the entrance slit of the spectrometer a component for producing depolarized and in the beam form the requirements of There used photodetector element adapted light at the detector input (to be called at the Polychromatoreingang) provided. It can be seen from this document that for this purpose a single-mode fiber followed by a step index fiber and a gradient fiber are provided in an optical fiber arrangement in the input element provided there, wherein the step index fiber should have a considerable length of up to 500 m. In addition, this step index fiber is to be subjected to periodic microbends or to include a roughening or diffusing screen for depolarization and / or mode mixing of the light radiated from the monomode fiber from the Bragg gratings. However, more concrete, reworkable measures can not be found in this document. A more detailed embodiment of a provided with a diffuser mode mixer, however, for a different purpose, is in contrast US 6,895,146 contain. However, a transfer of the solution described there to an arrangement according to the present invention has also the disadvantage that an additional component would be provided to those already known and is not recommended because of the additional cost associated with it and the conditional intensity attenuation of the input signal.

Vom grundsätzlichen Lösungsansatz her stellt WO 2004/111585 A1 den zu vorliegender Erfindung nächstliegenden, gattungs-gemäßen Stand der Technik mit den vorstehend beschriebenen Nachteilen dar.from basic approach her WO 2004/111585 A1 closest to the present invention, genus-like state the technique with the disadvantages described above.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Einsatz üblicher Fasergitter-Sensorsysteme mit Bragg-Gittern und üblicher Polychromatoren, bspw. in Rowland-Konfiguration, eine Anordnung anzugeben, die mit einem beide Anordnungskomponenten verbindenden Übergangselement, das bei Erreichung der gewünschten erforderlichen Depolarisation und Strahlaufweitung und -formung mit vornehmlich Gaussprofil des vom Fasergitter-Sensorsystem eingekoppelten Lichtes mit einem Minimum an optischen und zu justierenden Bauelementen auskommt und mechanisch sehr robust und damit in Funktion stabil realisierbar ist, wobei die Fehler in der Wiederholbarkeit der Bragg-Wellenlängen-Bestimmung unterhalb 1 pm liegen sollen.Of the Invention is therefore based on the object, using conventional Fiber grating sensor systems with Bragg gratings and conventional polychromators, eg. in Rowland configuration, specify an arrangement with a both transition components connecting transition element, when reached the desired required depolarization and beam expansion and shaping with primarily Gaussprofil of the coupled by the fiber grating sensor system Light with a minimum of optical and components to be adjusted gets along and mechanically very robust and thus stable in function is feasible, with the errors in the repeatability of the Bragg wavelength determination should be below 1 pm.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der nachgeordneten Ansprüche. Ausgegangen wird in jedem Fall der Realisierung der Erfindung einzig von einer Faserabfolge in einem Kopplungselement, bestehend aus einer Eingangsmonomodelichtleitfaser, einer Stufenindexlichtleitfaser, die mehrere Lichtmoden generiert und einer dieser nachgeordneten Gardientenindexlichtleitfaser, die für die erforderliche Strahlaufweitung und -formung mit den gewünschten Strahleigenschaften am Eingangsspalt des Polychromators sorgt. Wesentlich im Rahmen vorliegender Erfindung ist weiterhin, dass im vorgeschlagenen Kopplungselement ein Übergang zwischen der Monomodefaser und Stufenindexfaser vorgesehen ist, der als verdrehbare und/oder verschiebbare, vor allem aber lösbare Verbindung ausgebildet ist.The The object is solved by the features of claim 1. advantageous Embodiments are the subject of the subordinate claims. Went out In any case, the realization of the invention is only one Fiber sequence in a coupling element consisting of an input monomode optical fiber, a step index fiber that generates multiple light modes and one of these downstream Gardientindex optical fiber, the for the required Beam expansion and shaping with the desired beam properties at the entrance slit of the polychromator. Essentially in the context of existing Invention is further that in the proposed coupling element a transition is provided between the monomode fiber and step index fiber, as a rotatable and / or movable, but above all releasable connection is trained.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von vier grundsätzlichen Ausführungsbeispielen und schematischer Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to four basic embodiments and schematic drawings closer explained become. Show it:

1 im oberen Teil den prinzipiellen Aufbau einer vollständigen Fasergitter-Messanordnung und im unteren Teil die grundsätzliche Ausbildung des darin eingesetzten Polychromators gemäß des bekannten Standes der Technik; 1 in the upper part of the basic structure of a complete fiber grating measuring arrangement and in the lower part of the basic design of the polychromatograph used therein according to the known prior art;

2a eine erste Ausführungsmöglichkeit eines optisch wirksamen Kopplungselements; 2a a first embodiment of an optically active coupling element;

2b eine zweite Ausführungsmöglichkeit eines optisch wirksamen Kopplungselements; 2 B a second embodiment of an optically active coupling element;

2c eine dritte Ausführungsmöglichkeit eines optisch wirksamen Kopplungselements; 2c a third embodiment of an optically active coupling element;

2d eine vierte Ausführungsmöglichkeit eines optisch wirksamen Kopplungselements; 2d a fourth embodiment of an optically active coupling element;

3a einen vergrößerten Ausschnitt aus der Ausführung nach 2a und 3a an enlarged section of the execution 2a and

3b eine Ausführungsvariante nach 3a 3b a variant according to 3a

In 1 ist im oberen Teil der prinzipielle Aufbau einer vollständigen Fasergitter-Messanordnung nach dem Stand der Technik, der auch in vorliegender Erfindung eingesetzt werden soll, dargestellt. Dabei strahlt eine breitbandige Lichtquelle L, bspw. eine Superlumineszenzdiode mit Emissionswellenlängen im Bereich von 0,8 bis 1,55 μm, über einen faseroptischen Ausgang und über einen nachgeordneten faseroptischen Verzweiger in ein faseroptisches Sensorarray Bg ein. Die in der 1 in die jeweiligen Monomodefasern eingeschriebenen Bragg-Gitter mit unterschiedlicher mittlerer Bragg-Wellenlänge sind innerhalb der Baugruppe Bg beispielhaft durch Ellipsen angedeutet. Diese stellen die eigentlichen Messwertaufnehmer für die jeweils zu bestimmenden physikalischen Größen dar. Das derart beeinflusste Messlicht verlässt das Bragg-Gitter-Array und gelangt von einem Eintrittsspalt E (Ausgang eines Kopplungselements 1) in einen Polychromator P und die dort ermittelten Bragg-Reflexe, respektive deren Verschiebung werden nach Abbildung durch ein Gitter G von einem Fotodetektor D erfasst und gelangen zur Spektralanalyse und Datenauswertung und -verarbeitung in ein Datenverarbeitungsgerät, bspw. einen PC.In 1 is in the upper part of the basic structure of a complete fiber grating measuring arrangement according to the prior art, which is to be used in the present invention shown. In this case, a broadband light source L, for example a superluminescent diode having emission wavelengths in the range from 0.8 to 1.55 μm, radiates via a fiber-optic output and via a downstream fiber-optic branching device into a fiber-optic sensor array Bg. The in the 1 inscribed in the respective monomode fibers Bragg gratings with different average Bragg wavelength are indicated within the assembly Bg by way of example by ellipses. These represent the actual transducers for the respective physical quantities to be determined. The measurement light influenced in this way leaves the Bragg grating array and arrives from an entrance slit E (output of a coupling element 1 ) in a polychromator P and the Bragg reflections determined there, or their displacement are detected by a grating G of a photodetector D and get to the spectral analysis and data analysis and processing in a data processing device, eg. A PC.

Im unteren Teil von 1 ist der grundsätzliche Aufbau des im oberen Teil durch einen punktierten Rahmen umfassten Polychromators P detaillierter dargestellt. 1 dient lediglich dem Zweck der Darstellung des bekannten Standes der Technik, dessen oben beschriebenen Nachteile es durch ein nunmehr gemäß vorliegender Erfindung vorgeschlagenes Kopplungselement 1 zu verbessern gilt und dazu, um gegen Ende der speziellen Beschreibung die damit erreichten Vorteile zu charakterisieren.In the lower part of 1 the basic structure of the polychromatograph P included in the upper part by a dotted frame is shown in more detail. 1 is only for the purpose of illustrating the known prior art, the disadvantages described above it by a coupling element now proposed according to the present invention 1 and in order to characterize the benefits achieved by this at the end of the specific description.

Der Erfindung liegt die Entdeckung zugrunde, dass entgegen aller nach dem Stand der Technik üblichen Maßnahmen, die bei der Verbindung von Lichtleitfasern einzuhalten sind, nämlich einer exakten zentrischen Lichteinkopplung in nachgeordnete Fasern, gerade eine definierte azentrische und/oder Schrägeinkopplung an einer definierten Stelle, nämlich des Übergangs der vom Bragg-Gitter Bg kommenden Ausgangsmonomodelichtleitfaser 11 in eine Stufenindexlichtleitfaser 12, die erfindungsgemäß angestrebten Vorteile erreicht werden.The invention is based on the discovery that, contrary to all customary in the prior art measures that in the connection of Are to be observed optical fibers, namely a precise centric light coupling into downstream fibers, just a defined acentric and / or Schrägeinkopplung at a defined location, namely the transition of the coming of the Bragg grating Bg Ausgangsmonomodelichtleitfaser 11 in a step-index optical fiber 12 , the advantages sought according to the invention are achieved.

Dazu wird in 2a in einem ersten Ausführungsbeispiel vorgeschlagen, genannte Monomodefaser 11, deren Mantel lichtgrau und deren lichtleitender Kern weiß dargestellt sind, in eine Ferrule 14 (auch letzteres entspricht noch dem Stand der Technik) einzubetten, diese in diesem Ausführungsbeispiel im Bereich ihrer Stirnfläche 111 in einem definierten Winkel anzuschleifen und zu polieren.This will be done in 2a proposed in a first embodiment, said single-mode fiber 11 whose jacket is light gray and whose photoconductive core is shown in white, in a ferrule 14 (The latter also corresponds to the state of the art), this in the embodiment in the region of its end face 111 grind and polish at a defined angle.

In den Beispielen wird von Monomodelichtleitfasern 11 mit Faserkerndurchmessern zwischen 4 μm bis 10 μm ausgegangen. Der konkret zu wählende Kerndurchmesser d11 hängt im Wesentlichen von der Arbeitswellenlänge ab, die wie oben angegeben, i.d.R. zwischen 0,8–1,55 μm liegt.In the examples, monomode optical fibers are used 11 assumed fiber core diameters between 4 .mu.m to 10 .mu.m. The actual core diameter d11 to be selected essentially depends on the operating wavelength, which, as indicated above, is generally between 0.8-1.55 μm.

Im konkreten ersten Ausführungsbeispiel nach 2a wurde ein Faserkerndurchmesser von 5 μm für die Monomodefaser 11 gewählt und deren Stirnseite 111 mit einer Anschlifffläche in einem Winkel α1 im Bereich von 8° bis 15°, im Beispiel 8°, versehen. In einer Ebene Y-Y erfolgt der optische Übergang in eine Stufenindexfaser 12, ohne Zwischenschaltung nach dem Stand der Technik üblicher weiterer Bauelemente. Diese Stufenindexfaser 12 weist einen Faserkerndurchmesser im Bereich von 50 μm bis 200 μm, im Beispiel 50 μm, auf. Auch diese Faser 12 ist in eine Ferrule 14 eingebettet. Die Stufenindexfaser 12 ist in dieser und den nachfolgenden Figuren nur in den jeweiligen Endabschnitten schematisch dargestellt, da sie eine gewisse Mindestlänge, nicht unter 10 m, aufweisen soll. Im Beispiel wurde eine Stufenindexfaser 12 mit einer Länge von 50 m verwendet. Es wurde gefunden, dass das durch die schräge Endfläche 111 azentrisch in den Kern der Faser 12 gebrochene Licht nach dieser Länge eine ausreichende Verteilung des eingekoppelten Lichtes über die Moden der Stufenindexfaser und eine ausreichende Depolarisation der in ihr generierten Moden bewirkt wurde. Während die numerische Apertur der Monomodefaser 11 entsprechend obiger Parameterbreite zwischen 0,08 und 0,16 liegt, ist die numerische Apertur der Stufenindexfaser zwischen 0,18 und 0,25, im Beispiel 0,2, gewählt. Aufgrund ihrer Länge ist die Stufenindexfaser 12 auf einen Kern gewickelt, benötigt aber, im Gegensatz zum Stand der Technik, keine zusätzlichen unregelmäßigen Krümmungen oder Microbending-Vorrichtungen.In the concrete first embodiment according to 2a became a fiber core diameter of 5 μm for the monomode fiber 11 chosen and their front side 111 provided with a grinding surface at an angle α 1 in the range of 8 ° to 15 °, in the example 8 °. In a plane YY the optical transition takes place into a step index fiber 12 , without interposition according to the prior art of conventional further components. This step index fiber 12 has a fiber core diameter in the range of 50 microns to 200 microns, in the example 50 microns, on. Also this fiber 12 is in a ferrule 14 embedded. The step index fiber 12 is shown schematically in this and the following figures only in the respective end sections, since they should have a certain minimum length, not less than 10 m. In the example, a step index fiber was used 12 used with a length of 50 m. It was found that by the oblique end face 111 acentric in the core of the fiber 12 broken light after this length was sufficient distribution of the injected light on the modes of the step index fiber and a sufficient depolarization of the modes generated in her was effected. While the numerical aperture of the monomode fiber 11 corresponding to the above parameter width is between 0.08 and 0.16, the numerical aperture of the step index fiber is selected between 0.18 and 0.25, in the example 0.2. Due to its length, the step index fiber is 12 wound on a core, but, unlike the prior art, does not require any additional irregular bends or microbending devices.

In diesem und auch in allen weiteren Beispielen ist dem Ausgang der Stufenindexfaser 12, wie nach dem oben beschriebenen speziellen Stand der Technik bekannt, eine Gradientenindexfaser 13 unmittelbar bzgl. der sich gegenüberstehenden Stirnflächen planparallel nachgeordnet.In this and all other examples, the output of the step index fiber is 12 as known in the art described above, a graded index fiber 13 directly downstream of the opposing faces plane-parallel.

Im Rahmen der Erfindung ist diese Gradientenindexfaser 13 so ausgewählt, dass ihre numerische Apertur und/oder ihr Kerndurchmesser d13 stets kleiner, höchstens aber gleich, der numerischen Apertur und dem Kerndurchmessers d12 der Stufenindexfaser 12 sind. Die Gradientenindexfaser 13 bewirkt eine Modenfilterung aus dem Überangebot der Stufenindexfaser 12 und eine annähernd gaussförmige Strahlprofilformung an ihrem Ausgang, der den Eingangsspalt E des Polychromators P (vgl. 1 unten) bildet.Within the scope of the invention is this Gradientenindexfaser 13 is selected such that its numerical aperture and / or its core diameter d13 is always smaller, but at most equal, the numerical aperture and the core diameter d12 of the step index fiber 12 are. The gradient index fiber 13 causes a mode filtering from the oversupply of the step index fiber 12 and an approximately Gaussförmige beam profile forming at its output, the input gap E of the polychromator P (see. 1 below).

In 2b ist eine zweite einfache Ausführungsmöglichkeit der Erfindung dargestellt, bei der ausschließlich die Stufenindexfaser 12 mit einer Anschlifffläche ihrer Stirnseite 121 in einem Winkel α2 im Bereich von 6° bis 15°, im Beispiel 6°, versehen ist, wohingegen hier die Ausgangsfläche 111 der Monomodefaser 11 plan angeschliffen und poliert ist. Alle übrigen Faserparameter entsprechen ansonsten denen nach 2a.In 2 B a second simple embodiment of the invention is shown in which only the step index fiber 12 with a grinding surface of its front 121 at an angle α 2 in the range of 6 ° to 15 °, in the example 6 °, is provided, whereas here the starting surface 111 the monomode fiber 11 plan ground and polished. All other fiber parameters otherwise correspond to those 2a ,

Eine Kombination von beidseitigen Anschliffflächen sowohl der Monomodefaser 11 als auch der Stufenindexfaser 12 nach den Beschreibungen zu 2a und 2b mit dann aber jeweils reduzierten Winkeln α1 und α2 ist technologisch zwar aufwändiger, liegt aber selbstverständlich ebenfalls im Rahmen der Erfindung, wobei die Summe der Winkel zwischen 6° bis 20° festgelegt ist.A combination of two-sided grinding surfaces both the monomode fiber 11 as well as the step index fiber 12 according to the descriptions too 2a and 2 B with then but each reduced angles α 1 and α 2 is technologically complex, but is of course also within the scope of the invention, the sum of the angle is set between 6 ° to 20 °.

In 2c ist eine dritte Ausführungsmöglichkeit schematisch dargestellt. Alle Parameterbereiche bzgl. der Faserkerndurchmesser und numerischen Aperturen für die Monomodefaser 11 und Stufenindexfaser 12 entsprechen hier den der zu den 2a und 2b beschriebenen Ausführungsbeispiele. Im Unterschied zu diesen sind die sich am Übergang Y-Y hier gegenüberstehenden Faserstirnflächen 111 und 121 jedoch beide plan geschliffen und poliert, die Faserachsen X-X und Z-Z zueinander aber derart geneigt angeordnet, dass sie einen Winkel α im Bereich von 6° bis 20° einschließen. Die unproblematische einfachere Art der Endflächengestaltungen 111, 121 wird in diesem Beispiel allerdings mit einer Verkomplizierung der Einbettung der Ferrulen in eine äußere hülsenförmige Halterung 15 (vgl. 3a) erkauft, da die Ferrulen dort schräg einzubetten sind, wenn man eine für den praktischen Einsatz leicht steckbare Verbindung schaffen will.In 2c a third embodiment is shown schematically. All parameter ranges regarding the fiber core diameter and numerical apertures for the monomode fiber 11 and step index fiber 12 here correspond to the one to the 2a and 2 B described embodiments. In contrast to these, the fiber end faces facing each other at the transition YY are 111 and 121 however, both ground flat and polished, the fiber axes XX and ZZ but arranged mutually inclined so that they enclose an angle α in the range of 6 ° to 20 °. The unproblematic simpler type of Endflächengestaltungen 111 . 121 However, in this example, complicating the embedding of the ferrules in an outer sleeve-shaped holder 15 (see. 3a ), because the ferrules are to be embedded there at an angle if you want to create a connection that is easy to plug in for practical use.

Im Rahmen der Erfindung liegt ebenfalls eine vierte Ausführung der Erfindung, die in 2d skizziert ist. Auch hier soll von den zu den vorigen Ausführungsbeispielen genannten Faserparametern für die Monomodefaser 11 und Stufenindexfaser 12 ausgegangen werden. Der gemäß der Erfindung vorgesehene azentrische Übergang zwischen den beiden Fasern wird hier durch eine amittige Ausrichtung der Faserachsen X-X und Z-Z im Übergangsbereich Y-Y erreicht. Dabei ist die Maßgabe wesentlich, dass die Faserachsen zueinander einen Versatz Δx ausweisen, der in einem Bereich festgelegt ist, der mindestens dem einfachen Kerndurchmesser d11 der Monomodefaser 11 und höchstens einem Drittel des Kerndurchmessers d12 der Stufenindexfaser 12 entspricht. Dies kann im einfachsten Fall durch eine azentrische Einbettung einer oder beider Fasern in die der jeweiligen Faser zugeordneten Ferrule erfolgen. Ebenso kann eine exzentrische Verbindung der äußeren Hüllenrohre 15 (in 2d nicht dargestellt) vorgesehen sein, was eine Justierung genannten Versatzes Δx ermöglicht. Auch kann senkrecht zu den Faserachsen eine Verschiebemechanik vorgesehen sein, was wohl eher für Laboranwendungen eine zu favorisierende Möglichkeit sein sollte.In the context of the invention is also a fourth embodiment of the invention, which in 2d outlined. Here too, the fiber parameters mentioned for the previous exemplary embodiments are intended for the monomode fiber 11 and step index fiber 12 be assumed. The provided according to the invention acentric transition between the two fibers is achieved here by a amittige alignment of the fiber axes XX and ZZ in the transition region YY. The proviso is essential that the fiber axes to each other have an offset .DELTA.x, which is set in a range which is at least the simple core diameter d11 of the monomode fiber 11 and at most one third of the core diameter d12 of the step index fiber 12 equivalent. This can be done in the simplest case by an acentric embedding of one or both fibers in the respective fiber associated ferrule. Likewise, an eccentric connection of the outer sheath tubes 15 (in 2d not shown) may be provided, which allows an adjustment called Δx offset. Also, a displacement mechanism can be provided perpendicular to the fiber axes, which should probably be a preferred option for laboratory applications.

Nach vorstehend Beschriebenem ist es ersichtlich, dass selbstverständlich auch bspw. eine Kombination einer Ausführung nach 2a oder 2b mit einer nach 2d unter die Erfindung fällt, wobei die angegebenen Werte für die Winkel α1 und α2 verringert werden müssen.As described above, it is obvious that, of course, for example, a combination of an embodiment according to 2a or 2 B with one after 2d falls under the invention, wherein the specified values for the angles α 1 and α 2 must be reduced.

Von der Tendenz her ist es lediglich bedeutsam, das man bei Wahl höherer numerischer Aperturen der eingesetzten Fasern auch höhere Winkel α wählt.From In terms of tendency, it is only important that one chooses higher numerical ones Apertures of the fibers used also selects higher angles α.

3a zeigt einen in 2a strichpunktiert umfassten vergrößerten Ausschnitt, wobei die Ferrule 14 in dieser Ausführung bereits in eine beispielhaft hülsenförmig ausgeführte äußere Halterung 15, die einen Verschluss und eine Trennung der Fasern 11 und 12 bewirken soll, eingebunden sind. Unabhängig davon, wie diese Trennungsmöglichkeit 15-1 ausgeführt ist, ist es wesentlich, dass sie im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik aus nachstehenden Gründen überhaupt vorgesehen ist. 3a shows an in 2a dot-dashed enlarged section, with the ferrule 14 in this embodiment already in an exemplary sleeve-shaped outer holder 15 that provide a closure and a separation of the fibers 11 and 12 should be involved. Regardless of how this separation option 15-1 is executed, it is essential that, unlike the prior art, it is provided for the following reasons.

Nach dem bekannten Stand der Technik ist eine Wellenlängenkalibrierung des Polychromators P und der vom Fotoelement registrierten Spektren ausschließlich derart möglich, dass das Kalibrierlicht über die Monomodefaser 11 in den Polychromator P gelangt. Durch die damit aus üblichen Gasentladungslampen nur äußerst gering einstrahlbaren Intensitäten ist damit auch nur eine äußerst erschwerte und ungenaue Kalibrierung möglich. Kann das Kopplungselement 1 jedoch, wie hier vorgeschlagen, getrennt werden, lässt sich ohne Eingriffe in den sonstigen Aufbau der Anordnung an die Stufenindexfaser 12 über einen entsprechenden faseroptischen Steckverbinder eine separate Justierlichtquelle (nicht dargestellt) mit hoher Intensität ankoppeln, was die Kalibrierung des Wellenlängenbezuges zu den CCD-Pixelnummern wesentlich erleichtert und kann unter identischen Messbedingungen wie mit dem Monomodesensorsystem vorgenommen werden. Eine solche Lösung ist selbstverständlich nicht auf eine Ausführung nach 2a beschränkt, sondern lässt sich bei allen beschriebenen oder sonst im Rahmen der Erfindung liegenden Ausführungsbeispielen realisieren.According to the known state of the art, a wavelength calibration of the polychromatograph P and the spectra registered by the photoelement is possible only in such a way that the calibration light is transmitted via the monomode fiber 11 enters the polychromator P. As a result of the intensities which can be injected only to a very small extent from conventional gas discharge lamps, only extremely difficult and imprecise calibration is possible. Can the coupling element 1 However, as proposed here, can be separated, without interfering with the other structure of the arrangement of the step index fiber 12 via a corresponding fiber optic connector a separate adjustment light source (not shown) coupled with high intensity, which greatly facilitates the calibration of the wavelength reference to the CCD pixel numbers and can be made under identical measurement conditions as with the monomode sensor system. Such a solution is of course not on an embodiment 2a limited, but can be implemented in all described or otherwise within the scope of the invention embodiments.

Der Abstand, den die Stirnflächen 111, 121 der Fasern 11 und 12 im Übergangsbereich Y-Y einnehmen spielt im Rahmen der Erfindung keine erhebliche Rolle, sollte jedoch den Kerndurchmesser der Stufenindexfaser 12 nicht übersteigen. Kommen jedoch bspw. Ferrule 14 mit einem dickeren Querschnitt zum Einsatz, liegt es selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, zusätzliche, optisch nicht wirksame Abschrägungen vorzunehmen, die die Fasern im Übergangsbereich Y-Y näher aneinander bringen, wie es in 3b angedeutet ist.The distance the faces 111 . 121 the fibers 11 and 12 occupying the transition region YY does not play a significant role in the invention, but should the core diameter of the step index fiber 12 do not exceed. But come, for example, ferrule 14 With a thicker cross-section for use, it is of course within the scope of the invention to make additional, optically inactive bevels, which bring the fibers in the transition region YY closer to each other, as in 3b is indicated.

Ebenso untergeordnet ist die Bedeutung der Länge der Gradientenindexfaser 13. Um ihre Wirkung jedoch ausreichend zu entfachen, wurde gefunden, dass sie bei den oben genannten sonstigen Dimensionierungsvorschriften eine Mindestlänge von 3 m nicht unterschreiten sollte, so dass die nicht geführten Moden im Fasermantel absorbiert werden.Also subordinated is the meaning of the length of the gradient index fiber 13 , However, in order to sufficiently ignite their effect, it was found that they should not fall below a minimum length of 3 m in the above-mentioned other dimensioning rules, so that the non-guided modes are absorbed in the fiber cladding.

Der in den speziellen Beispielen gewählte Faserkerndurchmesser d13 der Gradientenindexfaser 13 von vorzugsweise 50 μm wird bei Einsatz einer CCD-Zeile mit 2048 Pixeln mit Pixelbreiten von 14 μm und Pixelhöhen von 200 μm gerade optimal gerecht, beschränkt die Erfindung jedoch nicht darauf. Ebenso können CCD-Zeilen mit Pixelhöhen von 7...200 μm und Pixelbreiten von 7...25 μm oder Fotodiodenzeilen mit Pixelhöhen von 25...2500 μm und Pixelbreiten von 12...50 μm zum Einsatz gelangen. Insbesondere bei einer Erhöhung der Pixelbreiten ist dann lediglich ein angepasster größerer Faserkerndurchmesser d12 und d13 der Stufenindex- und Gradientenindexfaser 12 und 13 zu wählen, ohne, dass die Vorzüge vorgeschlagener Erfindung verloren gingen.The fiber core diameter d13 of the gradient index fiber selected in the specific examples 13 of preferably 50 microns just optimally does justice when using a CCD line with 2048 pixels with pixel widths of 14 microns and pixel heights of 200 microns, but the invention is not limited thereto. Likewise, CCD lines with pixel heights of 7 to 200 μm and pixel widths of 7 to 25 μm or rows of photodiodes with pixel heights of 25 to 2500 μm and pixel widths of 12 to 50 μm can be used. In particular, if the pixel widths are increased, then only an adapted larger fiber core diameter d12 and d13 of the step index and gradient index fibers is used 12 and 13 without losing the benefits of proposed invention.

Dies leitet sich daraus ab, dass die Abbildung des Eintrittsspaltes (vgl. polychromatorseitiger Eingang E = Ausgang des Kopplungselementes 1) immer eine senkrechte Ellipse ist. Deren Breite entspricht größenordnungsmäßig der Breite des Eintrittsspaltes, also in etwa dem Faserkerndurchmesser der Gradientenindexfaser 13. Die zugehörige Bildhöhe ist selbst bei korrigierten Ausführungen stets vergrößert und nicht ganz vermeidbar. Um die nach dem Stand der Technik bekannten und deshalb hier nicht weiter ausgeführten Verfahren der Subpixel-Approximationsalgorithmen einzusetzen, etwa die hier verwendete Gauss-Korrelation, ist als optimale Ausleuchtung eine Haibwertsbreite vom 2,5- bis 3fachen der Einzelpixelbreite anzusehen. Dieser Wert ist immer deutlich größer als der Faserkerndurchmesser der in Fasergitter-Sensornetzwerken eingesetzten Monomodefasern 11. Die Wahl der Detektorelemente D und damit der Pixelhöhen entsprechend der abgebildeten Bildellipsen richtet sich also nur nach der anzustrebenden möglichst vollen Nutzung der Intensitäten und bedingt damit eine Optimierung des Signal-Rausch-Verhältnisses, beeinflusst aber nicht die Optimierung der Subpixel-Approximation.This is derived from the fact that the image of the entrance slit (see polychromator side input E = output of the coupling element 1 ) is always a vertical ellipse. Their width corresponds to the order of magnitude of the width of the entrance slit, that is approximately the fiber core diameter of the Gradientenindexfaser 13 , The associated image height is always enlarged and not entirely avoidable, even with corrected designs. In order to use the methods of the subpixel approximation algorithms known from the prior art and therefore not further explained here, such as the Gauss correlation used here, it is considered to be opti male illumination to view a Haibwertsbreite 2.5 to 3 times the single pixel width. This value is always significantly greater than the fiber core diameter of the monomode fibers used in fiber grating sensor networks 11 , The choice of the detector elements D and thus of the pixel heights corresponding to the pictorial ellipses is thus based only on the desired full utilization of the intensities and thus requires an optimization of the signal-to-noise ratio, but does not affect the optimization of the subpixel approximation.

Es hat sich gezeigt, das vorstehend beschriebene Ausführungen eine nahezu gaussförmige Beleuchtung (was ebenfalls im Gegensatz zum nach dem bekannten Stand der Technik Erreichbaren steht) und damit eine exakte Zuordnung der Spektren zu den einzelnen Bragg-Reflexen auf den Pixeln des Detektors D (vgl. 1 unten) erzeugt, ohne dass es zusätzlicher zu justierender Bauelemente (bspw. Streuscheibe etc.) am Detektoreingang bedarf.It has been shown that the embodiments described above have an almost Gaussian illumination (which is also in contrast to the prior art achievable) and thus an exact assignment of the spectra to the individual Bragg reflections on the pixels of the detector D (see. 1 below), without the need for additional components to be adjusted (for example a diffuser, etc.) at the detector input.

Weiterhin hat sich gezeigt, das die beschriebenen Ausführungen eine Absenkung des Fehlers der Wiederholbarkeit der Bragg-Wellenlängenbestimmung auf unter 1 pm liefern, wohingegen nach dem Stand der Technik bisher lediglich bestenfalls 10...20 pm praktisch erreicht werden. Die vorgeschlagene Anordnung ist damit nicht nur erheblich präziser in der Bragg-Wellenlängenbestimmung als bekannte, sondern auch, bedingt durch weniger Bauelemente, robuster und stabiler im praktischen Einsatz.Farther has been shown that the described embodiments a lowering of the Repeatability of Bragg wavelength determination below 1 pm, whereas in the prior art only at best 10 ... 20 pm can be practically achieved. The proposed Arrangement is thus not only considerably more precise in the Bragg wavelength determination as known, but also, due to fewer components, more robust and more stable in practical use.

Auch wenn die Anforderungen bei Einsatz anderer Sensorsysteme, bspw. Monomode-Fabry-Perot-Interferometern, nicht so hoch sind wie bei den hier eingesetzten Bragg-Sensoren, lässt sich die vorgeschlagene erfindungsgemäße Anordnung zur spektroskopischen Bewertung selbstverständlich auch bei derartigen Sensorsystemen einsetzen.Also if the requirements when using other sensor systems, eg. Monomode Fabry-Perot interferometers, not as high as the Bragg sensors used here, the proposed inventive arrangement for spectroscopic evaluation of course also in such Insert sensor systems.

Alle in der Beschreibung, den Ausführungsbeispielen und den nachfolgenden Zeichnungen erkennbaren Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All in the description, the embodiments and the following drawings discernible features can both individually as well as in any combination with each other invention essential be.

11
Kopplungselementcoupling element
1111
Monomode(lichtleit)faserSingle-mode (light guide) fiber
111111
Stirnfläche der Monomodefaser 11 Face of the monomode fiber 11
1212
Stufenindex(lichtleit)faserStep index (light guide) fiber
121121
Stirnfläche der StufenindexfaserFace of the Step index fiber
1313
Gradienten(lichtleit)faserGradient (light guide) fiber
1414
Ferruleferrule
1515
äußere Halterung (Hüllenrohr)outer bracket (Sheath tube)
15-115-1
lösbare Verbindung der Halterung 15 detachable connection of the holder 15
X-X, Z-ZX-X, Z-Z
Faserachsenfiber axes
Y-YY-Y
Übergang(sbereich)Transition (sbereich)
d11d11
Faserkerndurchmesser der Monomodefaser 11 Fiber core diameter of the monomode fiber 11
d12d12
Faserkerndurchmesser der Stufenindexfaser 12 Fiber core diameter of the step index fiber 12
d13d13
Faserkerndurchmesser der Gradientenfaser 13 Fiber core diameter of the gradient fiber 13
ΔxAx
Versatz der Faserachsen X-X zu Z-Zoffset the fiber axes X-X to Z-Z
Bgbg
faseroptisches Sensorarray (Bragg-Gitter)fiber optic Sensor array (Bragg grating)
DD
Detektordetector
Ee
Eintrittsspalt des Polychromatorsentrance slit of the polychromator
GG
Gittergrid
LL
Lichtquellelight source
PP
Polychromatorpolychromator
PCPC
DatenverarbeitungsgerätComputing device

Claims (15)

Anordnung zur Erhöhung der Messgenauigkeit von Fasergitter-Sensorsystemen, bestehend aus einem Fasergitter-Sensorsystem mit Bragg-Gittern (Bg) und einem Polychromator (P), die miteinander durch ein optisch wirksames Kopplungselement (1) verbunden sind, welches in Durchmesser und numerischer Apertur angepasst an die eingangsseitige Monomodefaser (11) eine Stufenindex- (12) und polychromatorseitig eine Gradientenfaser (13) umfasst wobei die numerische Apertur und/oder der Kerndurchmesser (d13) der Gradientenindexfaser (13) stets kleiner, höchstens gleich der numerischen Apertur und des Kerndurchmessers (d12) der Stufenindexfaser (12) gewählt sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang (Y-Y) zwischen den sich gegenüberstehenden Stirnflächen (111, 121) der eingangsseitigen Monomodefaser (11) und der Stufenindexfaser (12) derart vorgesehen ist, dass die Stirnflächen (111, 121) beider genannter Lichtleitfasern (11, 12) zueinander in einem Winkel α von 6° bis 20° angeordnet sind und/oder die Faserachsen (X-X; Z-Z) im Kopplungsbereich der genannten Lichtleitfasern (11, 12) zueinander azentrisch ausgesichtet sind.Arrangement for increasing the measuring accuracy of fiber grating sensor systems, comprising a fiber grating sensor system with Bragg gratings (Bg) and a polychromator (P), which are connected together by an optically active coupling element (B). 1 ), which in diameter and numerical aperture adapted to the input-side single-mode fiber ( 11 ) a step index ( 12 ) and polychromator side a gradient fiber ( 13 ) wherein the numerical aperture and / or the core diameter (d13) of the gradient index fiber ( 13 ) is always smaller, at most equal to the numerical aperture and the core diameter (d12) of the step index fiber ( 12 ) are selected, characterized in that a transition (YY) between the opposing faces ( 111 . 121 ) of the input-side single-mode fiber ( 11 ) and the step index fiber ( 12 ) is provided such that the end faces ( 111 . 121 ) of both said optical fibers ( 11 . 12 ) are arranged at an angle α of 6 ° to 20 ° to each other and / or the fiber axes (XX, ZZ) in the coupling region of said optical fibers ( 11 12 ) are eccentric to each other. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich die Monomodefaser (11) mit einer Anschlifffläche ihrer Stirnseite (111) in einem Winkel α1 im Bereich von 8° bis 15° versehen ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that only the monomode fiber ( 11 ) with a grinding surface of its end face ( 111 ) is provided at an angle α 1 in the range of 8 ° to 15 °. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich die Stufenindexfaser (12) mit einer Anschlifffläche ihrer Stirnseite (121) in einem Winkel α2 im Bereich von 6° bis 15° versehen ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that only the step index fiber ( 12 ) with a grinding surface of its end face ( 121 ) is provided at an angle α 2 in the range of 6 ° to 15 °. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Monomodefaser (11) mit einer Anschlifffläche ihrer Stirnseite (111) in einem Winkel α1 als auch die Stufenindexfaser (12) mit einer Anschlifffläche ihrer Stirnseite (121) in einem Winkel α2 versehen sind, wobei für (α1 + α2) ein Winkelbereich von 6° bis 20° eingehalten ist.Arrangement according to Claim 1, characterized in that both the monomode fibers ( 11 ) with a grinding surface of its end face ( 111 ) in one Angle α 1 as well as the step index fiber ( 12 ) with a grinding surface of its end face ( 121 ) are provided at an angle α 2 , wherein for (α 1 + α 2 ) an angular range of 6 ° to 20 ° is maintained. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die sich gegenüberstehenden Stirnflächen (111, 121) der Monomodefaser (11) und die der Stufenindexfaser (12) jeweils mit einer planen Anschlifffläche, also 90° zur Faserachse, versehen sind und die Faserachsen (X-X, Z-Z) zueinander, zur Bildung eines Gesamtwinkels α, in einem Bereich von 6° bis 20° geneigt angeordnet sind.Arrangement according to claim 1, characterized in that both the opposing end faces ( 111 . 121 ) the monomode fiber ( 11 ) and the step index fiber ( 12 ) are each provided with a planar grinding surface, ie 90 ° to the fiber axis, and the fiber axes (XX, ZZ) to each other, to form a total angle α, are arranged inclined in a range of 6 ° to 20 °. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die azentrische Ausrichtung der Faserachsen (X-X, Z-Z) der Monomodefaser (11) und der Stufenindexfaser (12) zueinander derart erfolgt, dass die Faserachsen zueinander einen Versatz (Δx) ausweisen, der in einem Bereich festlegbar ist, der mindestens dem einfachen Kerndurchmesser (d11) der Monomodefaser und höchstens einem Drittel des Kerndurchmessers (d12) der Stufenindexfaser (12) entspricht.Arrangement according to claim 1, characterized in that the acentric alignment of the fiber axes (XX, ZZ) of the monomode fiber ( 11 ) and the step index fiber ( 12 ) to each other such that the fiber axes to each other an offset (.DELTA.x) identify that can be fixed in a range of at least the simple core diameter (d11) of the monomode fiber and at most one third of the core diameter (d12) of the step index fiber ( 12 ) corresponds. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (Y-Y) zwischen Monomodefaser (11) und Stufenindexfaser (12) als lösbare Verbindung (15-1) ausgeführt ist.Arrangement according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the transition (YY) between monomode fiber ( 11 ) and step index fiber ( 12 ) as a detachable compound ( 15-1 ) is executed. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (Y-Y) zwischen Monomodefaser (11) und Stufenindexfaser (12) als verdrehbare und damit justierbare Verbindung ausgeführt ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the transition (YY) between monomode fiber ( 11 ) and step index fiber ( 12 ) is designed as a rotatable and thus adjustable connection. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (Y-Y) zwischen Monomodefaser (11) und Stufenindexfaser (12) als eine gegeneinander verschiebbare und damit justierbare Verbindung ausgeführt ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the transition (YY) between monomode fiber ( 11 ) and step index fiber ( 12 ) is designed as a mutually displaceable and thus adjustable connection. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndurchmesser (d11) der Monomodefaser (11) in Abhängigkeit von der Arbeitswellenlänge in einem Bereich von 0,8 bis 1,55 μm in einem Bereich von 4 μm bis 10 μm festgelegt ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the core diameter (d11) of the monomode fiber ( 11 ) is set in a range of 0.8 to 1.55 μm in a range of 4 μm to 10 μm depending on the working wavelength. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Kerndurchmesser (d11) der Monomodefaser (11) in einem Bereich von 4 μm bis 10 μm die Kerndurchmesser (d12, d13) der Stufenindexfaser (12) und der Gradientenindexfaser (13) in einem Bereich von 50 μm bis 200 μm festgelegt sind.Arrangement according to claim 1, characterized in that with a core diameter (d11) the monomode fiber ( 11 ) in a range of 4 μm to 10 μm, the core diameter (d12, d13) of the step index fiber ( 12 ) and the gradient index fiber ( 13 ) are set in a range of 50 μm to 200 μm. Anordnung nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer numerischen Apertur der Monomodefaser (11) in dem Bereich von 0,08 bis 0,16 die numerischen Aperturen der Stufenindexfaser (12) und der Gradientenindexfaser (13) in einem Bereich von 0,16 bis 0,25 festgelegt sind.Arrangement according to Claim 1 or 11, characterized in that, in the case of a numerical aperture, the monomode fiber ( 11 ) in the range of 0.08 to 0.16 the numerical apertures of the step index fiber ( 12 ) and the gradient index fiber ( 13 ) are set in a range of 0.16 to 0.25. Anordnung nach Anspruch 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die numerische Apertur der Stufenindexfaser (12) in einem Bereich von 0,18 bis 0,25 und die der Gradientenindexfaser in einem Bereich von 0,16 bis 0,22, wobei die numerische Apertur der Gradientenindexfaser (13) höchstens gleich, bevorzugt kleiner als die der Stufenindexfaser (12) ist, festgelegt ist.Arrangement according to claim 1 or 12, characterized in that the numerical aperture of the step index fiber ( 12 ) in a range of 0.18 to 0.25 and that of the gradient index fiber in a range of 0.16 to 0.22, wherein the numerical aperture of the gradient index fiber ( 13 ) at most equal, preferably smaller than that of the step index fiber ( 12 ) is fixed. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Stufenindexfaser (12) als auch der Gradientenindexfaser (13) eine Mindestlänge gegeben ist, die im Fall der Stufenindexfaser (12) mehr als 10 m und im Fall der Gradientenindexfaser (13) mehr als 3 m betragen soll.Arrangement according to claim 1, characterized in that both the step index fiber ( 12 ) as well as the gradient index fiber ( 13 ) is given a minimum length, which in the case of step index fiber ( 12 ) more than 10 m and in the case of gradient index fiber ( 13 ) should be more than 3 m. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand, den die Stirnflächen (111, 121) der Fasern (11, 12) im Übergangsbereich (Y-Y) einnehmen unterhalb des Kerndurchmessers (d12) der Stufenindexfaser (12) gewählt ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the distance which the end faces ( 111 . 121 ) of the fibers ( 11 . 12 ) in the transition region (YY) below the core diameter (d12) of the step index fiber ( 12 ) is selected.
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