DE2822567C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten und z. B. aus "Applied Optics", Vol. 15, Nr. 9, Sept. 1976, S. 2112-2115 bekannten Art.

Lichtleiter, auch optische Fasern genannt, stellen ein sehr vielversprechendes Übertragungsmittel dar, da sie nur eine geringe Dämpfung aufweisen und eine große Frequenzbandbreite durchlassen. Sie benutzen Trägerfrequenzen, deren Wellenlängen im Bereich des sichtbaren Lichts oder des Infrarotlichts liegen.

Ihre Übertragungseigenschaften hängen sehr von der Gleichmäßigkeit örtlicher Kennwerte ab, wie Durchmesser und Brechungsindex der Faser. Zur Überprüfung dieser Gleichmäßigkeit entlang der Faser kann man dieselbe Technik anwenden, wie sie auch bei elektrischen Kabeln angewandt wird, d. h. Einspeisen von Impulsen am Eingang der untersuchten Leitung und Beobachtung der Echos, aufgrund deren man eventuell vorhandene Fehler lokalisieren kann.

Wendet man eine derartige Technik an, indem man beispielsweise eine optische Faser mit Hilfe von einem Laser, beispielsweise einem Gallium-Arsenidlaser kommenden Lichtimpulsen anregt und die Echos mit Hilfe einer Fotodiode, eines Fototransistors oder eines Fotomultiplizierers feststellt, so zeigt sich, daß die erhaltenen Echosignale proportional zum Quadrat der Amplitude der Unregelmäßigkeiten sind, durch die sie erzeugt werden; diese Tatsache erklärt sich aus der parabelförmigen Spannungsgesetzmäßigkeit aller auf einem niedrigen Pegel arbeitenden optischen Detektoren. Diese Erscheinung ist sehr hinderlich, da zwar deutliche Fehler wie Brüche bei der Kontrolle ermittelt werden, nicht jedoch eine Vielzahl von kleinen entlang der Achse verteilten Fehlern, die die Übertragungsqualität der Faser beeinträchtigen.

Es ließe sich eine beträchtliche Verbesserung erzielen, wenn man die verschiedenen Fehler spannungslinear feststellen könnte, jedoch müssen dann die Echosignale in ein niedrigeres Frequenzband (in Dezimeter- oder Zentimeterwellen beispielsweise) umgesetzt werden, für das spannungslineare Verstärker und Detektoren existieren. Bisher sind jedoch Versuche in dieser Richtung fehlgeschlagen, da diese Frequenzumsetzung die Verwendung eines lokalen Oszillators voraussetzt, dessen Frequenz in bezug auf die Trägerfrequenz des Lichtimpulsgenerators einen ausreichend stabilen Unterschied aufweist, was bei zwei unabhängigen mit optischen Wellen arbeitenden Oszillatoren wegen der enorm hohen Frequenz (3 · 10¹⁴ Hz für 1 µm Wellenlänge) unmöglich erscheint.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sollen diese Schwierigkeiten behoben werden, indem die Fehler spannungslinear erfaßt werden.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Nachfolgend wird an Hand der beiliegenden einzigen Figur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Ein Oszillator 11 für sichtbares Licht oder Infrarotlicht der Frequenz F, beispielsweise ein Helium-Neonlaser (Wellenlänge 632,8 nm), ein Gallium-Arsenidlaser (zwischen 820 und 850 nm) und ein Yttrium-Aluminiumgranatlaser (YAG, etwa 1050 nm) liefert eine kontinuierliche Leistung, die durch einen optischen Teiler 12 (entweder mit Hilfe von gekoppelten optischen Fasern oder durch Niederschlagen von Glas auf ein Substrat hergestellt) in zwei Teile geteilt wird. Ein Teil des Lichts wird dann auf einen Modulator 13 (beispielsweise elektrooptisch mit KERR-Zelle oder akustooptisch mit doppelt brechendem Kristall oder einen Absorptionsmodulator) gegeben, der seinerseits durch einen Kurzimpulsgenerator 14 (oder einen frequenzmodulierten Oszillator für den Fall, daß die Echosignale in einem breiteren Frequenzbereich beobachtet werden) gespeist wird. Die Frequenz Δ F des Modulators 14 kann bis 500 MHz reichen.

Daraus ergibt sich eine Modulation in einem Frequenzband F+Δ F. Das so modulierte optische Signal wird über eine halblichtdurchlässige, um 45° zur Faserachse geneigte Scheibe 15 in die untersuchte Faser 16 eingegeben, so daß die sich an den Unregelmäßigkeiten der Faser bildenden Echos senkrecht zur Achse des einfallenden Lichtstrahls abgelenkt werden und in einer Mischvorrichtung 17 eintreffen.

Der andere Teil der optischen Leistung der Frequenz F trifft in einem T-Hybridkoppler 18 einer Bauart ein, wie sie z. B. in Bell System Technical Journal, Band 48, Nr. 7, September 1969, Seite 2059 beschrieben wird, der im optischen Bereich der im Zentimeterwellenbereich gut bekannten T-Kopplung entspricht.

Die auf den T-Hybridkoppler 18 eintreffende Leistung wird ihrerseits in zwei Hälften unterteilt; eine Hälfte wird durch einen Oszillator mit der Frequenz f mit Hilfe eines dem Modulator 13 ähnelnden Modulators 19 amplitudenmoduliert; die andere Hälfte wird ebenfalls mit derselben Frequenz durch einen mit dem Modulator 13 identischen, mit der Frequenz f±90° über einen Phasenschieber 21 gespeisten Modulator 20 moduliert. Die Signale mit der Frequenz f kommen aus einem Generator 22 und liegen zwischen 500 und 5000 MHz. Wenn die Signale mit der Frequenz f und f±90° dieselbe Amplitude aufweisen und wenn die T-Koppler 18 und die Modulatoren 19 und 20 in geeigneter Weise abgeglichen sind, tritt aus dem vierten Zweig der T-Koppler 18 eine Lichtquelle mit der Frequenz F+f aus, die lediglich ein Seitenband umfaßt und durch Umsetzen der Frequenz F erhalten wird.

Diese umgesetzte Welle der Frequenz F+f wird dann gleichzeitig mit den Echosignalen der Frequenz F+Δ F auf den Mischer 17 gegeben. Dieser besteht beispielsweise aus einer P.N.-Fotodiode, einer Lawinen-Fotodiode oder aus einem Fototransistor.

Am Ausgang verfügt man dann über einen Strom mit der Frequenz F+f-(F+ Δ F)=f- Δ F. Wird die Umsetzfrequenz f im Bereich der Dezimeter- oder Zentimeterwellen gewählt, so liegt das auf die Frequenz f-Δ F umgesetzte Echosignal ebenfalls im Bereich der Dezimeter- und Zentimeterwellen und kann ohne Schwierigkeiten durch einen Transistor- oder Röhrenverstärker 23 mit Wanderfeldeffekt verstärkt werden, so daß diese Signale auf ein ausreichend hohes Niveau gelangen, um spannungslinear durch einen Detektor 24 herkömmlicher Bauweise (Siliziumdetektor beispielsweise) festgestellt und auf einem Oszillograph anschließend beobachtet oder registriert werden zu können.

Die optischen Kreise von 11 bis 17 können sämtlich durch getrennte, jedoch untereinander durch Lichtleiter oder optische Fasern verbundene Bauteile oder in einem Block in integrierter Bauweise auf einem Substrat nach der Dünnschicht-Technik hergestellt werden. Weitere Hilfsvorrichtungen wie beispielsweise Filter, Dämpfer usw. können vorgesehen werden.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Lokalisierung von Fehlern in Lichtleitern mit einem Laserlichtstrahl, der in den zu untersuchenden Lichtleiter eingespeist wird, und mit einem Detektor, in dem Echosignale ausgewertet werden, deren zeitliche Lage für die Fehlerortung signifikant ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserlichtstrahl von einer kontinuierlichen Laserlichtquelle (11) der Frequenz F stammt und in einem Modulator (13) mit dem Ausgangssignal eines Kurzimpulsgenerators (14) oder eines frequenzmodulierten Oszillators einer Frequenz Δ F moduliert wird, ehe er in den Lichtleiter eingespeist wird, daß die optischen Echosignale in einem Mischer (17) mit einer Lichtwelle der Frequenz F+f gemischt werden, die ebenfalls von der Laserlichtquelle (11) abgeleitet ist, aber dieser gegenüber um einen positiven festen Betrag f frequenzverschoben ist, und daß die Ausgangssignale des Mischers (17), die dem Detektor (24) zugeführt werden, im Dezimeter- oder Zentimeterwellenbereich liegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserlichtquelle (11) ein optischer Energieteiler (12) nachgeschaltet ist, aus dem einerseits ein Strahl dem Modulator (13) und andererseits ein Strahl einem T-Hybridkoppler (18) zugeführt wird, in dem die Lichtwelle der Frequenz F+f gebildet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der T-Hybridkoppler (18) auf zwei einander gegenüberliegenden Zweigen je eine Welle der Frequenz f aufmoduliert wird, wobei die beiden Wellen in 90°-Phasenbeziehung zueinander stehen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (17) ein Photodiodenmischer ist.