DE4009160C2 - Optical measuring device for a multimode fiber - Google Patents
Optical measuring device for a multimode fiberInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein optisches Meßgerät für eine Mehrmodenfaser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Meßgerät ist aus der EP-A1 1 50 434 bekannt.The invention relates to an optical measuring device for a Multi-mode fiber according to the preamble of claim 1. Ein such a measuring device is known from EP-A1 1 50 434.
Meßgeräte für die Lichtwellenleitertechnik besitzen im allgemeinen eine optische Steckerverbindung als Eingang, wenn das Gerät ein Empfänger ist, oder als Ausgang, wenn das Gerät einen Sender darstellt. In optischen Nachrichtenübertragungsstrecken werden ebenfalls Steckverbindungen verwendet, wobei hier die Kopplung zweier Lichtwellenleiter eine möglichst geringe Dämpfung aufweisen soll, um die Verluste auf der Strecke klein zu halten. Wechselnde Ankopplungen sind selten, so daß die Reproduzierbarkeit einer solchen optischen Steckverbindung innerhalb der Nachrichten-Übertragungsstrecke kein wesentliches Kriterium darstellt.Measuring devices for fiber optic technology have generally an optical plug connection as an input, if the device is a receiver, or as an output if the device represents a transmitter. In optical Communication links are also used Plug connections used, here the coupling of two Optical fibers have the lowest possible attenuation to keep losses on the line small. Changing couplings are rare, so that Reproducibility of such an optical connector none within the message transmission path represents an essential criterion.
In der optischen Meßtechnik liegen dagegen die Verhältnisse anders. Eine geringe optische Übergangsdämpfung ist zwar wünschenswert, weil sie die Meßdynamik vergrößert, jedoch wird hier auf eine möglichst gute Reproduzierbarkeit besonderer Wert gelegt. Zum einen, weil das extern an das Meßgerät angeschlossene Lichtwellenleiterkabel häufig gewechselt wird, zum anderen, weil unterschiedliche optische Fasern an das gleiche Meßgerät angeschlossen werden. Die Fasern können beispielsweise bezüglich ihres Kerndurchmessers und ihrer numerischen Apertur variieren. On the other hand, the situation is in optical measurement technology different. A low optical transition loss is admittedly desirable because it increases measurement dynamics, however here is on the best possible reproducibility special value. Firstly, because that is external to the Optical fiber cable often connected to measuring device is changed, on the other hand, because different optical fibers connected to the same measuring device will. The fibers can, for example, with respect to their Core diameter and their numerical aperture vary.
Selbst im Bereich der wohl künftig überwiegend verwendeten Einmodenfasern gibt es unterschiedliche Faser-Standards mit beispielsweise Felddurchmessern von 9 µm und 10 µm.Even in the area of the predominantly used in the future Single-mode fibers have different fiber standards for example, field diameters of 9 µm and 10 µm.
Weicht nun die geräteinterne Faser beispielsweise bezüglich ihres Durchmessers von der extern angeschlossenen Faser ab oder treten in der Steckverbindung Dejustierungen bezüglich der beiden aufeinandertreffenden Lichtwellenleiter auf, so ergeben sich Verluste im Bereich einiger 0,1 dB, so daß eine genau definierte, in den externen Lichtwellenleiter eingekoppelte Leistung nicht mehr erreichbar ist. Bei den bekannten optischen Meßgeräten für Nachrichtenübertragungsstrecken mit Lichtwellenleitern überwiegen die Stecker-Übergangsfehler sämtliche andere Geräte-Fehleranteile.Now the device-internal fiber gives way, for example their diameter from the externally connected fiber or misalignments occur in the connector of the two optical fibers meeting one another, so there are losses in the range of some 0.1 dB, so that a precisely defined one, in the external fiber optic cable coupled power is no longer available. Both known optical measuring devices for Communication links with optical fibers the connector transition errors outweigh all others Device error proportions.
Aus der DE 36 16 841 A1 ist eine Vorichtung zur Messung der Durchgangsdämpfung eines Lichtwellenleiters (LWL) bekannt mit einem optischen Sender und einem Sende-LWL, dessen Sendelicht in einen zu prüfenden und koaxial zum Sende-LWL angeordneten Prüf-LWL geleitet ist, und mit einem optischen Detektor, durch den aus Ausgangslicht des Prüf-LWL empfangen wird. Die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit von Dämpfungsmessungen wird dadurch verbessert, daß zwischen der Ausgangsfläche des Sende-LWL und Eingangsfläche des Prüf-LWL ein Luftstrom oder ein strahlaufweitendes Element angeordnet ist.DE 36 16 841 A1 describes a device for measuring the Through loss of an optical fiber (LWL) known with an optical transmitter and an optical fiber, the transmission light in a to be tested and arranged coaxially to the transmission fiber Test-LWL is guided, and with an optical Detector through which the output light from the test fiber is received becomes. The accuracy and reproducibility of Damping measurements are improved in that between the Output surface of the transmission fiber and input surface of the test fiber an air flow or a jet expanding element is arranged.
Aus der GB 20 82 342 A ist ein Verbindungselement für Lichtleitfasern mit Strahlaufweitern bekannt.From GB 20 82 342 A is a connecting element for optical fibers known with beam expanders.
Aus der DE 32 18 014 A1 ist ein Verfahren zur Erweiterung der numerischen Apertur einer Lichtquelle bekannt. Dabei wird das Licht der Lichtquelle z. B. nacheinander durch eine Gradientenprofilfaser, eine Stufenprofilfaser und eine zweite Gradientenprofilfaser gesandt. Um eine volle Ausleuchtung der zweiten Gradientenprofilfaser zu erreichen, sollte die Stufenprofilfaser einen größeren Kerndurchmesser und eine größere numerische Apertur als die zweite Gradientenprofilfaser haben.DE 32 18 014 A1 describes a method for expanding the numerical aperture of a light source known. Doing so the light from the light source z. B. successively through a gradient profile fiber, one step profile fiber and a second Gradient profile fiber sent. For full illumination of the To achieve the second gradient profile fiber, the step profile fiber should a larger core diameter and a larger one have numerical aperture as the second gradient profile fiber.
In ntz Bd. 39 (1986) Heft 1, S. 28 bis 35, ist der Einfluß des Kerndurchmessers und der numerischen Apertur auf die Weiterleitung von Licht durch Spleißverbindungen beschrieben.In ntz vol. 39 (1986) issue 1, pp. 28 to 35, the influence of Core diameter and the numerical aperture on the forwarding of light described by splice connections.
Aus telcom report 6 (1983) Beiheft "Nachrichtenübertragung mit Licht" April 1983, S. 102 bis 108, ist bei Stirnflächenkopplung in Steckverbindern bekannt, wie sich das Verhältnis von Austrittsfläche zu Empfangsfläche auf die Lichtübertragung auswirkt.From telcom report 6 (1983) Supplement "News transmission with light "April 1983, pp. 102 to 108, is with end face coupling in connectors known how the relationship from exit surface to reception surface on the light transmission affects.
Ausgehend von einem Meßgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist es Aufgabe der Erfindung, dieses Meßgerät so weiterzubilden, daß der Meßgeräteanschluß eine möglichst geringe Empfindlichkeit bezüglich Fehlanpassungen aufweist.Starting from a measuring device according to the preamble of Claim 1, it is an object of the invention, this measuring device to be further developed so that the measuring device connection is as possible has low sensitivity to mismatches.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Anspruch 1
angegebenen Merkmale erhalten. Durch die bewußte
Fehlanpassung im Bereich des Meßausgangs bzw. Meßeingangs
des Meßgeräts erhält man zwar eine höhere Grunddämpfung des
Faserübergangs am jeweiligen Meßgeräteanschluß, jedoch wird
eine wesentlich bessere Reproduzierbarkeit erzielt. Dies
bedeutet, daß bei Anschluß unterschiedlicher externer
Lichtwellenleiterkabel, die unterschiedliche Toleranzen
aufweisen, nur verhältnismäßig geringe Meßsignaländerungen
entstehen. Im Bereich der Meßeingänge bzw. Meßausgänge
können prinzipiell folgende zwei Fälle auftreten:
Fall A) Der interne Lichtwellenleiter ist als
Mehrmodenfaser (MMF) ausgebildet, wobei der externe
Lichtwellenleiter ebenfalls als Mehrmodenfaser ausgebildet
ist. In diesem Fall können die Feldgrößen intern kleiner
gewählen werden als die externen Feldgrößen.
Fall B) Der interne Lichtwellenleiter ist als Einmodenfaser
ausgebildet, wobei der externe Lichtwellenleiter als
Mehrmodenfaser ausgebildet ist. Die internen Feldgrößen
sind in diesem Fall per definitionem kleiner als die
externen Feldgrößen.This object is achieved by the features specified in claim 1. The deliberate mismatch in the area of the measuring output or measuring input of the measuring device results in a higher basic attenuation of the fiber transition at the respective measuring device connection, but a considerably better reproducibility is achieved. This means that when different external fiber optic cables with different tolerances are connected, only relatively small changes in the measurement signal occur. In principle, the following two cases can occur in the area of the measurement inputs or measurement outputs:
Case A) The internal optical waveguide is designed as a multimode fiber (MMF), the external optical waveguide also being designed as a multimode fiber. In this case, the field sizes can be selected internally smaller than the external field sizes.
Case B) The internal optical waveguide is designed as a single-mode fiber, the external optical waveguide being designed as a multimode fiber. In this case, the internal field sizes are by definition smaller than the external field sizes.
Im Fall A) wird eine bewußte Fehlanpassung vorgenommen. Nimmt in Übertragungsrichtung der Kerndurchmesser um 30% ab, so kann von einer "70%-Ankopplung" gesprochen werden, wodurch man den zusätzlichen Vorteil einer angenäherten Gleichgewichtsanregung gewinnt. In diesem Fall wird der Einfluß der Kopplungsunsicherheit von 0,29 dB auf 0,02 dB reduziert.In case A) there is a deliberate mismatch performed. Takes the core diameter in the direction of transmission by 30%, so from a "70% coupling" be spoken, giving you the extra Advantage of an approximate equilibrium excitation wins. In this case, the influence of Coupling uncertainty from 0.29 dB to 0.02 dB reduced.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigtThe invention is based on one in the Drawing shown embodiment closer explained. It shows
Die einzige Figur eine Meßanordnung mit einem Meßsender und einem Meßempfänger.The only figure shows a measuring arrangement with a measuring transmitter and a Test receiver.
Die in der einzigen Figur dargestellte Meßanordnung besteht aus einem Meßsender 1, einem Meßempfänger 2 und einem externen Lichtwellenleiter 3, der über einen Meßausgang 4 und einen Meßeingang 5 an interne Lichtwellenleiter 6, 7 angeschlossen ist. Der Meßsender 1 mit Lichtwellenleiter 6 und der Meßempfänger 2 mit Lichtwellenleiter 7 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel zu einem Meßgerät 8 zusammengefaßt, jedoch werden häufig Meßsender und Meßempfänger an unterschiedlichen Orten als separate Meßgeräte verwendet.The measuring arrangement shown in the single figure consists of a measuring transmitter 1 , a measuring receiver 2 and an external optical fiber 3 , which is connected to internal optical fibers 6, 7 via a measuring output 4 and a measuring input 5 . The measuring transmitter 1 with optical waveguide 6 and the measuring receiver 2 with optical waveguide 7 are combined in the exemplary embodiment shown to form a measuring device 8 , however measuring transmitters and measuring receivers are often used as separate measuring devices at different locations.
Der externe Lichtwellenleiter 3 gehört zu einem nicht näher dargestellten optischen Nachrichtenübertragungssystem 9, welches Verstärker und weitere hier nicht dargestellte Einrichtungen umfassen kann.The external optical waveguide 3 belongs to an optical communication system 9 (not shown in more detail), which can include amplifiers and other devices not shown here.
Mit dem Meßgerät 8 kann vom Meßsender 1 ein Meßsignal über den als Steckverbindung ausgebildeten Meßausgang 4 in den Lichtwellenleiter 3 eingespeist werden. Der Meßempfänger 2 empfängt dieses Meßsignal über den ebenfalls als Steckverbindung ausgebildeten Meßeingang 5. Anhand von Pegelabweichungen zwischen gesendetem und empfangenem Meßsignal wird beispielsweise die Dämpfung der gesamten Übertragungsstrecke ermittelt. Damit diese Messungen auch beim Anschluß anderer externer Lichtwellenleiter reproduzierbar ausgeführt werden können, sollte an den beiden Steckverbindungen des Meßausgangs 4 und des Meßeingangs 5 möglichst stets die gleiche Übergangsdämpfung auftreten. Dabei ist es von untergeordneter Bedeutung, ob diese Grunddämpfung kleiner oder größer ist, jedoch sollte sie möglichst immer gleich sein, und zwar unabhängig von dem jeweils angeschlossenen externen Lichtwellenleiter. With the measuring device 8 , a measuring signal can be fed into the optical waveguide 3 from the measuring transmitter 1 via the measuring output 4 designed as a plug connection. The measuring receiver 2 receives this measuring signal via the measuring input 5, which is also designed as a plug connection. The attenuation of the entire transmission path is determined, for example, on the basis of level deviations between the transmitted and received measurement signal. So that these measurements can be carried out reproducibly even when connecting other external optical fibers, the same transition loss should always occur at the two plug connections of the measuring output 4 and the measuring input 5 . It is of secondary importance whether this basic attenuation is smaller or larger, but it should always be the same if possible, regardless of the external fiber optic cable connected.
Als Beispiel wird die Kopplung mit einer gebräuchlichen Telecomfaser untersucht, die eine numerische Apertur von 0,2 und ein Gradientenindexprofil (50/125 µm) aufweist.As an example, the coupling with a common one Telecom fiber examines a numerical aperture of 0.2 and a gradient index profile (50/125 µm) having.
Der Koppelwirkungsgrad ergibt sich näherungsweise bei einer derartigen Mehrmodenfaser bei angepaßten Kernradien a:The coupling efficiency is approximately at such a multimode fiber with adapted core radii a:
mit:With:
nx = Koppelwirkungsgrad.n x = coupling efficiency.
Daraus erhält man für die relative DämpfungsänderungFrom this one obtains for the relative change in damping
Die bevorzugte Lösung der Fehlanpassung arbeitet mit verkleinerten Werten der internen Faserparameter, d. h. verringerter Fläche im Phasenraumdiagramm. Eine mögliche, jedoch nicht hierauf beschränkte Dimensionierung ergibt sich durch Anwendung der 70%-Einkopplung:The preferred mismatch solution works with reduced values of the internal fiber parameters, d. H. reduced area in the phase space diagram. A possible, but not limited to, dimensioning results from the application of 70% coupling:
mit:With:
NA₁ = numerische Apertur der internen Faser.NA₁ = numerical aperture of the internal fiber.
Die geräteinterne Faser ist als Stufenindexfaser ausgebildet. Somit erhält man für den Koppelwirkungsgrad:The device's internal fiber is a step index fiber educated. So you get for the Coupling efficiency:
Für die relative Dämpfungsänderung ergibt sich:The following results for the relative change in damping:
Bei einem Radialversatz von 10% des Kernradius, entsprechend 2,5 µm bei einer 50-µm-Faser, ändern sich die Dämpfungen wie folgt:With a radial offset of 10% of the core radius, accordingly 2.5 µm for a 50 µm fiber, the change Damping as follows:
0,29 dB im angepaßten Fall (Stand der Technik),
0,02 dB im Fall der bewußten Fehlanpassung gemäß vorliegender
Erfindung.0.29 dB in the adapted case (state of the art),
0.02 dB in the case of deliberate mismatch in accordance with the present invention.
Die Ausbildung der geräteinternen Faser als Stufenindexfaser bringt zusätzlich Vorteile bei der Ankopplung an eine externe Einmodenfaser, die dann allerdings übererregt wird. Eine Verwendung von nach dem Innenbeschichtungsverfahren hergestellten Fasern ist dabei jedoch nicht erstrebenswert, da der zentrale Brechzahleinbruch genau im Bereich des Kopplungsübergangs zur Einmodenfaser liegt und sich somit störend auswirkt. Deshalb wird bei Ankopplung an eine Einmodenfaser eine interne Stufenindexfaser ohne den zentralen Brechzahleneinbruch vorgesehen.The formation of the internal fiber as a step index fiber brings additional advantages in connection to an external single-mode fiber, but then is overexcited. Use of the interior coating process manufactured fibers is however not desirable because of the central slump in refractive index exactly in the area of the coupling transition to Single-mode fiber lies and thus has a disruptive effect. Therefore, when coupled to a single mode fiber Internal step index fiber without the central drop in refractive index intended.
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1990
- 1990-03-22 DE DE19904009160 patent/DE4009160C2/en not_active Expired - Fee Related
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