DE69107552T2 - Vorrichtung zum Messen und Überwachen der Exzentrizität des gefärbten Überzuges von optischen Fasern. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft die Herstellung optischer Fasern, die für die Übertragung von Lichtstrahlungen in optischen Fernmeldesystemen gebraucht werden, und bezieht sich speziell auf eine Vorrichtung zum Messen und Ausregeln der Exzentrizität des gefärbten Überzuges der optischen Fasern.
• Bekanntlich werden während des Prozesses des Ziehens die optischen Fasern, die im Fernmeldebereich eingesetzt werden sollen, mit einigen Schichten aus organischem Material überzogen, um ihre Oberfläche zu schützen. Die optische Faser mit einem Standarddurchmesser von 125 um wird mit einem primären weichen Überzug mit niedrigem Elastizitätskoeffizienten beschichtet, bis sie einen Durchmesser von etwa 200 um erreicht. Dann wird noch während des Schritts des Ziehens ein weiterer sekundärer starrer Überzug mit höherem Elastizitätskoeffizienten abgeschieden. Die Wahl der Dicke der Überzugsschicht ist speziell kritisch, da der Ursprung mechanischer Beanspruchungen in der Faser, die den Anlaß zu Mikrobiegungen geben können, hiervon abhängt. Diese Faserdeformierungen bewirken einen Verlust bei der Lichtsignalübertragung, so daß sie so weit als möglich zu vermeiden sind.
• Schließlich wird vor dem Herstellen eines Kabels, das eine Mehrzahl optischer Fasern enthält, jede Faser einem weiteren Beschichtungsvorgang mit einem gefärbten Harzüberzug unterworfen, der den Außendurchmesser auf etwa 265 um erhöht. Der letztere Überzug dient der Festlegung eines Codes zum Erkennen jeder Faser unter den im Kabel enthaltenen Fasern. Die für den Überzug verwendeten Materialien sind im allgemeinen Gemische von Akrylmonomeren und -oligomeren, die passend angereichert sind und nach der Aufbringung durch eine Ultraviolett-Strahlung zum Polymerisieren gebracht werden.
• Optische und mechanische Fasercharakteristiken werden in hohem Maße durch die Überzugscharakteristiken beeinträchtigt, wie durch die Schichtdicke und ihre Konzentrizität im Hinblick auf die Faser, den Polymertyp, den erzielten Polymerisationsgrad, die Alterung usw.. Speziell kann eine Exzentrizität der gefärbten Überzugsschicht von mehr als 5 % eine Ungleichförmigkeit in den auf die Faser wirkenden mechanischen Spannungsbeanspruchungen bewirken, die genügt, um Mikrobiegungen einzuführen. Diese Erscheinung verstärkt sich bei niedrigen Temperaturen (-20ºC), bei denen die meisten Polymere, da sie unter ihrer Temperatur des vitrösen Übergangs liegen, auf interne Beanspruchungen nur mit Schwierigkeit und unterschiedlich von Schicht zu Schicht reagieren, wodurch die Charakteristiken der optischen Faser deutlich beeinflußt werden. Möglich Exzentrizitäten der unteren Schichten können in gewissem Grad durch den gefärbten Überzug ausgeglichen werden, jedoch sind solche Korrekturen durch eine Echtzeit-Regelung bisher noch nicht in Betracht gezogen worden.
• Die Messung der Exzentrizität des ersten und des zweiten Überzugs wird üblicherweise während des Ziehens der Fasern durchgeführt, um so im Fall eines Konzentrizitätsfehlers eine schnelle Justierung der Vorrichtung zu ermöglichen, die auf die gegenseitige Lage zwischen der Faser und der Abscheidungsdüse für die Überzugsmaterialien einwirkt. Das beispielsweise in dem Artikel "High-Speed Measurement and Control of Fiber-Coating Concentricity", geschrieben von D.H. Smithgall und R.R. Frazee und herausgegeben in The Bell System Technical Journal, November 1981, Seiten 2065-2080, beschriebene Meßverfahren besteht darin, daß man die beschichtete Faser mit einer kohärenten Lichtstrahlung beleuchtet und die Symmetrie der erhaltenen Interferenzstreifen prüft.
• Die von einer Laserquelle, die im sichtbaren Spektrumsteil arbeitet, emittierte Lichtstrahlung wird in zwei Bündel aufgespalten und jedes Bündel wird mit Hilfe einiger Spiegel entlang senkrechten Richtungen auf die Faser gerichtet, und zwar senkrecht zu deren Achse, um so unabhängig von der Faseranordnung Konzentrizitätsfehler festzustellen. Die sich auf die beiden zueinander rechtwinkligen Richtungen beziehenden Interferenz streifen werden auf zwei Schirmen dargestellt, die hinter der Faser angeordnet sind, und von zwei TV-Kameras für die weitere Verarbeitung der entsprechenden elektrischen Signale aufgenommen.
• Ein ähnliches Verfahren, das beschrieben ist in dem Artikel "Geometrical Uniformity of Plastic Coating on Optical Fibers", geschrieben von H.M. Presby und veröffentlicht in The Bell System Technical Journal, Dezember 1976, Seiten 1525-1537, analysiert die Interferenzstreifen, die auf an der selben Seite der Lichtquelle angeordneten Schirmen erhalten werden, indem anstelle des hindurchgehenden Lichts das von der Faseroberfläche reflektierte Licht ausgewertet wird.
• Ein ähnliches Verfahren ist aus der US-A-4 042 723 bekannt.
• Die US-A-4 952 226 beschreibt die Einstellung eines Karbonüberzugs und gegebenenfalls weiterhin eines Polymerüberzugs an einer optischen Faser, wobei die Überzüge dazu dienen, die Faser hauptsächlich gegen das Eindringen von Wasser hermetisch abzuschirmen. Ein in Querrichtung einfallender Laserstrahl wird nach vorne gestreut und die Energie oder Lichtstärke des nach vorne gestreuten Lichts wird dazu verwendet, die restliche Transparenz und damit die Dicke des Karbonüberzugs anzuzeigen.
• Die Druckschrift DE-B2-24 02 480 beschreibt ein Verfahren zum Messen der Zentrierung einer elektrischen Drahtseele in einer isolierenden Hülle durch Auswerten eines Schattenbilds der Seele und der Hülle. Die Seele des zu vermessenden Kabels muß für die verwendete Strahlung opak und die Hülle transparent sein. Die Messung beruht auf einem Vergleich der Lichtstärke der das Kabel quer durchsetzenden Strahlung, wobei nur große Differenzen gemessen werden können.
• Die zum Messen der Dicke oder Exzentrizität des transparenten primären oder sekundären Überzugs kann nicht unmittelbar zum Messen der Exzentrizität des gefärbten Harzüberzugs verwendet werden, da die zum Färben verwendeten Pigmente Licht gerade in dem Spektralbereich absorbieren, in dem die Messung stattfindet, und mögliche Exzentrizitäten der unteren Überzüge werden nicht in Betracht gezogen. Weder beim Durchlaßlicht noch beim reflektierten Licht ergeben sich Interferenzmuster. Der Test für die Exzentrizität des gefärbten Überzugs wird außerhalb des Herstellungsverfahrens (off-line) durchgeführt, indem ein Faserabschnitt in einen Block aus transparentem Harz inkorporiert wird, beispielsweise durch Herstellung eines Schnitts durch den Block senkrecht zur Faserachse und Polieren der Faser-Endfläche, die anschließlich mit einem Mikroskop untersucht wird. Dieses Verfahren erlaubt offensichtlich keine stetige Messung der Charakteristiken des gefärbten Überzugs und auch keine Justierung der für die Harzabscheidung dienenden Vorrichtung während des Prozesses.
• Diese Nachteile werden überwunden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen und Ausregeln der Exzentrizität der gefärbten Schicht optischer Fasern, die eine stetige Messung während der Herstellung (on-line) der Exzentrizität des gefärbten Überzugs und eine schnelle Steuerung der für seine Abscheidung dienenden Vorrichtungen erlaubt, um Korrekturen zu ermöglichen.
• Diese und weitere Charakteristiken der Erfindung werden veranschaulicht durch die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die als nicht-beschränkendes Beispiel abgegeben wird, und durch die anliegende Zeichnung, die eine schematische Wiedergabe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist.
• Der Betrieb der Vorrichtung beruht auf der Tatsache, daß pigmentierte Polymere, die für die Ausführung des gefärbten Überzugs verwendet werden, die Charakteristik haben, im Teil des optischen Spektrums zwischen 850 und 2500 nm, der zum nahen Infrarot gehört, praktisch transparent zu sein. Die Vorrichtung verwendet deshalb als Lichtquelle einen Laser, der in diesem Spektrumsteil emittieren kann, nämlich einen Nd-YAG-Laser, der mit einer Wellenlänge von 1064 oder 1319 nm emittiert, einen HeNe-Laser, der mit einer Wellenlänge von 1150 oder 1520 mn emittiert, oder einen Halbleiterlaser, der mit Emissionswellenlängen zwischen 850 und 900, 1280 und 1320 oder 1480 und 1600 nm gewählt werden kann.
• Ein in der Figur mit LA1 bezeichneter Laser der oben beschriebenen Art emittiert ein monochromatisches Strahlenbündel, das nach dem Durchtritt durch einen halbdurchlässigen Spiegel BS1 teilweise durchgelassen wird und auf die optische Faser OF rechtwinklig zu deren Achse auftrifft, und außerdem teilweise reflektiert wird, und zwar zu einem ersten Spiegel M1, dann zu einem zweiten Spiegel M2 und schließlich zur optischen Faser OF rechtwinklig zu deren Faserachse und zur Achse des anderen Teils des optischen Strahlenbündels.
• Am Punkt, an dem die beiden Bündel auf die optische Faser treffen, ist der gefärbte Überzug bereits aufgebracht, da die Faser durch eine Düse VE getreten ist, die nicht-polymerisierte Harze enthält. Als Folge entstehen auf den Schirmen zweier TV-Kameras CA1 und CA2, die in den Richtungen der beiden Strahlenbündel angeordnet sind, zwei Interferenzmuster, die mehr oder weniger symmetrisch in bezug zu einer helleren Mittellinie sind, abhängig von der Exzentriziät des gefärbten überzugs. Die TV-Kameras CA1 und CA2 sind auf die Wellenlänge des vom Laser LA1 emittierten Bündels empfindlich. Sie geben an den entsprechenden Ausgangsleitern 1 und 2 elektrische Signale für nachfolgende Verarbeitungsoperationen ab.
• Hinsichtlich der Ablaufrichtung vor der Düse VE wird die noch nicht gefärbte Faser einer Messung unterworfen, die der besprochenen Messung analog ist, und wird damit die Konzentrizität des primären und des sekundären Überzugs geprüft. Zu diesem Zweck kann ein Laser der besprochenen Art oder ein Laser mit einer Emission im sichtbaren Teil des optischen Spektrums, nämlich ein HeNe-Laser mit einer Emission bei 632 nm, verwendet werden. Ein solcher Laser, der in der Fig. mit LA2 bezeichnet ist, emittiert ein monochromatisches Strahlenbündel, das nach dem Durchtritt durch einen halbdurchlässigen Spiegel BS2 teilweise hindurchgelassen wird und auf die optische Faser OF rechtwinklig zu ihrer Achse auftrifft, und teilweise zu einem ersten Spiegel M3, dann zu einem zweiten Spiegel M4 und schließlich zur optischen Faser OF reflektiert wird, und zwar rechtwinklig zur Faserachse und zur Achse des anderen Teils des optischen Bündels.
• Die beleuchtete Faser erzeugt auf den Schirmen von zwei TV-Kameras CA3 und CA4, die in den Richtungen der optischen Bündel angeordnet sind, zwei Interferenzmuster, die im Hinblick auf die hellere Mittellinie abhängig von der Exzentrizität des primären und des sekundären Überzugs mehr oder weniger symmetrisch sind. Die TV- Kameras CA3 und CA4 sind auf die Wellenlänge des vom Laser LA2 emittierten Bündels empfindlich. Sie geben an den entsprechenden Ausgangsleitern 3 und 4 elektrische Signale ab, die zusammen mit den auf den Leitern 1 und 2 auftretenden Signalen zu einer Verarbeitungseinheit CO geleitet werden.
• Diese Verarbeitungseinheit CO treibt eine Darstelleinheit D1, die es erlaubt, daß die Bedienungsperson den Trend des Faserfärbeprozesses visuell überwacht, und liefert auf einer Leitung 5 elektrische Signale, die dazu geeignet sind, die auf die gegenseitige Anordnung zwischen der Faser OF und der Abscheidungsdüse VE für das Überzugsmaterial wirkenden Vorrichtungen zu justieren und so automatisch die erforderlichen Korrekturen im Fall eines Konzentrizitätsfehlers durchzuführen.
• Da man über die Information über die Exzentrizität vor und nach dem Aufbringen des gefärbten Überzugs verfügt, ist es möglich, die Vorrichtung so zu justieren, daß sie die mögliche Exzentrizität der primären und sekundären Überzüge mit einer entgegengesetzten Konzentrizität des gefärbten Überzugs kompensiert oder einen gefärbten Überzug aufbringt, der genau konzentrisch zum primären und sekundären Überzug ist.
• Es ist klar, daß das Beschriebene nur als nicht-begrenzendes Beispiel angegeben wurde. Änderungen und Abwandlungen sind möglich, ohne den Bereich des Beanspruchten zu verlassen. Beispielsweise kann die Vorrichtung analog zum Beschriebenen auch mit Interferenzmustern verwendet werden, die vom vom gefärbten Überzug reflektierten Licht anstelle des hindurchgetretenen Lichts erhalten wurden.

Claims (1)

1. Vorrichtung für die laufende Messung und Überwachung der Exzentrizität eines Überzugs einer optischen Faser durch die Erzeugung von Interferenzmustern, mit einer ersten Laserlichtquelle (LA1), die Licht emittiert, das in zwei monochromatische Lichtbündel gespalten wird, deren Wege die Faser (OF) hinter Einrichtungen (VE) für die Aufbringung des Überzugs im rechten Winkel zu einander und zur Achse der optischen Faser schneiden und jeweils zu einer von einem ersten Paar von TV-Kameras (CA1, CA2) fortschreiten, die für das Lichtbündel empfindlich sind und an ersten Ausgangsleitern (1, 2) elektrische Signale abgeben, die die erhaltenen, durch die Interferenz der beiden die Faser schneidenden Lichtbündel auftretenden Interferenzmuster wiedergeben, dadurch gekennzeichnet, daß der zu messende Überzug ein gefärbter Überzug ist, der auf einem primären und einem sekundären Überzug der Faser aufgebracht wird, und die Vorrichtung vor den Einrichtungen (VE) für die Aufbringung des gefärbten Überzugs eine weitere Laserlichtquelle (LA2) umfaßt, die auf die Faser (OF) zwei zueinander und in bezug zur Achse der optischen Faser rechtwinklige Lichtbündel sendet, die die Exzentrizität der primären und der sekundären Überzüge wiedergebende Interferenzmuster erzeugen, die die von einem zweiten Paar von TV-Kameras (CA3, CA4) aufgenommen werden, die für die von der weiteren Laserlichtquelle (LA2) emittierten Lichtsignale empfindlich sind und dazu geeignet sind, an zweiten Ausgangsleitern (3, 4) entsprechende elektrische Signale abzugeben, wobei wenigstens die erste Wellenlänge (LA1) im Spektralbereich des nahen Infrarot arbeitet, und daß die elektrischen Signale auf den Leitern (1, 2), die von den beiden ersten TV-Kameras (CA1, CA2) ausgehen, und die elektrischen Signale auf den Leitern (3, 4), die von den beiden zweiten TV-Kameras (CA3, CA4) ausgehen, einer Verarbeitungseinheit (CO) eingegeben sind, die eine Sichteinheit (D1) treiben kann und auf einer Verbindung (5) elektrische Signale zum Justieren der auf die gegenseitige Stellung zwischen der Faser (CF) und den Einrichtungen (VE) für die Aufbringung des gefärbten Überzugs wirkenden Vorrichtungen liefert.