-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen
zur Bestimmung der Winkelposition um eine Längsachse eines optischen Körpers oder
einer Lichtleitfaser, die hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften
um dieselbe Längsachse
axial asymmetrisch ist, zum Positionieren eines derartigen Körpers oder
Faser in einer gewählten
Winkelposition der axialen Asymmetrie und zum Ausrichten von zwei
derartigen Körpern
oder Fasern, so dass die Positionen der axialen Asymmetrien miteinander übereinstimmen
oder ausgerichtet sind, und für
den Fall von zwei Lichtleitfasern zum Verbinden der Enden der Fasern
miteinander unter Beibehaltung der Ausrichtung der Asymmetrien.
-
Hintergrund der Erfindung
-
In
einem früheren
Verfahren zur Winkelausrichtung von beispielsweise PM-Fasern zum
richtigen Verbinden von zwei derartigen Fasern, siehe Internationale
Patentanmeldung Nr.
PCT/SE94/01146 ,
die hierin durch Verweis mit aufgenommen ist, wurde ein Korrelationsverfahren
direkt ausgewertet auf Intensitätsprofilen (POL
Profile, POL = Polarization Observation by the Lens effect tracing, übersetzt:
Polarisationsbeobachtung durch Nachverfolgen des Linseneffekts),
die aus den zwei miteinander zu verbindenden Fasern erhalten wurden.
Dieses Verfahren kann direktes Korrelationsverfahren genannt werden.
Der Winkelversatz zwischen den zwei Fasern wurde dann aus der Position
des maximalen Korrelationspunkts bestimmt. Eine der zwei Fasern wurde
schließlich
gedreht, um den Winkelversatz zu beseitigen, um das maximale Extinktionsverhältnis in
einer Verbindung bzw. einem Spleiß zu erhalten. Nach der Drehausrichtung
ist der Winkelversatz zwischen den zwei Fasern nahezu Null. Jedoch
ist sowohl die anfängliche,
relative Drehposition der zwei Fa sern zufällig als auch, schlimmer noch,
die Winkelendposition nach dem Verbinden zufällig, was einige Probleme verursacht. Ein
indirektes Korrelationsverfahren unter Benutzung der gleichen Art
von Intensitätsprofilen
ist in der hierin durch Verweis ebenfalls mit aufgenommenen Europäischen Patentanmeldung
Nr.
96850176.6 , eingereicht
am 24. Oktober 1995 offenbart. Hierin wird ein verfeinerter Korrelationswert
berechnet unter Benutzung einer Kurvenanpassungstechnik.
-
Das
direkte Korrelationsverfahren ist geeignet zum Verbinden von zwei
PM-Fasern vom gleichen Typ miteinander, das indirekte Korrelationsverfahren
funktioniert gut zum Verbinden miteinander sowohl von PM-Fasern
vom gleichen Typ als auch von PM-Fasern von verschiedenen Typen.
Unter Benutzung des direkten und des indirekten Korrelationsverfahrens
kann der Winkelversatz der optisch in homogenen Bereiche in den
zwei Fasern mit einer ziemlich hohen Genauigkeit gefunden werden,
beispielsweise mit einem Winkelversatz weniger als ±1,5°; dies entspricht
dem niedrigsten Extinktionsverhältnis
von 31 dB für
diejenigen Fasern mit einer ziemlich großen Variation im POL-Wert,
beispielsweise mit einem maximalen zu minimalen POL Datenkontrast
von mehr als 20 Graustufeneinheiten von insgesamt 256 Graustufeneinheiten,
die von einem automatischen Faserverbinder vom Typ FSU 925, hergestellt
von ERICSSON, gemessen werden können.
Diese Fasertypen enthalten Fasern von den Typen: PANDA, Bogenzug
(Englisch: Bow-tie), Andrew mit elliptischem Kern, Hitachi mit elliptischer
Ummantelung und anderen Typen elliptisch ummantelter Fasern. Alle
diese Fasertypen sind so aufgebaut, dass sie in einer Dreh- bzw.
Umfangsrichtung gesehen eine relativ große Asymmetrie ihres Brechungsindex
aufweisen.
-
Jedoch
für Typen
von PM-Fasern mit einer kleinen Asymmetrie ihres Brechungsindex
in einer Drehrichtung, wie etwa Fasern von Corning mit elliptischem
Kern, von Hitachi mit ellipti schem Kern, vom Lycom mit elliptischem
Kern und von 3M mit elliptischer Ummantelung mit niedriger Spannung,
ist der POL Datenkontrast in dem automatischen Faserverbinder FSU
925 normalerweise weniger als 10 Graustufeneinheiten. Eine einfache
Anwendung des direkten und des indirekten Korrelationsverfahrens
wird häufig
zu einer niedrigen Ausrichtungsgenauigkeit führen (Winkelversatzfehler ≈ ±2,5°, entsprechend
einem mittleren Extinktionsverhältnis von
27 dB). Viele Lichtleitfaser-Gyrohersteller spezifizieren das niedrigste
Verbindungsextinktionsverhältnis
so hoch wie 30 dB. Die ±2,5° Ausrichtungsgenauigkeit
ist dann zu niedrig, um dieses Erfordernis zu erfüllen. Jedoch
werden diese PM-Fasertypen
mit kleinen Asymmetrien in ihrem Brechungsindex in der Drehrichtung
auf dem Weltmarkt aufgrund ihres niedrigen Preises (1/10 bis 1/20
des Preisniveaus im Vergleich zu den herkömmlichen PM-Fasertypen) stets
populärer.
-
WO95/14945 lehrt ein Verfahren
zum Bestimmen der Winkelposition einer axialen optischen Asymmetrie
eines zylindrischen Lichtleitfaserkörpers, umfassend die Schritte
des Bestrahlens der Faser, Drehen der Faser und während dieser
Drehung, Bestimmen einer Differenz in der Lichtintensität zwischen
mittleren Faserbereichen und äußeren Faserbereichen.
-
Folglich
besteht ein Bedarf an Verfahren und Vorrichtungen zum automatischen
Ausrichten und Verbinden von PM-Fasern von allen Typen ohne Benutzung
von Messungen der aktiven Art, d.h. zum Ausrichten von Fasern aller
Typen mit einer besseren Genauigkeit, als die, die bei Verwendung
der herkömmlichen
Verfahren möglich
ist.
-
Beschreibung der Erfindung
-
Die
Erfindung ist in den unabhängigen
Ansprüchen
definiert. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und
eine Vorrichtung bereitzustellen zum Bestimmen der Winkelpositi on
von optischen Asymmetrien von beispielsweise PM-Fasern und allgemein
Lichtleitfasern und ähnlichen
zylindrischen Körpern,
die in der Längsrichtung
einer derartigen Faser oder eines derartigen Körpers gesehen, optisch asymmetrisch
sind, insbesondere für
Fasern oder Körper,
wo diese Asymmetrien klein sind.
-
Das
durch die Erfindung zu lösende
Problem ist folglich, Verfahren und Geräte bereitzustellen zum Ausrichten
miteinander von optischen PM-Fasern mit schwachen axialen Asymmetrien
mit einem so klein wie möglichen
Ausrichtungsfehler um zu ermöglichen,
dass Verbindungen mit niedrigen Extinktionsverhältnissen hergestellt werden
können.
-
Folglich
ist allgemein die um die Längsachse
genommene Winkelposition von mindestens einer axialen optischen
Asymmetrie zu bestimmen, wie etwa von mindestens einem parallel
zu der Längsachse
des zylindrischen Körpers
positionierten, optisch inhomogenen Bereich. Dieser Körper ist
in dem bevorzugten Fall eine Lichtleitfaser und es wird angenommen,
dass diese in einer beliebigen Startwinkelposition um ihre Längsachse
angeordnet ist. Ein POL Profil ist für den Körper zu messen, und dann müssen einige
Mittel zum Bestrahlen des Körpers
mit einem Lichtstrahl eingesetzt werden. Die Bestrahlungs- bzw.
Illuminationsmittel können
beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie einen parallelen Lichtstrahl
bereit stellen und/oder dass sie einen Lichtstrahl liefern in einer
Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung des Körpers ist.
Drehmittel werden eingesetzt zum Drehen des Körpers um ein Winkelintervall
um eine geeignete erste Länge.
Das Intervall ist mindestens eine halbe Vollumdrehung, weil beispielsweise
PM-Lichtleitfasern immer eine zweifache Symmetrie aufweisen und
das Intervall vorzugsweise eine Vollumdrehung ist, wie von der Startwinkelposition
aus gemessen, wenn der Körper
um seine Längsachse
gedreht wird. Schließlich
müssen
Mittel bereitgestellt werden zum Bestimmen der Differenz zwischen
der Lichtintensität
des Lichts, das durch den Körper hindurch
getreten ist und in seiner Position dem mittleren Längsbereich
des Körpers
entspricht, und von Licht, das durch den Körper hindurch getreten ist
und in seiner Position dem Bereich in der Nähe des longitudinal mittleren
Bereichs des Körpers
entspricht, und zwar während
der Drehung für
verschiedene Winkelpositionen.
-
Zum
Ausführen
einer verfeinerten Messungsanalyse werden Mittel eingesetzt zum
Bestimmenvon mindestens einem Drehwinkelintervall, wo die Funktion
am steilsten ist oder ihre schnellsten Variationen aufweist, d.h.
wo die Funktion streng wachsend oder fallend ist und den höchsten absoluten
Wert ihrer Ableitung aufweist, und zwar aus den bestimmten Differenzen
als eine Funktion des Drehwinkels, beginnend von der Startwinkelposition,.
Dieses Winkelintervall kann so gewählt werden, dass es eine vorbestimmte
Länge,
wie etwa ein Viertel einer Vollumdrehung aufweist. Auswertungsmittel
werden eingesetzt zum Auswerten der Funktionswerte innerhalb dieses
oder dieser Intervalle zum Bestimmen eines Werts der Winkelposition
der mindestens einen optischen Asymmetrie in Bezug auf die Winkelstartposition
des Körpers
oder eines Werts der Winkelposition des Körpers in Bezug auf eine feste
Referenzwinkelposition des Körpers.
-
Es
kann ein Kurvenanpassungsverfahren wie oben erwähnt verwendet werden, und dann
werden Vergleichsmittel eingesetzt zum Vergleichen dieser Differenzen
mit einer vorbestimmten Funktion des Winkelarguments, und zwar nach
dem Bestimmen der Differenzen als eine Funktion der Winkelwerte
des ersten Intervalls,. Diese vorbestimmte Funktion sollte im Wesentlichen
dieselbe Grundform aufweisen wie die Differenzfunktion, wobei die
Art der vorbestimmten Funktion für
den Typ des zu messenden Körpers
oder der zu messenden Faser immer im Voraus bestimmt werden könnte. Der
Vergleich wird benutzt zum Auffinden eines Winkelwerts, der, wenn
er zum Übersetzen
des Arguments der vorbestimmten Funktion benutzt wird, die beste Übereinstimmung
zwischen den bestimmten Differenzen und den übersetzten Argumentfunktionswerten
liefert. Dieser Winkeltranslationswert wird dann ein erster Wert
der Drehwinkelposition des Körpers
sein.
-
Die
Mittel zum Auswerten der Differenzfunktionswerte innerhalb des Intervalls
oder der Intervalle mit der schnellsten Variation werden dann dazu
ausgebildet, die Funktionswerte mit der vorbestimmten Funktion zu
vergleichen für
verschiedene kleine Winkeltranslationen von dessen Argument von
bzw. in Bezug zu dem ersten Wert. Diese Mittel werden dann dazu
ausgebildet, denjenigen kleinen Winkeltranslationswert zu bestimmen,
der die beste Übereinstimmung
der verglichenen Funktionen liefert, und diesen Translationswert
als einen Korrekturwert, der zum Erzeugen eines zweiten, genaueren
Werts der Drehwinkelposition des Körpers zu dem ersten Wert addiert
wird.
-
Das
Mittel zum Bestimmen des mindestens einen Winkelintervalls kann
vorzugsweise dazu ausgebildet werden, nur ein benachbartes Intervall
mit einer zweiten vorbestimmten Winkelausdehnung zu bestimmen. Die
zweite Ausdehnung wird dann offensichtlich kleiner als die erste
Ausdehnung sein und sie kann insbesondere kleiner als oder gleich
wie die Hälfte
der ersten Ausdehnung sein. Wie bereits angedeutet, ist sie vorzugsweise
gleich 90°.
Der Start- und der Endwinkel des Intervalls werden so bestimmt,
dass das Intervall enthält oder übereinstimmt
mit ermittelten Intervallen, wo die Funktion ihre schnellsten Variationen
aufweist. In vorteilhafter Weise schließt das ausgewählte Intervall
ein Intervall mit einer steilen Abnahme und ein Intervall mit einer
steilen Zunahme mit ein, wobei diese Intervalle nur um ein ein Minimum
der Funktion enthaltendes Intervall getrennt sind. Dieses benachbarte
Intervall wird von den Auswertungsmitteln benutzt, um die bestimmten
Differenzen als eine Funktion des Drehwinkels zum Bestimmen eines
Werts der Winkelposition des Körpers
noch einmal auszuwerten.
-
Um
eine verfeinerte Messung auszuführen,
können
in dem ermittelten Intervall oder Intervallen mit der schnellsten
Variation mehrere neue Messungen ausgeführt werden. Insbesondere wenn
nur ein angrenzendes Intervall benutzt wird, sind die Drehmittel
vorzugsweise dazu ausgebildet, den Körper auch um seine Längsachse
zu dem Startwinkel des angrenzenden Intervalls zu drehen, und dann
durch dieses Intervall hindurch die Intensitätsunterschiede bei einer höheren Auflösung zu
bestimmen. Die Mittel zum Bestimmen der Differenz der Lichtintensitäten während der
Drehung werden dann dazu ausgebildet, für eine vorbestimmte zweite Anzahl
von verschiedenen Winkelpositionen auch die Differenz zu bestimmen
zwischen der Lichtintensität
von Licht, das durch den Körper
hindurch getreten ist und in seiner Position dem in der Längsrichtung
gesehenen, mittleren Bereich des Körpers entspricht, und von Licht,
das durch den Körper
hindurch getreten ist und in seiner Position den Bereichen, die
am Dichtesten zu und außerhalb
des Körpers
angeordnet sind. Die Auswertungsmittel können dann diese bestimmten
Differenzen als eine Funktion des Drehwinkels über das angrenzende Intervall
auswerten, um einen Wert der Winkelposition des Körpers zu
bestimmen.
-
Das
oben beschriebene Verfahren kann benutzt werden in einer Verbindungsvorrichtung
zum Verbinden bzw. Spleißen
der Enden von zwei Lichtleitfasern, die jeweils mindestens eine
axiale Asymmetrie umfassen, die normalerweise mindestens einen optisch
inhomogenen Bereich umfassen, der sich in der Längsrichtung der Faser erstreckt
und in Bezug zu einer Längsachse
der Faser exzentrisch angeordnet ist. Die Verbindung ist mit einem
vorbestimmten Winkel zwischen den Winkelpositionen der axialen Asymmetrien
der zwei Fasern auszuführen,
normalerweise mit einer Ausrichtung derselben. Die Verbindungsvorrichtung
umfasst in der herkömmlichen
Weise: Mittel zum Anordnen der Endoberflächen der Lichtleitfasern dicht
zueinander und einander gegenüberliegend, wobei
die Längsachsen
der Fasern im Wesentlichen miteinander ausgerichtet oder mindestens
im Wesentlichen parallel zueinander sind; Mittel zum Verbinden der
Faserenden miteinander; Mittel zum Drehen der Enden der Fasern um
eine Winkelgröße um deren
Längsachse
in Bezug zueinander. Die Verbindungsvorrichtung ist auch in der
Lage, eine Winkelposition zu bestimmen und weist folglich Mittel zum
Bestimmen der Winkelposition der optischen Asymmetrie eines jeweiligen
Faserendes, wie oben beschrieben, auf. Ferner sind die Drehmittel
dazu ausgebildet, diese Werte zum Drehen von mindestens einem der
Faserenden zu benutzen, um die optischen Asymmetrien der Faserenden
auszurichten. In einer derartigen Verbindungsvorrichtung können die
zum Bestimmen der Lichtintensitätsdifferenzen
benutzten Bestrahlungsmittel in geeigneter Weise eine Lichtquelle
sein, die einen Lichtstrahl erzeugt, der gleichzeitig und von dessen Seiten
auf die Faserenden trifft und diese beleuchtet, wenn sie dicht zueinander
angeordnet sind.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Die
Erfindung wird nun vermittels einer nicht beschränkenden Ausführungsform
mit Verweis auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Für
die Zeichnungen gilt:
-
1a ist
ein Schaubild, das POL Profile für
eine Bogenzug (Englisch: Bow-tie) PM-Faser und für eine Faser mit elliptischem
Kern veranschaulicht,
-
1b ist
ein Schaubild, das das POL Profil für die Faser mit elliptischem
Kern der 1 veranschaulicht, wobei die
vertikale Skala vergrößert worden
ist,
-
2 ist
ein Blockdiagramm, das ein Drehausrichtungsverfahren veranschaulicht,
das ein verfeinertes Verfahren, das insbesondere für PM-Fasern
mit kleinen optischen Asymmetrien geeignet ist, verwendet,
-
3 ist
ein schematisches Bild, teilweise in der Form eines Blockdiagramms,
das eine Vorrichtung zum Verbinden von Lichtleitfasern zeigt.
-
Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
-
Zwei
typische Typen von POL Profilen sind in 1a gezeichnet
und werden miteinander verglichen. Das POL Profil ist allgemein
die größte Differenz
der Lichtintensität
zwischen Licht, das mittig durch eine Faser hindurch läuft und
Licht, das durch andere Bereiche der Faser hindurchläuft, wie
für verschiedene
Winkelpositionen der Faser um deren Längsrichtung genommen wird,
so dass das Schaubild der 1a folglich
diese Differenz oder "höher", ausgedrückt in einer
gewissen Einheit (Graustufeneinheiten), als eine Funktion des Drehwinkels
für die
zwei verschiedenen Fasern zeigt. Die Kurve mit einer starken Variation
mit zwei Doppelmaxima und steilen Tälern dazwischen wird für eine herkömmliche
PM-Faser vom Bogenzug-Typ mit einer großen Drehasymmetrie des Brechungsindex
gemessen. Die Differenz zwischen dem maximalen und minimalen POL
Wert ist in der verwendeten Vorrichtung etwa 120 Graustufeneinheiten.
Die andere gezeichnete Kurve, nämlich
die nahezu konstante Kurve mit nur einer kleinen Variation um den
Wert 220, wird für
eine typische neue PM-Faser (Corning mit elliptischem Kern) mit
einer kleinen Drehasymmetrie des Brechungsindex gemessen. Die Differenz
zwischen ihren maximalen und minimalen POL Werten ist nur etwa 8
Graustufenwerte. Weil alle Kameras und elektronischen Systeme einen
bestimmten Rauschpegel aufweisen, der etwa 1,5 Graustufenwerte in
dem zum Messen der Kurven verwendeten Verbindungsvorrichtung beträgt, weist
das vergrößerte POL
Profil von der Faser von Corning mit E-Kern, wie in 1b gezeichnet,
wo nur die Graustufenwerte gerade um 220 herum gezeichnet
sind, aufgrund des Effekts eines größeren Rausch-zu-Signal-Verhältnisses
im Vergleich zu den Kurven der 1a, eine
ziemlich schwankende und nicht-glatte Erscheinung auf.
-
Wenn
das direkte oder das indirekte Korrelationsverfahren, wie in den
oben angeführten
Patentanmeldungen beschrieben, zum Verbinden von Fasern mit einem
POL Profil mit niedrigem Kontrast von der in 1a veranschaulichten
Art, siehe die mittlere Kurve, und dieselbe Kurve, die in 1b in
der vertikalen Richtung vergrößert ist,
angewendet wird, würde
aufgrund des nicht vernachlässigbaren
Rauschniveaus ein signifikanten Winkelversatz oder Fehler zwischen
den Bereichen der optischen Asymmetrie in der Verbindung auftreten.
Aus einer sorgfältigen
Betrachtung der 1b kann man herausfinden, dass
verschiedene Bereiche des POL Profils verschiedene Empfindlichkeiten
in Bezug auf die Winkelvariation aufweisen. Bei den Schluchten oder
Tälern
des Profils, d.h. in den Bereichen zwischen 30° und 120° und zwischen 210° und 300° in 1b verändert sich
der POL Wert relativ schneller und ist empfindlicher bezüglich der
Winkelvariation. Andererseits in dem Plateauabschnitt des POL Profils,
d.h. in den Abschnitten außerhalb
dieser Bereiche, sind die POL Werte empfindlicher auf das Rauschen
anstatt auf die Winkelvariation. Dann kann ein derartiger Schlucht- oder Talbereich
zum Ausführen
einer verfeinerten Ausrichtung verwendet werden.
-
Dann
wird, nachdem das POL Profil über
die volle Umdrehung der Lichtleitfaser erhalten worden ist, d.h.
durch Messen der Intensitätsdifferenzen,
wenn die Faser um 360° gedreht
wird, die nachfolgende Analyse nur innerhalb eines kleineren Winkelbereichs,
wie etwa 90°,
ausgeführt,
und zwar nur für
die Faserdrehwinkel, die dem Bereich des POL Profils für 360° entsprechen,
wo die größte Variation
der Kurvenform vorliegt. Auf diese Weise wird ein höherer Grad
der Winkelgenauigkeit erhalten. Selbst eine neue POL Messung kann
nur auf diesem Winkelbereich ausgeführt werden, und wenn die selbe
Anzahl von Messungen ausgeführt
wird, wenn ein derartiges, für
die grobe Analyse über
360° benutztes
90° POL
Profil bestimmt wird, dann wird die Winkelauflösung sogar noch besser.
-
Die
POL Profilmessung und Analyse zum Herstellen einer ausgerichteten
Verbindung von zwei Fasern, einer linken Faser und einer rechten
Faser, wird dann in zwei Bereichen ausgeführt. Zuerst werden POL Profile
mit dem vollen Bereich über
eine 360° Drehung
eines jeweiligen Faserendes analysiert, um einen groben Winkelversatz
zu finden, und dann werden über
einen engen Variationsbereich ähnliche
Profile analysiert. Im Allgemeinen gibt es immer zwei geeignete,
vergleichbar schmale Bereiche mit einer starken Variation, die benutzt
werden können
und die um 180° voneinander
getrennt bzw. einander gegenüberliegend
angeordnet sind. Ein derartiger Bereich muss ausgewählt werden.
Dann wird die linke Faser zum Startpunkt des schmalen Bereichs gedreht.
Die rechte Faser wird gedreht, um den Winkelversatz der optischen
Längsasymmetrien
zu beseitigen. In dem von beiden Fasern innerhalb dieses schmalen
Winkelbereichs, beispielsweise 90°,
POL Profile mit einer höheren
Auflösung
eingeholt werden, wird ein Wert mit einer höheren Genauigkeit des verbleibenden
Winkelversatzes bestimmt, und dann wird dieser Versatz durch die
weiteren Drehungen, wie für
die Faserenden erwähnt,
beseitigt.
-
Der
Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die für die Ausrichtung erforderliche
Zeitdauer 20 Sekunden länger
ist als in dem herkömmlichen
Verfahren, weil eine zusätzlich
POL Messung, Bestimmung und Analyse erforderlich ist. Um eine weitere Überprüfung der
verschiedenen Genauigkeit des indirekten Korrelationsverfahrens
unter Benutzung der vollen Umdrehung oder der 360° POL Profile
und der 90° POL
Profile in den Schluchten des Profils auszuführen, wurden die Winkelversatzfehler
gemessen und sind in Tabelle 1 aufgelistet. Es wird eine höhere Ausrichtungsgenauigkeit
beobachtet, wenn der 90° Bereich
benutzt wird. Tabelle 1: gemessener Winkelversatzabweichung
für verschiedene
POL Profilbereiche
| Nummer
des Tests | 360° Bereich,
Winkelversatz | 90° Bereich,
Winkelversatz |
| 1 | -0,6 | -0,3 |
| 2 | +1,2 | +0,75 |
| 3 | +1,9 | +0,45 |
| 4 | +1,05 | -0,15 |
| 5 | -1,35 | +0,9 |
| 6 | +1,5 | +0,15 |
| 7 | -2,3 | -0,6 |
| 8 | +0,2 | +1,1 |
| 9 | +1,8 | +0,65 |
| 10 | -0,15 | -0,25 |
| Mittelwert
der absoluten Versatzwerte | 1,205 | 0,53 |
| Maximum
des absoluten Versatzwerts | 2,3 | 1,1 |
| Standardabweichung
der Versatzwerte | 0,682 | 0,309 |
-
Es
wurden mehrere Tests der Verbindung ausgeführt und die Extinktionsverhältnisse
nach dem Verbinden gemessen. Das Gerät zum Messen und Verbinden
wies die folgenden Merkmale auf:
| LED
Wellenlänge | 855 nm |
| Spektrenbreite | 24 nm |
| eingestelltes
Extinktionsverhältnis: | |
| 38
dB | |
| Extinktionsverhältnis des
Polarisators | |
| 39
dB | |
| Lichtdetektor | HP 8153 mit 800-900 ~
Weitwinkeldetektor |
| PM
Fasertyp | Corning mit elliptischem
Kern |
| PM
Faserlänge | 3,5 m |
| Verbindungsvorrichtung | ERICSSON FSU 925 PMA
mit geänderter
Software |
| Parameter
zum Verbinden | |
| Vorfusionszeit | 0,2
s |
| Vorfusionsstrom | 7,0
mA |
| Zwischenraum | 30,0 μm |
| Überlappung | 8,0 μm |
| Fusionszeit
1 | 0,2
s |
| Fusionsstrom
1 | 8,0
s |
| Fusionszeit
2 | 3,0
s |
| Fusionsstrom
2 | 12,6
mA |
| Fusionszeit
3 | 0,0
s |
| Fusionsstrom
3 | 0,0
s |
Tabelle 2: Verbindungsergebnis unter Benutzung
des vollen Drehbereichs und des indirekten Korrelationsverfahrens
| Nummer
des Spleißes | gemessenes
Extinktionsverhältnis
(dB) | bestimmtes
Extinktionsverhältnis
(dB) | bestimmter
Verlust (dB) |
| 1 | 31,4 | 29,4 | 0,02 |
| 2 | 35,0 | 33,1 | 0,04 |
| 3 | 26,7 | 25,9 | 0,03 |
| 4 | 27,8 | 32,4 | 0,03 |
| 5 | 25,6 | 28,8 | 0,03 |
| 6 | 36,1 | 34,5 | 0,04 |
| 7 | 30,2 | 37,2 | 0,03 |
| 8 | 29,3 | 24,8 | 0,04 |
| 9 | 34,5 | 34,1 | 0,03 |
| 10 | 32,7 | 27,9 | 0,04 |
| Minimum | 25,6 | 30,82 | 0,033 |
| Mittelwert | 30,93 | 30,82 | 0,033 |
| Standardabweichung | 3,45 | 3,85 | 0,0064 |
Tabelle 3: Spleißergebnisse unter Benutzung
von zusätzlicher
Analyse mit engem Bereich
| Nummer
des Spleißes | gemessenes
Extinktionsverhältnis
(dB) | bestimmtes
Extinktionsverhältnis
(dB) | bestimmter
Verlust (dB) |
| 1 | 34,70 | 34,22 | 0,02 |
| 2 | 33,90 | 33,92 | 0,04 |
| 3 | 35,20 | 35,72 | 0,04 |
| 4 | 35,87 | 36,30 | 0,03 |
| 5 | 36,27 | 37,08 | 0,03 |
| 6 | 36,80 | 36,84 | 0,03 |
| 7 | 36,74 | 36,30 | 0,04 |
| 8 | 35,40 | 33,34 | 0,03 |
| 9 | 37,55 | 37,31 | 0,03 |
| 10 | 34,32 | 35,72 | 0,04 |
| 11 | 33,87 | 33,92 | 0,03 |
| 12 | 34,14 | 37,68 | 0,03 |
| 13 | 35,02 | 36,57 | 0,02 |
| 14 | 29,70 | 33,92 | 0,04 |
| 15 | 34,42 | 35,42 | 0,03 |
| 16 | 30,40 | 33,34 | 0,03 |
| 17 | 36,40 | 37,08 | 0,02 |
| 18 | 34,22 | 34,22 | *0,11 |
| 19 | 28,50 | 33,63 | *0,15 |
| 20 | 33,63 | 36,57 | *0,11 |
| 21 | 33,40 | 35,12 | *0,12 |
| 22 | 31,72 | 36,01 | *0,09 |
| Minimum | 28,50 | 33,34 | |
| Mittelwert | 34,19 | 33,34 | |
| Standardabweichung | 2,28 | 1,39 | |
- * Verlustbestimmung ausgeführt unter
Benutzung eines nicht standardgemäßen Modenfelddurchmessers (5 μm) anstatt
von 9,8 μm.
-
Wenn
man die Tabellen 2 und 3 vergleicht, kann man beobachten, dass bei
Verwendung des Verfahrens, das die Messung und Analyse auch über einen
schmalen Bereich benutzt, das mittlere Extinktionsverhältnis um
3,2 dB angehoben ist und die Standardabweichung um 0,6 dB verringert
wird.
-
Die
obigen Tests wurden ausgeführt
mit einer CORNING Faser mit elliptischem Kern (E-Kern). Dieser Fasertyp
weist die kleinste Drehasymmetrie des Brechungsindex unter allen
bekannten PM Fasertypen auf. Folglich ist dies die Faser, für die es
am schwierigsten ist, eine Winkelausrichtung mit einer hohen Genauigkeit der
zwei zu verbindenden Faserenden auszuführen. Für andere Faserkombinationen,
wie etwa HITACHI E-Kern und LYCOM E-Kern, können bessere Ergebnisse erwartet
werden.
-
Eine
Vorrichtung zum Verbinden von zwei Lichtleitfasern wird schematisch
in 3 gezeigt. Diese Vorrichtung ist prinzipiell eine
herkömmliche
automatische Verbindungsvorrichtung zum Verschweißen von Lichtleitfasern
miteinander, ergänzt
durch Geräte
zum Orientieren der Fasern in Drehwinkelrichtung und ausgestattet
mit speziellen Unterprogrammen zum Bestimmen der Intensitätskurven
und Analysieren derselben.
-
Die
miteinander zu verbindenden zwei Lichtleitfasern 1, 1' werden mit
ihren Enden in besondere Haltevorrichtungen 3 angeordnet,
wodurch die Faserenden um ihre Längsachse
gedreht werden können.
Diese Haltevorrichtungen 3 sind auf den normalen Ausrichtungsträgern 5 für die Faserenden
der Verbindungsvorrichtung zusätzlich
angeordnet. Die Faserträger 5 können ferner
in Bezug zueinander in der durch die Richtungen der Lichtstrahle
aus den zwei Lampen 7 angedeuteten, senkrechten Richtung
versetzt werden, und auch in der Längsrichtung der Faserenden
mittels der Antriebsmotoren 9, die durch Logikschaltkreise
und -software in einem Prozessorlogikmodul 11 durch geeignete
Treiberschaltkreise 13 gesteuert werden. Die Lampen 7 werden
durch deren eigenen Treiberschaltkreise 15 von der Prozessorlogik 11 aktiviert.
Verschweißungselektroden 17 werden
durch entsprechende, von den Prozessorlogikschaltkreisen 11 gesteuerte
Treiberschaltkreise 19 betrieben. Eine Videokamera 21 nimmt
ein Bild von den Faserenden auf und stellt die entsprechenden Videosignale
durch eine Videoschnittstelle 23 einem Bildverarbeitungs-
und Bildanalysemodul 25 bereit. Das Ergebnis der Bildverarbeitung
und der Bildanalyse in diesem Modul 25 wird dem Prozessorlogikmodul 11 zugeführt, und
das Ergebnis kann auf einem Monitor 27 angezeigt werden.
Auch können
die direkt erhaltenen Bilder der Endbereiche der Fasern, wie durch
die Videokamera 21 aufgenommen, auf dem Monitor 27 angezeigt
werden.
-
Das
von der Verbindungsvorrichtung der 3 auszuführende Verfahren,
wenn zwei Fasern mit POL Profilen mit niedrigen Variationen unter
Verwendung einer indirekten Korrelationstechnik im Ausrichtungsschritt
ausgerichtet und verbunden werden, wird auch durch das Flussdiagramm
der 2 veranschaulicht. Dieser Vorgang wird nun mit
Verweis auf die 2 und 3 beschrieben.
-
Folglich
werden in einem ersten Schritt 201 die zwei Faserenden
um eine volle Umdrehung oder 360° gedreht.
Dies schließt
mit ein, dass ein Ende einer jeweiligen Faser auf einer mit Drehgeräten versehenen
Faserverbindungsvorrichtung montiert wird. Während der Drehung werden bei
gleichbeabstandeten winkelwerten, wie etwa jeweils 10°, die Lichtintensitätskurven
für senkrecht
zu den Fasern hindurch laufende Linien bestimmt und daraus werden
die Differenzen berechnet, um das POL Profil oder die Funktion zu
bestimmen. Dieses Profil kann eine sehr kleine Variation aufweisen
und in einem Block 203 wird dies zum Auffinden der Position
der optischen Asymmetrien der Fasern analysiert, um die Position
der optischen Asymmetrien der Fasern in einer Weise, wie das in
den oben zitierten Patentanmeldungen beschrieben ist, aufzufinden.
In einem Block 205 wird das Profil weiter analysiert zum
Auffinden derjenigen Winkelbereiche oder Intervalle, wo sie die schnellste
Variation aufweist, wo selbstverständlich diese kleinen schnellen
Variationen aufgrund des Rauschens weggefiltert worden sind. Dies
kann mit dem in der oben zitierten Europäischen Patentanmeldung beschriebenen
Kurvenanpassungsverfahren leicht ausgeführt werden. Dann wird ein Intervall
ausgewählt,
das umfasst oder übereinstimmt
mit zumindest dem Hauptanteil eines Tales oder einer Schlucht des
Profils und vorzugsweise im Wesentlichen symmetrisch in Bezug dazu
angeordnet ist. Auch könnte
es möglich
sein, nur eine "Bergseite" eines solchen, ein
monotones funktionales Verhalten aufweisenden Tals zu benutzen,
jedoch wird die Benutzung des gesamten Tals im Allgemeinen eine
bessere Genauigkeit liefern.
-
Dann
werden in einem Block 207 die zwei Faserenden über diese
neuen Intervalle gedreht, welche Intervalle die POL Profile liefern,
die bei Winkelwerten, die dichter beabstandet sind als bei der ersten
Bestimmung, bestimmt werden. Dann werden in einem Block 209 nur
diejenigen neuen Profile analysiert, um die Position der axialen
Asymmetrien aufzufinden, beispielsweise durch das in der oben zitierten
Europäischen
Patentanmeldung beschriebene Verfahren. In ei nem Block 211 wird
mindestens eines der Faserenden gedreht, um dessen optische Asymmetrie
mit der optischen Asymmetrie der anderen Faser auszurichten. Schließlich wird
in einem Block 213 der Spleiß in einer herkömmlichen
Weise, wie etwa durch Lichtbogenschweißen, hergestellt.