JP2661001B2 - 屈折率分布の測定方法及び測定装置 - Google Patents

屈折率分布の測定方法及び測定装置

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JP2661001B2
JP2661001B2 JP1097055A JP9705589A JP2661001B2 JP 2661001 B2 JP2661001 B2 JP 2661001B2 JP 1097055 A JP1097055 A JP 1097055A JP 9705589 A JP9705589 A JP 9705589A JP 2661001 B2 JP2661001 B2 JP 2661001B2
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忠克 島田
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RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/412Index profiling of optical fibres

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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、例えば光ファイバ用プリフォームやロッド
レンズに使用される円柱ガラスの屈折率分布の測定方法
及び装置に関するものである。
【従来の技術】
光ファイバ用プリフォーム(母材)やロッドレンズに
使用される円柱ガラスは、半径方向の屈折率がほぼ2乗
分布、軸方向の屈折率は均一になっている。これを線引
きして光ファイバが形成される。線引き前のプリフォー
ムの屈折率分布を正確に測定することが良好な製品を得
るために必要である。 この屈折率分布の測定法には従来からの種々の方法が
ある。例えば特開昭63−95336号公報あるいは特開昭63
−95337号公報には光ファイバ用のプリフォームの中心
軸と垂直方向から光線を入射し、その出射光の出射角を
求めてプリフォームの屈折率分布を測定する方法が開示
されている。特開昭63−95336号公報に開示された屈折
率分布の測定法は、第8図に示すようにプリフォームか
ら出射されTVカメラの観察面43に投影された出射光の0
次の回折光スポット30、1次の回折光スポット31、2次
の回折光スポット32・・・の中から0次の回折光スポッ
ト30を2次元的に解析して取り出し、この0次の回折光
スポット30のx座標xfと出射光学系の焦点距離fとから
出射角φを φ=tan-1(xf/f) で求めている。そしてこの出射角φからプリフォーム1
の屈折率分布n(r)を次式 で算出している。 特開昭63−95337号公報に開示された屈折率分布の測
定方法は、出射光学系にスリットを設けて出射光の0次
の回折光スポット30だけを取り出すことにより、高次の
回折光スポットの影響を受けずに屈折率分布を測定して
いる。
【発明が解決しようとする課題】
第9図に示すように、光ファイバ用のプリフォーム1
の中心軸2に垂直な平面Pを通り、中心軸2の垂直方向
から入射した入射光線41はプリフォーム1で屈折し、プ
リフォーム1からの出射光線42は平面Pと垂直な投影面
Qに至る。この入射光線41と出射光線42の点a、b、c
はプリフォーム1の軸方向の屈折率に変化がない場合は
平面P上に存在する。なお、dは入射光線41の延長線と
投影面Qの交点を示す。 プリフォーム1を例えばVAD法で軸方向にガラスを成
長させていくときに、そのガラス内に脈理が生じ、軸方
向の屈折率分布に変動を生じることがある。脈理がある
プリフォームに入射光線41を入射させると、出射光線42
は散乱し、第8図に示すように投影面Q上の点Cを通る
傾きのある直線43上に分散する。そして場合によっては
最大強度となる0次の回析光スポットの位置が第8図の
点eで示す位置へ移動し、点Cにおける光の強度がほと
んどなくなることもある。 このため、従来例のように0次の回析光スポットの位
置を測定して出射角φを求める方法であると、第10図に
示すようにプリフォーム1の脈理が強い領域51、52で出
射角φが正確に測定されず誤差が生じてしまう。この誤
差がある出射角φにより屈折率分布を求めると、求めた
屈折率分布は第11図に示すように脈理の大きい部分で大
きく変動し、正確な屈折率分布を得ることが困難である
という問題があった。 本発明はかかる問題を解決するためになされたもので
あり、脈理があるプリフォームであっても正確に屈折率
分布を得ることができる測定方法と測定装置を得ること
を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明を適用する屈折率分
布の測定方法は、軸方向には均一な屈折率、径方向には
屈折率分布が変化する円柱ガラスの中心軸と垂直方向か
ら光線を入射し、その出射光の出射角を測定して屈折率
分布を算出する屈折率分布の測定方法において、該円柱
ガラスの脈理部からの出射光より投影される0次からn
次の回折光スポット群のつながりを直線近似し、この直
線と、円柱ガラスの中心軸に垂直で入射光が通る平面と
の交点の位置から出射角を測定することを特徴としてい
る。 同じく本発明を適用する屈折率分布の測定装置は、第
1図、第2図、第3図に示すように、円柱ガラス1に、
その中心軸2と垂直な方向から光線を入射する入射光学
系6・7、入射光学系6・7から入射して円柱ガラス1
の脈理部を通った出射光の0次からn次の回折スポット
群を検出する撮像手段10、撮像手段10で検出された回折
光スポット群のつながりを直線近似する演算手段13、演
算手段13により得られた直線と、円柱ガラスの中心軸に
垂直で入射光が通る平面との交点の位置を求める位置算
出手段14、および位置算出手段14で算出した交点の位置
から出射角を演算する出射角演算手段15を有している。
【作用】
上記本発明の装置を用いた本発明の測定方法では、円
柱ガラスの中心軸と垂直方向から入射した光の出射光の
回折光スポットのすべての位置データを演算手段で2値
化して直線近似し、この近似直線と入射光が通る平面と
の交点の位置により出射角を求めるから、出射角を求め
るためのデータが多くなり出射角の測定精度を向上する
と共に出射光の像が入射光が通る平面上にはなくても出
射角を求めることができる。
【実施例】
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 第1図、第2図は本発明の一実施例の概略構成を示
し、第1図は光ファイバ用のプリフォーム1の中心軸2
と同方向であるy軸方向から視た平面図、第2図は中心
軸2と垂直なx軸方向から視た側面図である。図におい
て、3はプリフォーム1を装着したセルであり、セル3
内にはプリフォーム1の表面における急激な屈折率変化
を除くためにマッチングオイル4が満たされている。5
はセル3が設置された移動テーブルであり、移動テーブ
ル5によりプリフォーム1がx軸とy軸方向に移動され
る。 6は例えばHe−Neレーザ発振器からなる光源、7は入
射光学系を構成するレンズであり、レンズ7は光源6か
らの入射光をプリフォーム1の中心で最小になるように
収斂している。8はプリフォーム1から出射した出射光
9の投影像を形成するスクリーン、10はスクリーン8に
投影された投影像を観察するTVカメラ、11はTVカメラ10
で得た投影像の位置から出射角をもとめて屈折率分布を
演算する制御部である。 第3図は制御部11の構成を示すブロック図である。図
において、12はTVカメラ10で観察したスクリーン8上の
投影像のデータを蓄えるフレームメモリ、13はフレーム
メモリ12に蓄えられたデータを2値化し直線近似を行な
う演算手段、14は演算手段13で得た直線とプリフォーム
1の中心軸2に垂直で入射光が通る平面すなわち第9図
における平面Pとの交点cを求める位置算出手段、15は
位置算出手段14で求めた交点の座標から出射角φを演算
する出射角演算手段である。16は出射角演算手段で演算
した出射角φによりプリフォーム1の屈折率分布を演算
する屈折率分布演算手段、17は表示部および記録部から
なる出力手段である。 プリフォーム1の屈折率分布を測定するときは、まず
光源6から送られプリフォーム1を通って投影された出
射光9のスクリーン8上における0次からn次の回折光
スポット群の各投影像30〜32(第4図参照)をTVカメラ
10で観察し、その出力信号をフレームメモリ12に取り込
む。次に、フレームメモリ12に蓄えられた各投影像のデ
ータを演算手段13で2値化して最小2乗法により直線近
似を行ない、第4図に示す近似直線20を求める。その
後、位置算出手段14で近似直線20とプリフォーム1の中
心軸2と垂直で入射光が通る平面、すなわち第4図に示
すx軸との交点xcを求め、プリフォーム1の中心を通る
出射光の投影像を基準点Oとした交点xcの座標値から出
射角演算手段15で出射角φを演算し、演算した出射角φ
をメモリ18で蓄える。 この動作を移動テーブル5を移動させながらプリフォ
ーム1の半径方向の各位置で行ない、各位置における出
射角φを求めてメモリ18に記憶させる。このメモリ18に
記憶させた各出射角φを屈折率分布演算手段16に送って
屈折率分布n(r)を演算して出力手段17に送る。 上記のようにして、例えば第5図に示すようなコアの
最大屈折率n1でクラッドの屈折率n2のプリフォーム1
の、入射位置rと出射角φの関係を測定した結果を第6
図に示す。同図に示すようにプリフォーム1内に脈理が
強い領域51、52があっても出射角φの変化に大きな変動
は見られなかった。出射角φにより屈折率分布n(r)
を求めると第7図に示す特性を得ることができた。この
測定を30回繰り返して次式で示す比屈折率差Δ Δ=(n1−n2)x100/n1 を求め、この比屈折率差Δの標準偏差σを算出して比屈
折率差Δで正規化した結果、 (σ/Δ)=0.001 を得ることができた。また脈理により出射光9の投影像
が平面P上に形成されない場合であっても上記精度と同
程度の測定精度で屈折率分布を測定することができた。 なお上記実施例においてはスクリーン8とTVカメラ10
で出射光の投影像を観察する場合について説明したが、
撮像素子により投影像を観察しても上記実施例と同様な
作用を奏することができる。
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、円柱ガラスの中
心軸と垂直方向に入射した光の出射光の散乱された投影
像のすべての位置データを直線近似し、この近似直線と
同軸円柱ガラスの中心軸と垂直で入射光が通る平面との
交点の位置により出射角を求めるから、出射角を求める
ためのデータ数が多くなり出射角の検出精度を高めるこ
とができ、屈折率分布の測定精度を向上させることがで
きる。 また投影を直線近似して得た近似直線を用い出射角を
求めるから、出射光が散乱され、その像が入射光が通る
平面上にない場合であっても精度良く出射角を求めるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用する装置の実施例の概略平面図、
第2図はその側面図、第3図は上記実施例の制御部を示
すブロック図、第4図は上記実施例の動作を示す説明
図、第5図はプリフォームの屈折率分布を示す特性図、
第6図は上記実施例により測定した出射角特性図、第7
図はその出射角特性から得た屈折率分布特性図、第8図
は従来例の動作を示す説明図、第9図は屈折率分布測定
の原理を示す説明図、第10図は従来例による出射角特性
図、第11図は従来例により得た屈折率分布特性図であ
る。 1……プリフォーム、3……セル、6……光源、7……
レンズ 8……スクリーン、9……出射光、10……TVカメラ 12……フレームメモリ、13……演算手段、14……位置算
出手段 15……出射角演算手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 一郎 埼玉県和光市広沢2番1号 理化学研究 所内 (72)発明者 島田 忠克 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越 化学工業株式会社精密機能材料研究所内 (72)発明者 神屋 和雄 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越 化学工業株式会社精密機能材料研究所内 (72)発明者 鈴木 敏之 東京都千代田区丸の内1丁目4番2号 信越エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−95336(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】軸方向には均一な屈折率、径方向には屈折
    率分布が変化する円柱ガラスの中心軸と垂直方向から光
    線を入射し、その出射光の出射角を測定して屈折率分布
    を算出する屈折率分布の測定方法において、該円柱ガラ
    スの脈理部からの出射光より投影される0次からn次の
    回折光スポット群のつながりを直線近似し、この直線
    と、円柱ガラスの中心軸に垂直で入射光が通る平面との
    交点の位置から出射角を測定することを特徴とする屈折
    率分布の測定方法。
  2. 【請求項2】円柱ガラスに、その中心軸と垂直方向から
    光線を入射する入射光学系、 該入射光学系から入射して円柱ガラスの脈理部を通った
    出射光の0次からn次の回折スポット群を検出する撮像
    手段、 該撮像手段で検出された回折光スポット群のつながりを
    直線近似する演算手段、 該演算手段により得られた直線と、円柱ガラスの中心軸
    に垂直で入射光が通る平面との交点の位置を求める位置
    算出手段、および 該位置算出手段で算出した交点の位置から出射角を演算
    する出射角演算手段を有することを特徴とする屈折率分
    布の測定装置。
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US07/509,909 US5078488A (en) 1989-04-17 1990-04-16 Method and apparatus for determining refractive index distribution
EP90107269A EP0393591B1 (en) 1989-04-17 1990-04-17 Method and apparatus for determining refractive index distribution
DE69013963T DE69013963T2 (de) 1989-04-17 1990-04-17 Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Brechzahlprofils.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110068278A (zh) * 2019-04-22 2019-07-30 南京理工大学 基于fpga的非接触式光纤预制棒尺寸实时测量***及方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110068278A (zh) * 2019-04-22 2019-07-30 南京理工大学 基于fpga的非接触式光纤预制棒尺寸实时测量***及方法

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