DE4009160C2

DE4009160C2 - Optisches Meßgerät für eine Mehrmodenfaser

Info

Publication number: DE4009160C2
Application number: DE19904009160
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Schmid; Thomas Dr Ing Muehl
Original assignee: Wandel and Golterman GmbH and Co
Current assignee: Wandel and Golterman GmbH and Co
Priority date: 1990-03-22
Filing date: 1990-03-22
Publication date: 1993-11-18
Anticipated expiration: 2010-03-23
Also published as: DE4009160A1

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.

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.

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.

Selbst im Bereich der wohl künftig überwiegend verwendeten Einmodenfasern gibt es unterschiedliche Faser-Standards mit beispielsweise Felddurchmessern von 9 µm und 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.

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.

Aus der GB 20 82 342 A ist ein Verbindungselement für Lichtleitfasern mit Strahlaufweitern bekannt.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Die einzige Figur eine Meßanordnung mit einem Meßsender und einem Meßempfänger.

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.

Der externe Lichtwellenleiter 3 gehört zu einem nicht näher dargestellten optischen Nachrichtenübertragungssystem 9, welches Verstärker und weitere hier nicht dargestellte Einrichtungen umfassen kann.

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.

Kopplung zu einer Mehrmodenfaser

Als Beispiel wird die Kopplung mit einer gebräuchlichen Telecomfaser untersucht, die eine numerische Apertur von 0,2 und ein Gradientenindexprofil (50/125 µm) aufweist.

Der Koppelwirkungsgrad ergibt sich näherungsweise bei einer derartigen Mehrmodenfaser bei angepaßten Kernradien a:

mit:

n_x = Koppelwirkungsgrad.

Daraus erhält man für die relative Dämpfungsänderung

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:

mit:

NA₁ = numerische Apertur der internen Faser.

Die geräteinterne Faser ist als Stufenindexfaser ausgebildet. Somit erhält man für den Koppelwirkungsgrad:

Für die relative Dämpfungsänderung ergibt sich:

Bei einem Radialversatz von 10% des Kernradius, entsprechend 2,5 µm bei einer 50-µm-Faser, ändern sich die Dämpfungen wie folgt:

0,29 dB im angepaßten Fall (Stand der Technik),
0,02 dB im Fall der bewußten Fehlanpassung gemäß vorliegender Erfindung.

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.

Claims

1. Optisches Meßgerät für eine Mehrmodenfaser mit vorgegebenem Kernradius r₂, dessen Meßausgang und Meßeingang jeweils intern über einen internen Lichtwellenleiter mit einem Meßsender bzw. Meßempfänger verbunden sind, an dessen Meßausgang und Meßeingang die Mehrmodenfaser angeschlossen ist und bei dem der Kerndurchmesser am Meßausgang und Meßeingang in der optischen Übertragungsrichtung von einem kleineren zu einem größeren Wert übergehen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden internen Lichtwellenleiter (6, 7) Stufenindexfasern sind und daß am Meßausgang (4) und am Meßeingang (5) in der optischen Übertragungsrichtung der Kerndurchmesser um 20% bis 50%, vorzugsweise um 30%, abnimmt.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der interne Lichtwellenleiter (6, 7) nach dem an sich bekannten Außenbeschichtungsverfahren hergestellt ist und somit keinen zentralen Brechzahleinbruch aufweist.

3. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Strahlaufweitung des übertragenen Lichts ein Abstand zwischen den Faserenden von internem und externem Lichtwellenleiter (6, 7; 3) vorgesehen ist.

4. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Übergang zwischen internem und externem Lichtwellenleiter (6, 7; 3) ein abbildendes optisches Element zur Strahlaufweitung angeordnet ist.