Способ измерения профиля показателя преломления сердцевины волоконных световодов

 

Изобретение относится к способам технологического и эксплуатационного контроля волоконных световодов. Цельповышение точности и упрощение i-тзмерений. Регистрируют распределение интенсивности в световых сечениях прошедшего через испытуемьп 1 световод перпендикулярно его образующей пучка света для .светового сечения, прохо- . дящего через це нтр световода и на расстоянии L от него. Второе распределение интенсивности нормируют на первое, причем координаты нормируемых Фочек выбираются определенным обрат зом. Оба распределения интенсивности регистрируются в различных строках световых сечений с последующим усреднением . 9 ил. SS W

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧ ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 7 А1 д11 4 О1 1 1 21/41

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4169405/24-25 (22) 29. 12. 86 (46) 15. 10. 88. Бюл. Р 38 (72) Б.И.Молочников, В,Н.Морозов, И.С.Васильева, Г.В,.Морозова и 3.В.Горлова (53) 535.024(088.8) (56) Маркузе Д., Пресби Х.М, Измерение профиля показателя преломления и оценка характеристик волоконных световодов. — ТИИЭР, 1980, т . 68, У 6, с. 46-50.

Presby Н.М., Marcuse D. Preform

index profiling (PIP). — Appl. Ор .1

1979, 18, И 5, р. 671-677. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СЕРДЦЕВИНЫ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ (57) Изобретение относится к способам технологического и эксплуатационного контроля волоконных световодов. Цельповышение точности и упрощение измерений. Регистрируют распределение интенсивности в световых сечениях прошедшего через испытуемьп световод перпендикулярно его образующей пучка света для светового сечения, прохо- . дящего через центр световода и на расстоянии L от него. Второе распределение интенсивности нормируют на первое, причем координаты нормируемых точек выбираются определенным обра зом. Оба распределения интенсивности регистрируются в различных строках световых сечений с последующим усреднением. 9 ил.

1430837

Изобретение относится к технической физике и предназначено для измерения профиля показателя преломления в волоконных световодах как на раз5 личных стадиях их производства (контроль заготовок — преформ и собственно световодов), так и при эксплуата/ ции световодов в системах оптической связи. 10

Целью изобретения является повышение точности и упрощение измерений.

На фиг.1 показана принципиальная схема устройства, разрушающего способ, на фиг.2 — ход лучей через све- 15 товод, на фиг.3 и 4 — изображения участка световода на экране телемонитора при различных фокусировках объектива; на фиг.5-8 графики распределения интенсивности в различных све- 20 товых сечениях нормированной интенсивности; на фиг.9 — профиль показателя преломления.

Устройство содержит осветитель 1, коллиматор, включающий объектив 2 и 25 .расположенную в его фокальной плоскости щель 3, измерительную кювету, состоящую из защитных пластин 4, 5 и расположенной между ними иммерсионной-жидкости б, показатель преломлепия которой и„„ близок к показателю преломления п оболочки световода 7 с помощью объектива 8 распределение интенсивности света в соответствующем световом сечении отображается на приемном телевизионном устройстве 9 (видиконе или ПЗС-матрице). Зарегистрированное телевизионной камерой 10 изображение обрабатывается измерительно-вычислительным комплексом 11, 40 включающим в себя аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12, микро-ЭВИ

13, цифровой и графический дисплеи

14 и 15. Графическая информация (промежуточная и окончательная) выводится 45 на самописец 16. Зарегистрированное изображение дублируется на телемони- . торе 17.

Устройство работает следующим образом.

Сначала объектив S фокусируют на центр световода, и зарегистрированное распределение ичтенсивности в этом световом сечении вводят в память ЭВИ.

Затем телевизионную камеру перефокусируют, перемещая ее на расстояние L от центра световода. Распределение интенсивности в данном световом сечении также вводится в память ЗВИ.

На этом измерения заканчиваются, и по полученным результатам ЭВИ рассчитывает профиль показателя преломления в световоде.

На фиг.2 проиллюстрирован более подробно ход лучей через световод (или заготовку). В падающем на световод коллимированном пучке лучей (световое сечение <<<) распределение интенсивности в зависимости от координаты (высоты падения луча) t естьI(t). В световом сечении << пучка, проходящем через центр световода, распределение интенсивности I(y ), а в световом сечении М> на расстоянии от центра световода — I(y) °

Лучи 18-20, проходящие через оболочку световода, благодаря близости показателей преломления иммерсии и„,„ и оболочки п практически не отклоня2 ются, поэтому координаты точек пересечения этих лучей с плоскостями

W,(а,Ъ,с), W<(a,b „с ) и W (а,Ъ,с") равны друг другу.

Лучи 20-22, падающие на сердцевину световода, фокусируются ею, концентрируя световую энергию. При этом лучи внутри сердцевины имеют либо прямолинейную траекторию (в отсутствие градиента показателя преломпения), либо криволинейную траекторию (при наличии градиента показателя преломления в сердцевине) ° Координаты

1 точек пересечения лучей, проходящих сердцевину (например, луча 21), с плОскОстями У<, W и W т.е ° тОчек

d, d, и d, не равны.

Для оценки фокусирующих свойств сердцевины продолжают входящий в сердцевину и выходящий из нее лучи (пунктир). Точка их пересечения есть

d<..Как для ступенчатого, так и для градиентного световодов с достаточI ной степенью точности точка.d лежит в плоскости, проходящей через центр световода, т.е ° в Ъ, причем разность

< <

dz — d, есть малая величина по срав< нению с а, т.е. Й " d< (с а. Таким

I образом, координаты лучей d, в световом сечении W практически совпадают с координатами 1 соответствующих лучей в световом сечении W Следовательно, практически совпадают и распределения интенсивности в этих сечениях, т.е. Х (t) = Х(у,). .Поэтому нормировка распределения интенсивности I(y) в анализируемом световом сечении на расстоянии L от центра свето3

14308 вода по распределению интенсивности

I(y ) при L = О (световое сечение, проходящее через центр световода) взамен:I (t) практически не вносит

5 погрешности. При этом координаты ф и у нормируемых лучей выбирают из соотношения

t у + су. а — у (1)

4L ni где с = — — Д вЂ” постоянная светоd nc вода, b, = n. — n - разность показателей преломления оболочки и центра 15 сердцевины световода.

Регистрация непосредственной величины I (С) технически черезвычайно трудоемка, так как требует выведения 20 преформы из иммерсионной кюветы, что без нарушения однородности жидкости в кювете сделать практически невозможно

Следует также отметить, что рас-у 25 пределение интенсивности в световом сечении, проходящем через центр световода, Т(у ) учитывает не только неравномерность интенсивности в падаа ющем свете, но и френелевские потери 30 на отражение света, а также загрязнения на окнах кюветы и неоднородности в иммерсионной жидкости, На фиг.3 и 4 показаны изображения на экране телемонитора световых сече35 ний при L = О и L P. О. Область ВС соответствует сердцевине световода, а области АВ и CD — оболочке. Распределение интенсивности I(y, ) и I(y) регистрируется по амплитуде видеосигна- 40

1 ла вдоль анализируемой строки. Чередование темных и светлых полос на световом сечении при L 4 О объясняется слоевым методом создания градиента в световоде по технологии модифицированного химического осаждения из газовой фазы. На световом сечении при L = О эти полосы отсутствуют, что дополнительно подтверждает идентичность. I(y ) и I (t)

Графики амплитуды видеосигналов для световых сечений при L = О и

L j О, характеризующих распределение интенсивности I(y ) и E(y), показаны на фиг.5 и 7. На фиг.б для, сравнения дан график I0(t), полученный при выведенной из хода лучей кювете со световодом и характеризующий распределение интенсивности в падающем свете.

37

Величина амплитуды преобразуется АЦП в цифровой кЬд, обеспечивая дискрет8 ность 8 бит, или 256 (2 ) уровней интенсивности.

На фиг.8 приведен также гра, ик нормированной интенсивности Р„ (у), полученной с помощью распределения интенсивности I(y,) в световом сечении, проходящем через центр преформы.

Из приведенных графиков видно, что интенсивность в пядающем свете не является постоянной, а существенно зависит от координагы луча t причем интенсивность I, в центре светового сечения, направляемая на сердцевину, превышает интенсивность на краях (в области оболочки). Распределение интенсивности света I(y ) в сечении, проходящем через центр световода (L = О), практически совпадает с распределением I „(С) и поэтому может эффективно заменить это распределение, обеспечивая корректную нормирсвку.

Для более значительного повышения точности за счет исключения влияния. загрязнейий на окнах кюветы и неоднородностей в иммерсии производят запись амплитуды видеосигнала для ряда различных строк телевизионного растра с последующим усреднением результатов. Поскольку указанные искажения различны д -я различных строк, то жс влияние тем меньше, чем больше строк разложения анализирует< я. Увеличение числа анализируемых строк не приводит к возрастанию времени измерения, так как все строки регистрируются .одновременно в одном телевизионном кадре.

Пример. Способ бьш использован при контроле профиля показателя преломления в заготовках (преформах) градиентных световодов. Установка соответствовала принципиальной схеме, показанной на фиг.1а Специальных мер по выравниванию ичтенсивности осветителя не предпринимали. В качестве телевизионного измерительно-вычислительного комплекса использовали интерактивную систему анализа изображения IBAS фирмы Оптон (ФРГ) . Полученные распределения интенсивности в световых сечениях при L = О и Ь а показаны на фиг.5-8. Нормировку распределения интенсивности 1(у) производили согласно предлагаемому способу с помощью распределения интенсивности I(y ) с учетом преобразования коОдновременно на тех же заготовках производили измерение профиля показателя преломления разрушающим методом интерферометрии среза. Расхождение полученных данных по показателю преломления не превышало (1-2) 10 что находится в пределах погрешности интерферометрической установки.

Ф о р м у л а и з о 6 р .е .т е н и я

Способ измерения профиля показателя преломления сердцевины волоконных световодов, включающий зондирование волоконного световода, погруженного

B иммерсионную жидкость, коллимированным пучком света и регистрацию распределения интенсивности прошедшего перпендикулярно образующей световода пучка света в световом сече25

1 д Z 4

5 14308 ординат согласно выражению (1). Анализировали распределения I(y) и

I(y ) по 100 различным строкам телевизионного растра с последующим усреднением. По усредненной нормированной интенсивности Р„(у) на микро-ЭВМ, входящей,в систему IBAS, производили расчет профиля показателя преломления.

37 6 нии, расположенном на расстоянии от центра световода, нормирование этого распределения интенсивности и последующий расчет по нормированному распределению интенсивности профиля показателя преломления в световоде, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения измерений, дополнительно регистрируют распределение интенсивности в световом сечении пучка, проходящем через центр световода, а нормирование осуществляют путем деления координат нормируемых точек первого распределения интенсивности на второе, причем о координаты нормируемых точек у в плоскости регистрации на расстоянии L от центра световода и точек t в плоскости регистрации, проходящей через центр световода, выбирают из соотношения

t=y+cya -у, 4L п где с = -- †(n - n ) — постоянная с световода, а — радиус сердцевины световода, n,n — показатели преломления оболочки и центра сердцевины . световода соответственно.

1430837

1430837

Составитель С. Голубев

Техред Л. Сердюкова Корректор С.Черни

Редактор И.Рыбченко

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва„ Ж-35, Раушская наб., д..4/5

Заказ 5340

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4