Способ контроля геометрических размеров оптических волокон

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений. Способ заключается в измерении интенсивности прошедшего световод излучения в двух точках , расположенных на различном расстоянии от оси волокна, и определении параметров волокна по измеренной интенсивности . 2 ил. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11)

is1)s 6 01 B 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ЙОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (., ° . 1 .: .",:::-:-..::::;;::.::::, .-:.,:, .- "::,;::, 2 (21) 4619471/28: . . ": .:.- .. (57) Изобретение относится к измеритель(22) 14.12.88 .: ., : .:::: —. :: ::, . : ной технике. Цель изобретения — повыше(46) 07.08.92.E;ioii.N.29:: ".; ;-.. -; ..:,::,:." ние точности -измерений. Способ (71) Государствен(н(ый оптичеСкий инСтитут . з(аклюдчгаентСя в измерении интенсивности (72) B.H.Mîðîçîâ и Б;И.Молочников :: -.:. Ках, расположенных на различном расстоя-., ..: (56) КаталогфирмыОртес,1986.. : .: . ::. .-- нии от оси вопло(кна, и определении (54) CflOC05 KOHTPO/l$I ГЕОМВ РИ(ЧЕ- . параметров волокн

СКИХ РАЗМЕРОВ ОПТИЧЕСКИХ B0ll0- " сивностй. 2 ил. 1 табл, КОН а ° ( (Изобретение относится к измкери(телль- . ца на экране монитора и измерении диамет- ) ной технике и йредйазначенсо для измерет-" ра изображенйя. Зная передаточ(ную функния геометрических параметров —." цию оптоэлектронной, системы, - диамтетров и эллиптичности:сердцевины и вычисляется диаметр волокна, Названный обойочки волоков. Оно может быть исполь- . способ не требует измерения чи(елейных зовано в приборостроительной и электрон- ".- значений интенсивности измерения. вымо-

- й(ой промышлейностти йрй производстве .: дящего йз торца волокна гдля опгтреденления средств оптической связи.: " ., ":.:.. -: : —::: диаметра волокна данным способом требуИзвестны, способы onðåäåëåíèÿ(гео - ется определение коордсийсаты границы изометрических параметров волокон методами -: " - бражения на экране. -:":. ... - : . " 1 "4 измерительной микроскопии, когда вйзут- .. К йедостаткам известного способа отно- Ц1 альным или полуавтоматическим пустем из- . сится потеря точности измерений при конт- (д) меряются коордлитнаты(границ перехода роле градиентных оптических волокон;. . I иммерсионнвя мидкссть -- оболонка и обо- когда диаметр световаго пятна,в плоскости О лочка-сердцевина для различнйх положе= ": предмета не совпадает с диаметром волок- О,, ний волокна. Определение геометрических: : на. Цель изобретения — повышение точнопараметров таким путем требует большого" — сти измерений.. числа измерений, обработка данных являет- " - Укаэанная цель дотстигал(ет(ся тем; что со-

- . ся трудоемкой процедурой; :::-.:::.::::- " -::. - гласйо способу контроля геометрических

Наиболее близким потехническойсущ- размеров оптических волокон, эаключаюности к "изобре(телнлипюг я(внляется метод опре-:.- щемуся в формировании йзобрагжения торделения геометрических размеров волокон ца волокна в плоскости регистрирующей по рефракции света в ближнем поле. B наи - системы, значения ийтенсивности прошедболее современной модификации он заклю-" шего светового потока измеряются в двух чается в формировании изображения произвольно выбранных точках иэображеосвещенного проходящим светом торца во- ния торца волокйа, а диаметр оптического локна, воспроизведении иэображения тор-- волокна вычисляют по формуле:

1753266 а =2(l C i2a-rr )/(C-1))a е, где С(1 (г1)/12 (г2)

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, с помощью которой можно осуществить способ: на фиг.2 — функция 5

l(r), Реализация предложенного способа может проводиться с помощью самых.различных устройств. В йростейшем варианте

s плоскости изобрйкения можно устано- 10 вить два неподвижных фото фиемника на разных (произвольных) расстоявиях оТ центра изображения, Возможно йсйользование одного фотоприемного устройства, допускающего сканирование в плоскости 15 изображения. В качестве фотоприемного устройства может быть использована ПЗСлинейка или ПЗС-матрица.

Для выбранных оператором на изображении торца световода точек r> и г2 опреде- 20 ляются значения интенсивности l (r } и i2(r2), а затем по формуле: а=2(Сг2 -r j )/(С-1)), где С=1 (rs)/l2 (r2), 25 определяется диаметр волокна"а.

Физическая сущность предлагэемого способа заключается в следующем. Согласно теоретическим и экспериментальным исследованиям поток энергии Р(излучения 30

)-моды, выходящего из оптического волокна, имеет следующий вид: .

Pl= ) 0,0 lail fi xhlz ds, 6 35 где а(—; j — моды; fi u hl — электрический и магнитный векторы; z — координата, параллельная оси волновода; s— сечение.

Для многомодового режима распрост- 40 ранения распределение интенсивности излучения по торцу волокна l /г можйо предста выл ь:

I(r)я 1(0) 1 — (2г/аЯ), (1) 45 п2 (0) — nc

"где nc — rtoêàçàråëü преломления оболочки;. а n(0) — показатель и-реломления в центре световода. Обозначив Л=- n(0) -nc для отношения интенсивности при двух значениях 50 .радиуса rq u г2 получим::

2в2 а2 + 4г1 . g2 — 4Я .(2)

1 Г2 (2а2 )(а2 +4г2))2) . (32 4

Для реальной ситуации Ь 0,001-0,02, поэтому преобраз я формулу /2/, получим: . 55

a:е"„ 2, (2)

Cr2 — R

-1

rge C=IP(ri)/12 (г2).

Погрешность формулы /3/, возникающая из-за пренебрежения членами порядка

Ь, значительно меньше экспериментальных погрешностей фотометрирования, может в дальнейшем не учитываться.

Таким образом удается получить выражение, непосредственно представляющее радиус волокна через значения интенсивности прошедшего светового потока по крайней мере для двух произвольно выбранных оператором расстояний от центра изображения волокна в плоскости фотометрирования, Полученные результаты позволяют принципйально улучшить используемую в настоящее время методику измерения размеров волокон. Существовавший в известном способе произвол в выборе оператором уровня интенсивности для дальнейшего определения радиуса волокна приводил к тому, что на практике измерялся не радиус волокна, а радиус светового пятна для некоторого уровня интенсивности прошедшего излучения. Отличие диаметра светового пятна от действительных размеров световода быстро увеличивается с уменьшением диаметра световодной. жилы и для одномодовых световодов может составить до сотни процентов, Предложенный способ позволяет таким образом существенно увеличить точность измерения геометрических размеров световодов, что было практически недостижимо известным способом. Кроме того, для многомодовых световодов удается увеличить точность измерений в ситуациях (короткие световоды, нестационарный модовый режим и т.д.), когда значительную долю энергии несут вытекающие моды.

Практическое использование.

Для оценки работоспособности предложенного способа была проведена серия измерений геометрических параметров многомодового оптического волокна известным способом /3/ и предложенным. Измерения проводились на приборе MSQL фирмы. Optex, 1986.

При каждом измерении установка оптического волокна в приборе, фокусировка оптической системы, выбор уровней интенсивности на изображейии торца и расчет геометрических параметров волокна проводились заново. В таблице приведены результаты измерений известным и предложенным способами. Из приведенных данных видно, что предложенный способ

-позволяет уменьшить погрешность определения волокна с 2,91 до 0,82 мкм и погреш° ность определения диаметра сердцевины с

0,59 до 0,14 мкм.

1753266

Известный способ (3)

»»» Мй »»»»»»»»»»»»««»»»

Предложенный сгюсоб

° »й»

Г изме- D рени я

Ф

»

122,42 46,91 120,91 46,62

119,81 46,45 " 121,4 46,83

123,22 47,39 119,82 47,01

123,48 45,36 . 119,91 46,91

115,71 46,28 120,4 46,74

) »»»«ЙГ»» Ы» М

2,91 0,82 0„9 " 0,14

Э и d — средние диаметры оболочки и сердцевины соответ- ственно;

G. - .средняя квадратичная погреыность

««» ««

2 . 3

Формула изобретения

Способ контроля геометрических размеров оптических волокон, заключающийся в формировании изображения торца волокна в плоскости регистрирующей системы, 5 отличающийся тем, что. с целью повышения точности определения диамет-

6 ра волокна, измеряются значения интенсивности прошедшего светового потока в двух произвольно выбранных точках изображения торца волокна, а диаметр оптического волокна вычислявт по формуле

3=2 СГ2 -Г /(C-1) где С=11 (r<)/1г (гг) .

1753266

Составйтель М.Кузнецов

Редактор С;Кулакова Техред M.Ìîðãåíòàë ... Корректор Т;Палий

Заказ 3276 . - Тираж".: .. : Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретейиям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательСкий комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101