Способ измерения профиля показателя преломления сердцевины волоконных световодов Советский патент 1988 года по МПК G01N21/41 

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

Целью изобретения является повышение точности и упрощение измерений.

На фиг.1 показана принципиальная схема устройства, разрушающего способ J на фиг о 2 - ход лучей через све- товод на фиг.З и 4 - изображения участка световода на экране телемонитора при разл ганых фокусировках объектива; на фиг.5-8 графики распределения интенсивности в различных световых сечениях нормированной интен- сивности на фиг.9 - профиль показателя преломления.

Устройство содержит осветитель 1, коллиматор, вклгочагаций объектив 2 и .расположенную в его фокальной плоскости щель 3, измерительную кювету, состоящую из защитных пластин 4, 5 и расположенной между ними иммерсионной, жидкости 6, показатель преломпе- ния которой n 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 (ви- диконе гши ПЗС-матрице), Зарегистрированное телевизионной камерой 10 изо6ра;кение обрабатывается измери- телько-вьршслительным комплексом 11, включающим в себя аналого-цифровой преобразователь (А1Щ) 12, микро-ЭВМ 13, цифровой и графический дисплеи 14 и 15. Графическая информация (промежуточная и окончательная) выводится на самописец 16. Зарегистрированное изображение дублируется на телемони- торе 17,

Устройство работает следующим образом,

Сначала объектив 8 фокусируют на центр световода, и зарегистрированно распределение и 1тенсивности в этом световом сечении вводят в память ЭВМ Затем телевизионную камеру перефокусируют, перемещая ее на расстояние L от це11тра световода. Распределение интенсивности в данном световом сечении также вводится в память ЭВМ.

Q

5 0

5 О д

Q

5

5

На этом измерения заканчиваются, и по полученным результатам ЭВМ 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 W,) распределение интенсивности в зависимости от координаты (высоты падения луча) t есть- I(t)..В световом сечении W пучка, проходящем через центр световода, распределение интенсивности l(y), а в световом сечении Wj на расстоянии L от центра световода-- Ку)

Лучи 18-20, проходящие через оболочку световода, благодаря близости показателей преломления иммерсии п и оболочки п практически не отклоняются, поэтому координаты точек пересечения этих лучей с плоскостями W, (а,Ь,с), W2(a ,b ,c ) и W, (,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 преломления) , либо криволинейную траекторию (при наличии градиента показателя преломления в сердцевине). Координаты точек пересечения лучей, проходящих сердцевину (например, луча 21), с плоскостями W, , W и Wj, т.е. точек d, dj и d , не равны.

Для оценки фокусирующих свойств сердцевины продолжают входящий в сердцевину и выходящий из нее лучи (пунктир). Точка их пересечения есть dj..Как для ступенчатого, так и для градиентного световодов с достаточной степенью точности точка.d,лежит в плоскости, проходящей через центр световода, т.е. в Wj , причем разность d - d, есть малая величина по сравнению с а , т.е. d - dj с а. Таким образом, координаты лучей в световом сечении W практически совпадают с координатами t соответствующих лучей в световом сечении W. Следовательно, практически совпадают и распределения интенсивности в этих сечениях, т.е. Io(t) I(y). Поэтому . нормировка распределения интенсивности 1(у) в анализируемом световом сечении на расстоянии L от центра свето-

вода по распределению интенсивности 1(Уо) при L О (световое сечение, проходящее через центр световода) взамен:I(t) практически не вносит погрешности. При этом координаты t и у нормируемых лучей выбирают из соотношения

t «у + су4а

52 (1)

где с

4L пг

d5- и;

1 - постоянная световода;

п - разность показателей преломления оболочки и центра сердцевины световода.

Регистрация непосредственной величины Io(t) технически чрезвычайно трудоемка, так как требует выведения преформы из иммерсионной кюветы, что без нарушения однородности жидкости в кювете сделать практически невозможно .

Следует также отметить, что рас-г пределение интенсивности в световом сечении, проходящем через центр световода, ХСУр) учитывает не только неравномерность интенсивности в падающем свете, но и френелевские потери на отражение света, а также загрязнения на окнах кюветы и неоднородности в иммерсионной жидкости.

На фиг.З и 4 показаны изображения на экране телемонитора световых сечений при L О и L , 0. Область ВС соответствует сердцевине световода, а области АВ и CD - оболочке. Распределение интенсивности iCy) и 1(у) регистрируется по амплитуде видеосигнала вдоль анализируемой строки. Чередование темньк и светлых полос на световом сечении при L 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(yJ) и I(j(t),

Графики амплитуды видеосигналов для световых сечений при L О и L f О, характеризующих распределение интенсивности 1(Ур) и Ку), показаны на фиг.5 и 7. На фиг.6 для. сравнения дан график ), полученный при выведенной из хода лучей кювете со световодом и характеризующий распределение интенсивности в паданяцем свете.

Величина амплитуды преобразуется АЩ в цифровой кбд, обеспечивая дискретность 8 бит, или 256 (2 ) уровней интенсивности.

На фиг.8 пpивeдeF также график нормированной интенсивности „(:/), полученной с помощью распределения интенсивности 1(Уо) в световом сече0 НИИ, проходящем через центр преформы. Из приведенных графиков видно, что интенсивность в падающем свете не является постоянной, а существенно зависит от координаты луча t, причем

5 интенсивность I, в центре светового сечения, направляемая на сердцевину, превышает интенсивность на краях (в области оболочки). Распределение ин- . тенсивности света iCy,) в сечении,

0 проходящем через центр световода

(L 0), практически совпадает с рас-

0

5

пределением lo(t) и поэтому может эффективно заменить это распределение, обеспечивая корректную норю-фсвку.

5 Д-ля более значительного повышения точности за счет исгспючения влияния- загрязнений на окнах кюветы и неодно- родиостей в иммерсии производят запись амплитуды видеосигнала для ряда

0 различных строк телевизионного растра с последующим усреднением результатов. Поскольку указанные искажения различны для различных строк, то их влияние тем меньше, чем больше строк., разложения анализируется. Увеличение числа анализируемых строк не приводит к возрастанию времени измерения, так как все строки регистрируются .одновременно в одном телевизионном кадре.

Пример. Способ был использован при контроле профиля показателя преломпе гия в заготовках Спреформах) градиентных световодов. Установка соответствовала принципиальной схеме, показанной на фиг,1. Специальных мер по выравнивашло интенсивности осветителя не предпринимали. Б качестве телевизионного измерительно-вычисли0 тельного комплекса использовали ин- тер.активную систему анализа изображения IBAS фирмы Оптон иФРГ), Полученные распределения интенсивности в световых сечениях при L О и L J а

g показаны на фиг,5-8. Нормировку распределения интенсивности 1(у) производили согласно предлагаемому способу с помощью распределения интенсивное- ; ти 1(Уо) с учетом преобразования ко5

ГО

Изобретение относится к способам технологического и эксплуатационного контроля волоконных световодов. Цель- повышение точности и упрощение i-тзме- рений. 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

гт

z

п

fpus.1

18

А ВС 2J

(jtjcfe.s

риг2

А ВСИ

(риэЛ

puaS

,,,,,,,,.«

дуи.б f4 54- % /

„мл уидлу И

фиг.7

,л«тт«1Л «

.

255

УоП)

.. -

0.5

фие.д