Wybrane techniki pomiarowe światłowodów

Transkrypt

1 Wybrane techniki pomiarowe światłowodów

2 Podstawowe parametry światłowodów apertura numeryczna tłumienność dyspersja chromatyczna pasmo transmisji średnica pola modowego profil refrakcyjny rozkład mocy na powierzchni czoła (pole bliskie) rozkład mocy w polu dalekim dwójłomność światłowodu wymiary geometryczne wytrzymałość mechaniczna wytrzymałość radiacyjna

3 Pomiar tłumienia metodą transmisyjną 1-źródło światła 2-układ sprzężenia do światłowodu 3-światłowód mierzony 4-układ detekcyjny 5-urządzenie pomiarowe Współczynnik tłumienia obliczamy ze wzoru: αl=10log[p(0)/p(l)], gdzie: L-długość mierzonego światłowodu P(0)-moc sygnału na wejściu światłowodu P(L)-moc sygnału po przejściu przez światłowód

4 Układ do badania tłumienia światłowodów metodą odcięcia

5 Schemat funkcjonalny stanowiska do pomiaru tłumienia spektralnego światłowodów

6 Pomiary tłumienia światłowodu metodą rozproszenia wstecznego: 1-źródło światła 2-układ optyczny sprzężenia do światłowodu 3-mierzony światłowód 4-fotodetektor 5-układ pomiarowy Współczynnik tłumienia wynosi: α= (5/(L 2 -L 1 ))logp(l 1 )/P(L 2 )

7 Praktyczna realizacja optycznego reflektometru z interferometrem Michelsona. Przykładowy kształt charakterystyki rozproszenia wstecznego światłowodu: 1-rozproszenie wsteczne od początku światłowodu 2-rozproszenie wsteczne od nieciągłości (np.spaw) 3-rozproszenie wsteczne od końca światłowodu

8 Znormalizowana transmitancja światłowodu Wartość dla danej częstotliwości modulacji: T n (f m )=T(f m )/T(f m =0)=[P 2 (f m )/P 1 (f m )]/[P 2 (0)/P 1 (0)] f m -częstotliwość modulacji sygnału optycznego

9 Pomiary pasma w dziedzinie częstotliwości Pasmo źródła i detektora powinno być większe od pasma światłowodu Pomiar jest szybkinie jest wymagane przetwarzanie sygnału-pasmo jest od razu mierzone na analizatorze widma

10 Pomiar pasma w dziedzinie czasu Wynik pomiaru odpowiedzi impulsowej światłowodu oraz pasmo obliczone na podstawie transformaty Fouriera

11 Pomiar rozkładu pola bliskiego (R<w 2 /λ) Mierzona jest funkcjonalna zależność gęstości mocy optycznej na przekroju poprzecznym płaskiego zakończenia światłowodu. Ogólna zasada pomiaru rozkładu pola bliskiego w światłowodzie wraz z przykładowym wynikiem pomiaru charakterystyki I(r) Na podstawie zmierzonej charakterystyki można wyznaczyć profil refrakcyjny światłowodu (wielomodowego) oraz parametry geometryczne światłowodu:średnicę rdzenia, koncentryczność rdzenia, eliptyczność rdzenia,średnicę płaszcza, eliptyczność włókna

12 Pomiar rozkładu pola bliskiego Schemat funkcjonalny stanowiska do pomiaru rozkładu pola bliskiego:

13 Pomiar rozkładu pola dalekiego (R>>w 2 /λ) Rozkład pola dalekiego jest definiowany jako funkcja przestrzenna mocy optycznej promieniowania z włókna względem kąta θ mierzonego od jego osi Ogólna zasada pomiaru rozkładu pola dalekiego światłowodu i przykładowa zmierzona charakterystyka dla światłowodu wielomodowego Zmierzony rozkład intensywności może poslużyć do wyznaczenia apertury numerycznej światłowodu. Za kąt graniczny uznaje się taki,dla którego intensywność I(Θ gr )=10%I(0)

14 Pomiar rozkładu pola dalekiego Pomiar rozkładu pola dalekiego w światłowodzie metodą bezpośrednią oraz przykładowy wynik pomiaru

15 Pomiar profilu refrakcyjnego-metoda mikrointerferometrii podlużnej

16 Wizualizacja i pomiar profilu refrakcyjnegometoda trawienia selektywnego Światłowód ze szkła kwarcowego czystego i domieszkowanego może być selektywnie trawiony w HF. Szybkość trawienia zależy od poziomu domieszki. Kształt wytrawienia Analizując obraz lub mierząc bezpośrednio kształt wytrawienia otrzymujemy bezpośrednio profil refrakcyjny. Fotografie przedstawiaja wytrawione profile refrakcyjne światłowodu wielomodowego gradientowego oraz światłowodu jednomodowego

17 Pomiar trójwymiarowego rozkładu współczynnika w światłowodach-tomografia mikrointerferencyjna n(α i =α 0 +2Δα,w,z 0 ) n(α i =α 0 +Δα,w,z 0 ) H(α,w,z 0 ) n(180,w,z 0 ) n(α i =α 0,w,z 0 ) Sinogram H(α,w,z 0 )

18 Pomiar trójwymiarowego rozkładu współczynnika w światłowodach-tomografia mikrointerferencyjna Filtered backprojection algorithm n(x, y, z 0 ) π = 0 S( α, ω, z 0 ) ω exp( j2πω w )dωdα where: S( α, ω, z 0 ) = n( α, w, z )exp( j2πωw) dw, ω spatial frequency of n ( α, w,z 0 0 ) y z n(x,y,z) x n(x,y, z 0 +k) n(x,y,z 0 +2) n(x,y,z 0 +1) n(x,y,z 0 ) 3D reconstruction of n distribution. No limits of the shape of reconstructed distribution.

19 Pomiar trójwymiarowego rozkładu współczynnika w światłowodach-tomografia mikrointerferencyjna AUTOMATED TOMOGRAPHIC MICROINTERFEROMETER FOR OPTICAL FIBERS TESTING He-Ne-laser, MO1, MO2, MO3-microscopic objectives, FC-fiber coupler, V-immersion tank, O- object (the fiber), BS-beamsplitter cube, L-lens, MXY-manipulator, CCD-camera, RU-rotary unit, PC-computer; H-holder, P-plastic tube, T-immersion tank, I-immersion liquid.

20 Pomiar trójwymiarowego rozkładu współczynnika w światłowodach-tomografia mikrointerferencyjna n 2 n(α 0,w,z 0 ) n 1 w edges Sinogram of reference layer -no inhomogeneities Edges localization Ideal sequence CALIBRATION ARRAY Correction of all sinograms

21 Pomiar trójwymiarowego rozkładu współczynnika w światłowodach-tomografia mikrointerferencyjna Sinogram: initial Edge localization matrix After correction No lack of information. Reduction of radial movement influence to single micrometers.

22 Pomiar trójwymiarowego rozkładu współczynnika w światłowodach-tomografia mikrointerferencyjna FUSED OPTICAL FIBER SPLICE (SINGLE MODE-MULTIMODE) Interferogram Distribution n(x,y,z) - rendering

23 Pomiar trójwymiarowego rozkładu współczynnika w światłowodach-tomografia mikrointerferencyjna

24 Reconstruction of Holey-fiber structure Image of holey fiber from electron microscope Image of reconstructed holey fiber structure [Univ. of Bath]