DE2822567A1

DE2822567A1 - Echometer zur lokalisierung von fehlern in lichtleitern

Info

Publication number: DE2822567A1
Application number: DE19782822567
Authority: DE
Inventors: Georges Comte
Original assignee: Cables de Lyon SA
Current assignee: Cables de Lyon SA
Priority date: 1977-05-31
Filing date: 1978-05-24
Publication date: 1979-01-04
Also published as: JPS53149351A; IT1094629B; FR2393287B1; US4826314A; CA1108431A; JPS6235051B2; GB1563993A; FR2393287A1; CH623417A5; IT7823309A0; NL7805870A; DE2822567C2

Description

Γ^{Λ t}.OJ*;M.T 'MmTrG VO" F"I^tT-;j"J· T] LIOTrJ¹TiT-IITrJlI⁷

Ί ic'itleiter, auc'i opi:ische Fasern genannt:, rjfcollen • in sehr vielversprechenden Übertragungsmittel aar, da sie nur «ir·--; g.--··! .ingrj Dämpfung aufweisen und eine große Frequenzbandbrcizo ruvchlasisen. '"ie banntzen Tr-tgorfroi UGn?.en, deren wallonlängen im Bereicli d3s sichtbaren Lichts oder des Infra- :.Otl.Lohts liegen.

Ihre iibertraguncjGeigenschaf ten hängen fsehr von der "leich.vleicltei¹: örtlicher Kennwerte ab, wie Durchmesser und Brechungsindex der Faser. Zur Überprüfung dieser Gleichmäßigr.3.it entlang der Faser kann man dieselbe Technik anwenden, v.'ie sie auch bei elektrischen Kabeln angewandt wird, d.h. 7 in<3r>ei-jen von Impulsen ^^m Eingang der untersuchten Leitung und Beobachtung der Echos, aufgrund deren man eventuell voro;."\ndene Fehler lokalisieren kann.

Uendet man eine derartige Technik an, indsm man beisniolsvieise eine optische Faser mit Hilfe von von einem Laser, beispielsweise einem Gallium-Ärsenidlaser kommenden Lichtimpulsen anregt und die TSchos mit. Hilfe einer Fotodiode, eines Fototransistors oder eines Fotomultiplizierers feststellt, so y ei crt sich, daß die erhaltenen Echosignale proportional zum ouadr-·'· der Amplitude der Unregelmäßigkeiten sind, durch die sin er.-'engt wurden; diese Tatsache erklärt sich aus der parabelfürraigen apannungsgesetzmäßigkeit aller auf einem niedrigen Pegel arbeitenden optischen Detektoren. Diese Erscheinung ist_x

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sehr hinderlich, da zwar deutliche Fehler wie Brüche bei der Kontrolle ermittelt werden, nicht jedoch eine Vielzahl von kleinen entlang der Achse der Faser verteilten Fehlern, die die Übertragungsqualität der Faser beeinträchtigen.

Es ließe sich eine beträchtliche Verbesserung erzielen, wenn man die verschiedenen Fehler spannungslinear feststellen könnte, jedoch müssen dann die Echosignale in ein niedrigeres Frequenzband (in Dezimeter- oder Zentimeterwellen beispielsweise) umgesetzt werden, für das spannungslineare Verstärker und Detektoren existieren. Bisher sind jedoch Versuche in dieser Richtung fehlgeschlagen, da diese Frequenzumsetzung die Verwendung eines lokalen Oszillators voraussetzt, dessen Frequenz in Bezug auf die Trägerfrequenz des Lichtimpulsgenerators einen ausreichend stabilen Unterschied aufweist, was bei zwei unabhängigen mit optischen Wellen arbeitenden Oszillatoren wegen der enorm hohen Frequenz (3.IO Hz für 1 Asm Wellenlänge) unmöglich erscheint.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sollen diese Schwierigkeiten behoben werden, indem optische Signale stabil in das Dezimeter- oder Zentxmeterwellenband umgesetzt werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Echometer zur Lokalisierung von Fehlern in Lichtleitern, das ein optisches Erkundungssignal in den untersuchten Leiter eingibt sowie eine Frequenzänderung zur Umsetzung in Dezimeter- bzw. Zentimeterwellen durchführt, worauf der Zeitpunkt des Eintreffens der Echos aufgrund der Reflexion der Impulse auf eventuell vorhandenen Fehlern im untersuchten Leiter festgestellt wird, dadurch

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gekennzeichnet, daß das Erkundungssignal und die für die Frequenzumsetzung erforderliche Oszillation von einem gemeinsamen Oszillator abgeleitet werden, der im optischen Frequenzbereich arbeitet.

Nachfolgend wird an Hand der beiliegenden einzigen Figur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Ein Oszillator 11 für sichtbares Licht oder Infrarotlicht der Frequenz F, beispielsweise ein Helium-Neonlaser (Wellenlänge 632,8 nm), ein Gallium-Arsenidlaser (zwischen 820 und 850 nm) und ein Yttrium-Aluminiumgranatlaser (YAG, etwa 1050 nm) liefert eine kontinuierliche Schwingung, die durch einen"optischen Teiler 12 (entweder mit Hilfe von gekoppelten optischen Fasern oder durch Niederschlagen von Glas auf ein Substrat hergestellt) in zwei Teile geteilt wird. Ein Teil des Lichts wird dann auf einen Modulator 13 faeispielsweiee elektrooptisch mit KERR-Zelle oder akustooptisch mit doppelt abrechendem Kristall oder einen Absorptionsmodulator) gegeben, der seinerseits durch einen Kurzimpulsgenerator (oder einen frequenzmodulierten Oszillator für den Fall, daß die Echosignale in einem breiteren Frequenzbereich beobachtet werden) gespeist wird. Die Frequenz AF des Modulators 14 kann bis 500 MHz reichen.

Daraus ergibt sich eine Modulation in einem Frequenzband F + Aw. Das so modulierte optische Signal wird über eine halblichtdurchlässxge,um 45° zur Faserachse geneigte Scheibe 15 in die untersuchte Faser 16 eingegeben, so daß die sich an den Unregelmäßigkeiten der Faser bildenden Echos

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senkrecht zur Achse des einfallenden Lichtstrahls abgelenkt werden und in einer Mischvorrichtung 17 eintreffen.

Der andere Teil der optischen Leistung der Frequenz F trifft in einem T-Hybridkoppler 18 einer Bauart ein, wie sie z.B. in Bell System Technical Journal, Band 48, Nr. 7, September 1969, Seite 2059 beschrieben wird, der im optischen

im
Bereich der|Zentimeterwellenbereich gut bekannnten T-Kopplung

entspricht.

Die auf der T-Kopplung 18 eintreffende Leistung wird ihrerseits in zwei Hälften unterteilt; eine Hälfte wird durch einen Oszillator mit der Frequenz f mit Hilfe eines dem Modulator 13 ähnelnden Modulators 19 amplitudenmoduliert; die andere Hälfte wird ebenfalls mit derselben Frequenz durch einen mit dem Modulator 13 identischen, mit der Frequenz f + über einen Phasenschieber 21 gespeisten Modulator 20 moduliert. Die Signale mit der Frequenz f kommen aus einem Generator 22 und liegen zwischen 500 und 5000 MHz. Wenn die Signale mit der Frequenz f und f + 90 dieselbe Amplitude aufweisen und wenn die T-Kopplung und die Modulatoren 19 und 20 in geeigneter Weise abgeglichen sind, tritt aus dem vierten Zweig der T-Kopplung 18 eine Lichtwelle mit der Frequenz F + f aus, die lediglich ein Seitenband umfaßt und durch Umsetzen der Frequenz F erhalten wird.

Diese umgesetzte Welle der Frequenz F + f wird dann gleichzeitig mit den Echosignalen der Frequenz F + Δ F auf den Mischer 17 gegeben. Dieser besteht beispielsweise aus einer P.N.-Fotodiode, einer Lawinen-Fotodiode oder aus einem Fototransistor.

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Ausgang verfügt man dann über einen Strom mit der Frequenz F + f-(F + 4.F)=f- Δ^. Wird die Umsetzer equenz f im Bereich der Dezimeter- oder Zentimeterwellen gewählt, so liegt das auf die Frequenz f - Δ F umgesetzte Echosignal ebenfalls im Bereich der Dezimeter- und Zentimeterwellen und kann ohne Schwierigkeiten durch einen Transistoroder Röhrenverstärker 23 mit Wanderfeldeffekt verstärkt werden, so daß diese Signale auf ein ausreichend hohes Niveau gelangen, um spannungslinear durch einen Detektor 24 herkömmlicher Bauweise (Siliziumdetektor beispielsweise) festgestellt und auf einem Oszillograph anschließend beobachtet oder registriert werden zu können.

Die optischen Kreise 11 bis 17 können sämtlich durch getrennte, jedoch untereinander durch Lichtleiter oder optische Fasern verbundene Bauteile oder in einem Block in integrierter Bauweise auf einem Substrat nach der Dünnschicht-Technik hergestellt werden. Weitere Hilfsvorrichtungen wie beispielsweise Pilter, Dämpfer usw. können vorgesehen werden.

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-eerseife

Claims

Fo 10 829 D

24. Mai 1978

LES CABLES DE LYON S.A. 170, avenue Jean Jaures 69353 LYON CEDEX 2 Frankreich

ECHOMETER ZUR LOKALISIERUNG VON FEHLERN IN LICHTLEITERN

PATENTANSPRÜCHE

1 ■* Echometer zur Lokalisierung von Fehlern in Lichtleitern, das ein optisches Erkundungssignal in den untersuchten Leiter eingibt sowie eine Frequenzänderung zur Umsetzung in Dezimeter- bzw. Zentimeterwellen durchführt, worauf der Zeitpunkt des Eintreffens der Echos aufgrund der Reflexion der Impulse auf eventuell vorhandenen Fehlern im untersuchten Leiter festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Erkundungssignal (F+ und die für die Frequenzumsetzung erforderliche Oszillation (F+f) von einem gemeinsamen Oszillator (11) abgeleitet werden, der im optischen Frequenzbereich (F) arbeitet.

2 - Echometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (11) mit optischer Frequenz (F) einen nichtmodulierten Laser enthält.

3 - Echometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein optischer Teiler (12) das aus dem Oszillator (11) kommende Signal in zwei Teile unterteilt.

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4 - Echometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Erkundungssignal (F+ &F) durch Frequenz- oder Impulsmodulation in einem Modulator (13) eines der beiden vom Oszillator (11) stammenden jignalteile erhalten wird.

5 - Echometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Umsetzung dienende Signal (F+f) in einem T-Hybridkoppler (18) aus zwei voneinander um + 90 phasenverschobener Schwingungen (f· f+ 90 ) , die jeweils auf einen Modulator (19, 20) gegeben werden, dio die gegenüberliegenden Zweige das Kopplers (18) beaufschlagen, sowie aus einer vom Generator (11) kommenden Schwingung erzeugt wird, wobei der Ausgang dieses Kopplars ein optisches Summensignal (F+f) der Frequenzen des Oszillators (F) und der phasenverschobenen Schwingungen liefert.

6 - Echometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Echosignale mit dem optischen Summensignal (F+f) mit Hilfe eines Fotodiodenmischers (17) gemischt werden, woraus sich umgesetzte Echosignale (f - Af) im Dezimeter- oder Zentiraeterwellenband ergeben.

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