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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Zeitbereichsreflektometrie (OZBR;
optical time domain reflectometry, OTDR) für optische Multimodefasern,
die bei der Überwachung von
Faseroptik-basierten Übertragungsleitungen nützlich ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung
zur optischen Zeitbereichsreflektometrie für Multimodefasern, welche die
Position von Brüchen
bzw. Unterbrechungen in optischen Multimodefasern detektiert oder
den optischen Verlust an Anschlüssen
oder Verbindungen misst. Die Erfindung betrifft auch einen Lichtquellenabschnitt
einer Vorrichtung zur optischen Zeitbereichsreflektometrie für optische
Multimodefasern (die im Folgenden als "Vorrichtung für OZBR" bezeichnet wird) und eine Vorrichtung
zum Herstellen des Lichtquellenabschnitts.
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3 zeigt die Konstruktion
einer Vorrichtung für
OZBR. Wie gezeigt, umfasst die Vorrichtung einen Lichtquellenabschnitt 10,
der optische Pulse ausgibt, einen Lichtempfangsabschnitt 26 zum
Empfangen der Rückstreuung
und Fresnelreflexion von optischen Pulsen, die von dem Lichtquellenabschnitt 10 an
eine optische Multimodefaser 24, die untersucht wird, ausgegeben
wird, einen Verarbeitungsabschnitt 28 zum Verarbeiten eines
elektrischen Signals, das von dem Lichtempfangsabschnitt 26 ausgegeben
wird, und einen Anzeigeabschnitt 30 zum Darstellen des
Ergebnisses der Verarbeitung mit dem Verarbeitungsabschnitt 28.
Diese Komponenten bilden ein Messsystem, das durch einen Koppler 20 mit einer
Blindfaser 22 verbunden ist, die mit der optischen Multimodefaser 24 an
einem Ende verbunden ist.
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In
der oben beschriebenen Anordnung werden optische Pulse, die von
dem Lichtquellenabschnitt 10 ausgegeben werden, durch den
Koppler 20 geleitet, um in die Blindfaser 22 eingekoppelt
bzw. eingeführt
zu werden. Zur gleichen Zeit werden das rückgestreute Licht und das Fresnel-reflektierte
Licht, die in der Blindfaser 22 und der optischen Multimodefaser 24 erzeugt
werden, durch den Koppler 20 geleitet, um von dem Lichtempfangsabschnitt 26 empfangen
zu werden. Nach Empfang des rückgestreuten Lichts
und des Fresnel-reflektierten Lichts gibt der Lichtempfangsabschnitt 26 elektrische
Signale aus, die in dem Verarbeitungsabschnitt 28 gemittelt
werden und danach an den Anzeigeabschnitt 30 zur Bildanzeige
gesendet werden.
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Die
Struktur des Lichtquellenabschnitts einer herkömmlichen Vorrichtung zur OZBR
ist in 4 gezeigt. Wie
gezeigt, besteht der Lichtquellenabschnitt aus einer Laserdiode 11,
einer Linse 12 und einer optischen Multimodefaser 13.
Die optische Multimodefaser 13 ist aus zwei Arten wählbar, die
typischerweise 50 GI (mit einem Kerndurchmesser von 50 μm) und 60,5
GI (mit einem Kerndurchmesser von 62,5 μm) sind. Die Laserdiode 11 und
die Linse 12 sind so angeordnet, dass die zentrale Achse
bzw. Mittelachse 14 der ersteren mit der optischen Achse 15 der
letzteren fluchtet. Und, wie in 5 gezeigt (die
eine vergrößerte Teilansicht
von 4 ist) die Linse 12 derart
gekoppelt und fixiert bzw. befestigt, dass die zentrale Achse 16 letzterer
mit der Achse des Fluchtens übereinstimmt.
Mit 131 ist in 5 der Kern
der optischen Faser 13 angegeben, und das Bezugszeichen 132 stellt
den Mantel derselben optischen Faser 13 dar.
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In
dem Lichtquellenabschnitt der oben beschriebenen herkömmlichen
Vorrichtung zur OZBR wird oszilliertes Licht von der Laserdiode
durch die Linse fokussiert und in die optische Multimodefaser eingekoppelt.
Die Laserdiode, die Linse und die optische Multimodefaser sind gekoppelt
und fixiert, wobei sie angeordnet sind, dass die zentralen Achsen der
Laserdiode und der optischen Multimodefaser mit der optischen Achse
der Linse fluchten. Hier soll erwähnt sein, dass diese Anordnung
möglicherweise Verzerrungen
in den Wellenformen der Messung mit der Vorrichtung zur OZBR einführen kann.
Beispielsweise können
Blasen in der Mitte des Kerns einer optischen Multimodefaser während der
Herstellung gefangen werden, und wenn dieses Problem auftritt, ist der
gemessene optische Verlust manchmal größer als was der gleichen optischen
Multimodefaser durch die Verwendung eines lichtfernen Abschnitts
in stationärer
Anregung passiert.
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Die
Ergebnisse einer OZBR, die für
eine optische Multimodefaser unter Verwendung des Lichtquellenabschnitts
der herkömmlichen
Vorrichtung zur OZBR durchgeführt
wird, ist unten mit Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Die horizontale Achse des Graphs in 6 zeigt
die Entfernung von der Endfläche
des Kopplers 20 zu der Blindfaser 22, und die vertikale
Achse zeigt den Reflexionssignalpegel. Wenn die Entfernung zwischen
dem Eingabeende der Blindfaser 22 und dem Lichtquellenabschnitt 10 (siehe 3) zunimmt, wird die Leistung
des einfallenden Lichts schwächer
und der Reflexionssignalpegel der Rückreflexion, die in der Blindfaser 22 auftritt,
nimmt progressiv ab, wie durch eine Wellenform 31 angegeben
ist.
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Wenn
die optischen Pulse, die durch die Blindfaser 22 gehen,
das Anschlußstück CN2 erreichen,
wird ein Teil von ihnen durch das Anschlußstück CN2 reflektiert, um eine
Fresnelreflexionswellenform 32 zu erzeugen, und die verbleibenden
Pulse gehen durch das Anschlußstück CN2,
um in die optische Multimodefaser 24, die untersucht wird,
eingekoppelt zu werden, wobei rückgestreutes
Licht erzeugt wird. Aufgrund der inhärenten Verluste in der optischen
Faser nimmt der Reflexionssignalpegel dieses rückgestreuten Lichts progressiv
ab, wie durch die Wellenform 41 angegeben ist. Wenn die Multimodefaser 13 in
dem Lichtquellenabschnitt 10 nicht stationär angeregt
gehalten wird, wird die Wellenform der optischen Multimodefaser 24,
die untersucht wird, verzerrt. Fresnelreflexion tritt an dem fernen
Ende der optischen Faser 24 auf, und dies wird als Wellenform 42 beobachtet.
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Um
sicherzustellen, dass der Lichtquellenabschnitt 10 der
Vorrichtung zur OZBR in eine stationären Anregung gebracht ist,
muss das oszillierte Licht von der Laserdiode 11 aufweiten,
um weiter zu sein als die numerische Apparatur (NA) der optischen Multimodefaser.
Dazu wird das oszillierte Licht mit einer Linse fokussiert, welche
die gleiche NA wie die optische Multimodefaser hat, so dass es an
der zentralen Achse der optischen Multimodefaser abfällt. Wenn
jedoch das Licht, das von der Laserdiode ausgeht, von der zentralen
Achse der optischen Multimodefaser abfallen darf, ist es nicht stationär angeregt, da
der Punktdurchmesser des Strahls nicht vergrößert werden kann (das einfallende
Licht neigt dazu, sich nahe der zentralen Achse der optischen Multimodefaser
auszubreiten, da sie einen verhältnismäßig hohen
Brechungsindex hat).
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Um
stationäre
Anregung der optischen Mulitmodefaser ohne dieses Problem zu erreichen,
wird eine Blindfaser, die sich über
eine Entfernung von mehreren Kilometern erstreckt, stromaufwärts der optischen
Multimodefaser, die untersucht wird, angeschlossen, und gleichzeitig
muss eine zylindrische Linse zu der Fokussierlinse hinzugefügt werden,
um einen kreisförmigen
Querschnitt des Laserstrahls zu erzeugen. Dies erhöht jedoch
einfach die Komplexität
des optischen Systems in dem Lichtquellenabschnitt der Vorrichtung
zur OZBR.
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Eine
andere Möglichkeit,
die optische Multimodefaser 24 in eine stationäre Anregung
zu bringen, besteht darin, eine Leuchtdiode zu verwenden. Eine Leuchtdiode
gibt jedoch einen so geringen Emissionspegel aus, dass, wenn sie
in der Vorrichtung zur OZBR verwendet wird, der erforderliche dynamische
Bereich nicht sichergestellt werden kann, was es schwer macht, Messungen
an optischen Fasern durchzuführen,
die über
eine große
Entfernung reichen.
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Wenn
eine Laserdiode als ein Mittel zum Veranlassen einer stationären Anregung
verwendet wird, wird das optische System in dem Lichtquellenabschnitt übermäßig kompliziert,
wie bereits oben erwähnt
wurde. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, muss eine Hochleistungslaserdiode
ausgewählt werden,
aber dann wird die gesamte Konstruktion der Lichtquelle in der Vorrichtung
zur OZBR für
optische Multimodefasern kompliziert, was zu höheren Herstellungskosten führt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wird unter diesen Umständen ausgeführt und hat als ein Ziel, eine
Vorrichtung zur optischen Zeitbereichsreflektometrie für optische
Multimodefasern bereitzustellen, die trotz ihrer einfachen Konstruktion
eine künstliche
stationäre
Anregung einer optischen Multimodefaser erreichen kann und die zu
korrekten Messungen an der optischen Multimodefaser fähig ist
mit besserer Wiederholbarkeit ihrer Ergebnisse.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Lichtquellenabschnitt
der Vorrichtung bereitzustellen.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zum Herstellen des Lichtquellenabschnitts bereitzustellen.
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Diese
Ziele werden durch einen Lichtquellenabschnitt gemäß Anspruch
1, eine Vorrichtung gemäß Anspruch
2 und ein Verfahren gemäß Anspruch 4
erreicht.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 illustriert die Konstruktion
des Lichtquellenabschnitts einer Vorrichtung zur optischen Zeitbereichsreflektometrie
für optische
Multimodefasern gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ist eine vergrößerte Teilansicht
des Lichtquellenabschnitts, der in 1 gezeigt
ist;
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3 ist ein Blockdiagramm,
das die Grundkonfiguration einer Vorrichtung zur optischen Zeitbereichsreflektometrie
für optische
Multimodefasern zeigt, welche der Stand der Technik und die Ausführungsform
der Erfindung gemeinsam haben;
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4 illustriert die Konstruktion
der Lichtquelle in einer herkömmlichen
Vorrichtung zur optischen Zeitbereichsreflektometrie für Multimodefasern;
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5 ist eine vergrößerte Teilansicht
der Lichtquelle, die in 4 gezeigt
ist;
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6 ist ein charakteristisches
Diagramm, das die Ergebnisse einer Untersuchung einer optischen
Multimodefaser mit einer herkömmlichen
Vorrichtung zur optischen Zeitbereichsreflektometrie zeigt; und
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7 ist ein charakteristisches
Diagramm, das das Ergebnis der Untersuchung einer optischen Multimodefaser
mit der Vorrichtung zur optischen Zeitbereichsreflektometrie der
Erfindung zeigt.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Im
Folgenden beschreiben wir ausführlich ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung durch Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.
Außer dem
Lichtquellenabschnitt weist eine Vorrichtung zur OZBR für optische
Multimodefasern gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Wesentlichen dieselbe Konfiguration wie die in 3 gezeigte Version des Stands
der Technik auf; daher werden wir bei der folgenden Beschreibung
der OZBR-Vorrichtung, falls nötig,
auf 3 verweisen. Wir
beginnen mit dem Lichtquellenabschnitt der OZBR-Vorrichtung, der
schematisch in 1 gezeigt
ist.
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Der
in 1 gezeigte Lichtquellenabschnitt umfasst
eine Laserdiode 11 als Lichtquelle, eine Linse 12 als
ein optisches Element zum Fokussieren der Lichtstrahlen, die aus
der Laserdiode 11 kommen, und eine optische Multimodefaser 13,
in die der fokussierte Lichtstrahl eingekoppelt bzw. eingeführt wird.
Mit 14 ist die zentrale Achse der Laserdiode 11 angegeben;
das Bezugszeichen 15 stellt die optische Achse der Linse 12 dar
und das Bezugszeichen 16 stellt die zentrale Achse der
optischen Multimodefaser 13 dar.
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Wie
aus 1 klar wird, sind
die Laserdiode 11 und die Linse 12 zum Fokussieren
der oszillierten Lichtstrahlen davon so angeordnet, dass die zentrale Achse 14 der
ersteren mit der optischen Achse 15 der letzteren fluchtet.
Weiterhin sind, wie aus 2 klar
ist (die eine vergrößerte Teilansicht
von 1 ist), die Linse 12 (optisches
Element) und die optische Multimodefaser 13, in die der
fokussierte Lichtstrahl eingekoppelt wird, derart gekoppelt und
fixiert, dass die zentrale Achse 16 der optischen Multimodefaser 13 um
eine vorherbestimmte Länge
in einer Richtung senkrecht der Achse des Fluchtens versetzt ist.
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Der
in 1 gezeigte Lichtquellenabschnitt wird
mit einer Vorrichtung zur OZBR für
optische Multimodefasern verwendet und kann typischerweise durch
das folgende Verfahren hergestellt werden. Als erstes werden die
Laserdiode 11, die als Lichtquelle dient, und die Linse 12 zum
Fokussieren der oszillierten Lichtstrahlen davon so angeordnet und
fixiert, dass die zentrale Achse 14 der ersteren mit der
optischen Achse 15 der letzteren fluchtet.
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Im
nächsten
Schritt wird ein Anpassen der optischen Achse durchgeführt, um
die zentrale Achse 16 der optischen Multimodefaser 13 in Übereinstimmung
mit der Achse des Fluchtens zu bringen. Man betrachte hier ein XYZ-rechtwinkliges
Koordinatensystem, in dem die Z-Achse die zentrale Achse 16 der
optischen Multimodefaser 13 ist. Die angepasste optische
Multimodefaser 13 wird dann in Richtung entweder der X-
oder Y-Achse um eine vorherbestimmte Länge, sagen wir mehrere Mikrometer
bis mehrere zehn Mikrometer, vorzugsweise von 5 Mikrometern bis
20 Mikrometern, versetzt. Als Ergebnis kann man den Lichtquellenabschnitt
der Vorrichtung zur OZBR für
optische Multimodefasern gemäß dem betrachteten
Ausführungsbeispiel
herstellen.
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Messungen
werden für
eine optische Multimodefaser unter Verwendung der OZBR-Vorrichtungen gemäß dem betrachteten
Ausführungsbeispiel durchgeführt. Die
Ergebnisse sind in 7 gezeigt. Wie
in 6 zeigt die horizontale
Achse des Graphs die Entfernung zwischen der Endfläche des
Kopplers 20 und der Blindfaser 22, und die vertikale
Achse zeigt den Reflexionssignalpegel. Bei Vergleichen von 6 und 7 sieht man leicht, dass die OZBR-Vorrichtung
der Erfindung die Linearität
der Wellenform von rückgestreutem
Licht, das entlang der untersuchten optischen Fasern wandert, hinreichend
verbessert, so dass korrektere Messungen als mit der herkömmlichen
Vorrichtung ermöglicht
werden.
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Die
OZBR-Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ermöglicht,
den Lichtquellenabschnitt in geeigneter Weise stationär anzuregen
und ermöglicht
somit eine korrekte Faseruntersuchung. Zusätzlich wird die Additivität (Linearität) gemessener
Signale bezüglich
der eingebauten Spanne von optischen Multimodefasern verbessert mit
besserer Reproduzierbarkeit der Messresultate. Gemäß einer
Bearbeitung des in 1 gezeigten Lichtquellenabschnitts
wird eine Mehrzahl von Linsenelementen verwendet, um ein konfokales
System zu bilden, und ein Lichtquellenabschnitt, der es als optisches
System verwendet, wird etwa das gleiche Resultat ergeben.
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Wie
auf den vorangegangenen Seiten beschrieben, ist die Vorrichtung
von Aspekt 1 zur optischen Zeitbereichsreflektometrie für optische
Multimodefasern dadurch gekennzeichnet, dass ihr Lichtquellenabschnitt
aus einer Lichtquelle, aus einem optischen System zum Fokussieren
des Lichts, das von der Lichtquelle ausgeht, und einer optischen
Multimodefaser, in die ein durch das optische System fokussierter
optischer Strahl eingekoppelt wird, besteht, und dass die Lichtquelle
und das optische System so angeordnet sind, dass die zentrale Achse
der ersteren mit der optischen Achse der letzteren fluchtet, und
das optische System und die optische Multimodefaser, in die ein
durch das optische System fokussierter optischer Strahl eingekoppelt
wird, derart gekoppelt sind, dass die zentrale Achse der optischen
Multimodefaser um eine vorherbestimmte Länge in einer Richtung senkrecht
zu der Achse des Fluchtens versetzt ist. Mit dieser einfachen Konstruktion
kann die optische Multimodefaser in eine künstliche stationäre Anregung
gebracht werden und korrekte Messungen können für die untersuchte optische
Multimodefaser gemacht werden mit besserer Reproduzierbarkeit des
Messergebnisses.
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Der
Lichtquellenabschnitt von Aspekt 2 in einer Vorrichtung zur optischen
Zeitbereichsreflektometrie für
optische Multimodefasern ist dadurch gekennzeichnet, dass er aus
einer Lichtquelle, einem optischen System zum Fokussieren des Lichts,
das von der Lichtquelle ausgeht, und einer optischen Multimodefaser,
in die ein durch das optische System fokussierter optischer Strahl
eingekoppelt wird, besteht, und auch dadurch charakterisiert, dass
die Lichtquelle und das optische System so angeordnet sind, dass
die zentrale Achse der ersteren mit der optischen Achse der letzteren
fluchtet, und das optische System und die optische Multimodefaser,
in die ein durch das optische System fokussierter optischer Strahl
eingekoppelt wird, so gekoppelt sind, dass die zentrale Achse der
optischen Multimodefaser um eine vorherbestimmte Länge in einer
Richtung senkrecht zu der Achse des Fluchtens versetzt ist. Mit
dieser einfachen Konstruktion kann die optische Multimodefaser in
eine künstliche
stationäre
Anregung gebracht werden und korrekte Messungen können mit
der optischen Multimodefaser, die untersucht wird, gemacht werden,
mit besserer Reproduzierbarkeit des Messergebnisses.
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Der
Lichtquellenabschnitt von Aspekt 3 in einer Vorrichtung zur optischen
Zeitbereichsreflektometrie für
optische Multimodefasern ist dadurch gekennzeichnet, dass er aus
einer Laserdiode, einer Linse zum Fokussieren des oszillierten Lichts
der Lichtquelle, und einer optischen Multimodefaser, in die ein
durch die Linse fokussierter optischer Strahl eingekoppelt wird,
besteht, und auch dadurch charakterisiert, dass die Laserdiode und
die Linse so angeordnet sind, dass die zentrale Achse der ersteren mit
der optischen Achse der letzteren fluchtet, und die Linse und die
optische Multimodefaser, in die ein durch die Linse fokussierter
optischer Strahl eingekoppelt wird, die so gekoppelt sind, dass
die zentrale Achse der optischen Multimodefaser um eine vorherbestimmte
Länge in
einer Richtung senkrecht zu der Fluchtachse versetzt ist. Mit dieser
einfachen Konstruktion kann die optische Multimodefaser in eine künstliche
stationäre
Anregung gebracht werden und eine korrekte Messung kann mit der
optischen Multimodefaser, die untersucht wird, gemacht werden mit besserer
Reproduzierbarkeit des Messergebnisses.
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Das
Verfahren von Aspekt 4 zum Herstellen eines Lichtquellenabschnitts
einer Vorrichtung zur optischen Zeitbereichsreflektometrie für optische Multimodefasern
ist dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte eines Anordnens
der Laserdiode und der Linse, so dass die zentrale Achse der ersteren mit
der optischen Achse der letzteren fluchtet, und Koppeln und Anordnen
der Linse und der optischen Multimodefaser, in die ein optischer Strahl,
der durch die Linse fokussiert wird, eingekoppelt wird, so dass die
zentrale Achse der optischen Multimodefaser um eine vorbestimmte
in einer Richtung senkrecht zu der Fluchtachse versetzt ist, umfasst.
Unter Verwendung dieses einfachen Verfahrens kann man einen Lichtquellenabschnitt
einer Vorrichtung zur optischen Zeitbereichsreflektometrie für optische
Multimodefasern herstellen, mit der die optische Multimodefaser
in eine künstliche
stationäre
Anregung gebracht werden kann, und eine korrekte Messung kann mit
der optischen Multimodefaser, die untersucht wird, gemacht werden
mit besserer Reproduzierbarkeit des Messergebnisses.