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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der optischen Mehrkernfasern.
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Genauer
ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, Mittel vorzuschlagen,
die dafür
geeignet sind, eine Messung der optischen Kopplung zwischen Kernen
einer Multikernfaser zu gestatten.
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Das
Konzept der Mehrkernfasern ist 1978 für Anwendungen mit Multimodefasern
aufgekommen. Anschließend
wurde es etwa 1986 für
Monomode-Anwendungen übernommen.
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Bei
dieser Art von Anwendungen erscheint es auch wünschenswert, die eingekoppelte
Leistung und die Schwankung der eingekoppelten Leistung zwischen
den Kernen in Abhängigkeit
von der Faserlänge
genau messen zu können.
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Eine
solche Messung ist für
die Spezifikationen der auf diesen Mehrkernfasern basierenden Übertragungssysteme
von Bedeutung. Es ist tatsächlich
sehr wichtig, bei jeder Installation darauf zu achten, die Obergrenzen
des durch die Kopplung zwischen Kernen verursachten Störsignals
unterhalb einer zulässigen Schwelle
zu halten.
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Nach
Kenntnis der Erfinder wurde jedoch hierfür bisher kein leistungsfähiges und
zuverlässiges
System vorgeschlagen. Das Dokument
US-A-4 309 105 offenbart ein System zur Messung
der optischen Kopplung zwischen Fasern eines Kabels, das mehrere
Fasern umfasst. Das Dokument
EP-A1-0 605 301 stellt ein optisches Reflektometer
im Zeitbereich dar, das dafür
vorgesehen ist, die Fehler einer optischen Faser zu analysieren,
und dies ausgehend von dem von dieser zurückgestreuten Signal. Diese
Dokumente betreffen nicht das Gebiet der optischen Mehrkernfasern.
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Es
ist allgemein bekannt, dass das Übersprechen
eine abnehmende Funktion des Zwischenkernabstands h und eine zunehmende
Funktion des Modendurchmessers 2wo ist, und es ist ebenfalls eine
zunehmende Funktion der Faserlänge,
solange für
das Verhältnis
h/2wo >> 1 gilt und die Theorie
der gekoppelten Moden damit nicht anwendbar ist. Bis jetzt war es
nicht bekannt, genaue Analysen und Messungen an einer Mehrkernfaser
auszuführen.
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Ein
weiteres wichtiges Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Mittel
vorzuschlagen, die eine zuverlässige
Messung gestatten ohne ein Auftrennen der überprüften Faser zu erfordern.
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Die
oben genannten Ziele werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung
durch ein System erreicht, das Sendermittel umfasst, die dafür geeignet
sind, eine Impulsfolge mit kontrollierter Breite und Frequenz in ein
Ende eines Kerns einer Mehrkernfaser zu emittieren, und Detektionsmittel,
die dafür
geeignet sind, das am selben Ende wenigstens eines benachbarten
weiteren Kerns der Mehrkernfaser empfangene Signal zu detektieren,
und dies mit einem kontrollierten zeitlichen Fenster, das nahe an
der emittierten Impulsdauer liegt und mit einer Verzögerung,
die zwischen 0 und der Emissionsperiode liegt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Eigenschaft der vorliegenden Erfindung umfassen
die Verarbeitungsmittel Mittel, die dafür geeignet sind, dem Signal,
das an den Detektionsmitteln erhalten wird, ein Signal hinzuzufügen, das
der Leistung entspricht, die durch Dämpfung entlang des Kerns, der
vor den Detektionsmitteln angeordnet ist, verloren geht, um das Übersprechen
zu erhalten.
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Gemäß noch einer
weiteren vorteilhaften Eigenschaft der vorliegenden Erfindung umfassen
die Verarbeitungsmittel außerdem
Mittel, die dafür
geeignet sind, dem Übersprechsignal
ein Signal hinzuzufügen,
das der Leistung entspricht, die durch Dämpfung entlang des Kerns, der
vor den Sendermitteln angeordnet ist, verloren geht, um das Teleübersprechen
zu erhalten.
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Weitere
Eigenschaften, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
beim Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sowie mit
Bezug auf die beigefügte
Zeichnung ersichtlich, die beispielhaft und nicht einschränkend ist,
wobei in der Zeichnung:
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1 schematisch
den allgemeinen Aufbau eines Systems entsprechend der vorliegenden
Erfindung darstellt,
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2 eine
Rückstreuungskurve
darstellt, die mittels eines Systems entsprechend der vorliegenden Erfindung
erhalten wurde,
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3 die
Schwankung des Übersprechens
und des Teleübersprechens
darstellt, die mittels der Vorrichtung entsprechend der vorliegenden
Erfindung auf einer Mehrkernfaser erhalten wurde, und
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4 den
im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzten Verarbeitungsvorgang
schematisch darstellt.
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In
der beigefügten 1 ist
schematisch der allgemeine Aufbau eines Systems 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt.
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In
dieser 1 sind zwei Kerne 12, 14 einer
Mehrkernfaser 10 zu sehen. An einem Ende sind diese beiden
Kerne 12 und 14 durch einen Abstandshalter 20 isoliert
und voneinander getrennt.
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Das
System 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst Sendermittel 110, beispielsweise auf
Basis eines Lasers, die dafür
geeignet sind, eine Impulsfolge 112 mit kontrollierter
Breite und Frequenz in das Ende 13 des Kerns 12 zu
emittieren, das im Bereich des Abstandshalters zugänglich ist,
sowie Detektionsmittel 150, die dafür geeignet sind, das am selben
Ende 15 des benachbarten Kerns 14 der Mehrkernfaser
(oder gegebenenfalls auch von mehreren benachbarten Kernen) empfangene
Signal zu detektieren. Diese Empfangsmittel 150 sind außerdem auch
mit zugehörigen
Mitteln zur Verarbeitung und Analyse 160 verbunden, die
ein kontrolliertes zeitliches Empfangsfenster festlegen, das nahe
an der emittierten Impulsdauer liegt und mit einer Verzögerung,
die zwischen 0 und der Emissionsperiode liegt, um eine Analyse des Übersprechens
und des Teleübersprechens
zu gestatten.
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Die
Periode Te der Emission der Impulse durch den Sender 110 muss
größer sein,
als die Zeitdauer, die notwendig ist, damit diese Impulse einen
Hin- und Rückweg
in der Faser durchlaufen, das heißt, dass Te größer als
2Dn/C ist, wenn D die Länger
der Faser, n den Index des Kerns und C die Lichtgeschwindigkeit
im Vakuum bezeichnet.
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Dieses
System gestattet es, die an jeder Stelle der Faser eingekoppelte
Leistung zu bestimmen und damit den momentanen längenbezogenen Übertragungskoeffizienten
entlang der ganzen Faser zur Verfügung zu haben. Es gestattet
somit, Abstandsschwankungen zwischen den Kernen, Schwankungen im
Modendurchmesser und von lokalisierten Kopplungen festzustellen,
die beispielsweise durch unbeabsichtigte Krümmungen verursacht sein können.
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Tatsächlich gestattet
die Messung der zu einem Zeitpunkt t = 2to nach dem Aussenden eines
Impulses an den Mitteln 160 empfangenen Leistung, die Leistung
zu bestimmen, die zwischen den Kernen 12 und 14 in einem
Abstand vom Anfang der Faser eingekoppelt wird, der gleich der Strecke
ist, die vom Licht in der Zeitdauer to durchlaufen wird, also der
Strecke Cto/n.
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In 2 ist
ein Beispiel einer Rückstreuungskurve
dargestellt, die mittels eines Messsystems gemäß der vorliegenden Erfindung
an einer Mehrkernfaser erhalten wurde. 2 stellt
die Leistung dar, die an den Empfangsmitteln 150 gemessen
wurde.
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Die
Auswertung dieser Kurve gestattet es, die Schwankungen der Kopplung
entlang der Faser zu erhalten.
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Es
ist zu sehen, dass die so erhaltene Kurve sich grundsätzlich von
den Kurven unterscheidet, die im Rahmen einer herkömmlichen
Rückstreuungsmessung
an einer Monomodefaser erhalten werden, bei der Laserimpulse in
ein Ende einer solchen Monomodefaser gegeben werden und der rückgestreute
Fluss am Ausgang dieser Faser mittels eines Kopplers gemessen wird.
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Tatsächlich haben
diese herkömmlichen
Rückstreuungskurven
an Monomodefasern, die einfachen Dämpfungsmessungen entsprechen,
das Aussehen einer abfallenden Schräge, die von zwei Spitzen eingerahmt
wird.
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Dagegen
liegen die Rückstreuungskurven,
die im Rahmen der vorliegenden Erfindung erhalten werden, in der
allgemeinen Form einer "Glocke" vor, wie dies in 2 zu
sehen ist.
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In
erster Näherung
und insbesondere unter der Annahme, dass der Rückstreuungskoeffizient entlang der
Faser konstant ist, kann man davon ausgehen, dass diese Kurve der
Gleichung P2r(z) = ae–(α1+α2)z[(e(α1–α2)z – 1)/(α1 – α2)] genügt, also
P2r(z) = aze–2αz,
wenn man berücksichtigt,
dass alle eingesetzten Kerne dasselbe Dämpfungsverhalten α(z) haben,
was insbesondere gerechtfertigt ist, wenn die eingesetzten Kerne
aus derselben Vorform kommen.
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Diese
Gleichungen sind auf der Basis der Analyse des Wegs aufgestellt,
der vom Licht genommen wird. Zu einem ersten Zeitpunkt wird ein
Impuls in den Eingang eines ersten Kerns 12 gegeben. Er
breitet sich anschließend
mit der Geschwindigkeit v = C/n entlang dieses Kerns 12 aus.
Er erfährt
somit bei seiner Ausbreitung eine Dämpfung im ersten Kern 12.
Entlang der Faser gibt es auch eine Kopplung des ersten Kerns 12 zum
zweiten Kern 14. Anschließend wird das in den zweiten
Kern 14 eingekoppelte Licht zum Eingang des zweiten Kerns 14 zurückgestreut
und erfährt
somit bei seiner Ausbreitung im zweiten Kern 14 eine Dämpfung.
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In
den vorhergehenden Formeln werden folgende Bezeichnungen verwendet:
P1(z) und P2(z) für die Leistungen
entlang der beiden Kerne 12 bzw. 14,
α1(z) und α2(z) für die Dämpfungskoeffizienten
im Kern 12 bzw. 14, und
P2r für die von
der Rückstreuungsvorrichtung
in den Mitteln 150 gemessene Leistung.
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Das Übersprechen
entspricht dem Verhältnis
der Leistungen, die jeweils am Ausgang des Kerns 14 erhalten
bzw. in den Eingang des Kerns 12 gegeben werden (also 10log
P'14/P12, mit Bezug
auf die Werte P'14
und P12, die schematisch in 1 angegeben
sind).
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Das
Teleübersprechen
entspricht dem Verhältnis
der Leistungen, die jeweils am Ausgang des Kerns 14 bzw.
am Ausgang des Kerns 12 erhalten werden (also 10log P'14/P'12, mit Bezug auf
die Werte P'14 und P'12, die schematisch
in 1 angegeben sind).
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Das
Paraübersprechen
entspricht dem Verhältnis
der Leistungen, die jeweils in den Eingang des Kerns 12 gegeben
bzw. in Rückstreuung
am Eingang des Kerns 14 erhalten werden (also 10log P12/P''14, mit Bezug auf die Werte P12 und
P''14, die schematisch
in 1 angegeben sind).
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In
der beigefügten 4 ist
schematisch der Verarbeitungsvorgang gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt.
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Wie
in Phase 200 in 4 zu sehen ist, sammeln die
Mittel 160 zuerst die Antwortkurven, die an den Mitteln 150 in
Reaktion auf die aufeinanderfolgenden Aussendungen von Impulsen
durch den Generator 110 detektiert werden, sie berechnen
einen Mittelwert dieser Kurven und stellen somit eine Kurve der
an den Mitteln 150 gemessenen rückgestreuten Leistung bereit,
von der Art, wie sie in 2 dargestellt ist. Hierfür setzen die
Mittel 160 vorzugsweise einen Wert in 5log-Darstellung des an
den Mitteln 150 empfangenen Signals ein (5log, um den Hin-
und Rückweg
des Lichts zu berücksichtigen,
und nicht 10log, wie dies herkömmlich
für die Erfassungselektronik
der Vorrichtungen zur Dämpfungsmessung üblich ist).
Dieses Signal stellt in dB die rückgestreute
Leistung in Abhängigkeit
von der Faserlänge
dar, da der Zeitpunkt der Detektion einer momentanen Leistung direkt
den entsprechenden Abstand der Kopplung auf der Faser festlegt.
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Um
das Übersprechen
zu erhalten, fügen
die Verarbeitungsmittel 160 dem zuvor genannten Signal
ein Signal hinzu, das der Leistung entspricht, die durch Dämpfung entlang
des vor den Detektionsmitteln 150 angeordneten Kerns 14 verlorenen
geht, wie dies schematisch in Phase 210 in 4 dargestellt
ist.
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Hierfür ist es
ausreichend, der Vorrichtung einen Wert zur Verfügung zu stellen, der die Dämpfung α im Kern
repräsentiert.
Dieser Wert kann bekannt sein und/oder durch jedes geeignete Mittel
gemessen werden.
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Um
auch das Teleübersprechen
zu erhalten, fügen
die Verarbeitungsmittel 160 außerdem dem Übersprechsignal ein Signal
hinzu, das der Leistung entspricht, die durch Dämpfung entlang des vor den
Sendermitteln 110 angeordneten Kerns 12 verlorenen
geht, wie dies schematisch in Phase 220 in 4 dargestellt
ist.
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Hierzu
ist in 3 ein Beispiel für Kurven des Übersprechens
(gestrichelt) und des Teleübersprechens dargestellt,
die mittels eines Systems gemäß der vorliegenden
Erfindung entlang einer Mehrkernfaser erhalten wurden. Bei diesen
Kurven entspricht die Scala der Ordinaten einem Prozentsatz der
eingespeisten Leistung.
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Bei
diesen Kurven ist eine allgemein lineare Schwankung der Leistung
zu beobachten. Außerdem
sind auf große
Distanzen mit aneinander gesetzten Mehrkernfasern (typischerweise
mehr als etwa 18 km) Steigungsänderungen
zu beobachten, die charakteristisch für Schwankungen des Zwischenkernabstands
h von einer Faser zur anderen sind und Pegeländerungen, die charakteristisch
für eine Änderung
des Modendurchmessers sind.
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Selbstverständlich ist
die vorliegende Erfindung nicht auf die gerade beschriebene bestimmte
Ausführungsform
eingeschränkt,
sondern sie erstreckt sich auf alle ihrem Geist entsprechenden Varianten.
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Die
vorliegende Erfindung ist insbesondere auf Fasern mit 4 Kernen anwendbar.
Sie ist jedoch nicht auf diese spezielle Anwendung eingeschränkt und
kann in allgemeiner Weise auf jeden Typ von Mehrkernfasern angewendet
werden, beispielsweise auf Fasern mit 7 Kernen. Figurenlegende:
| | Französisch | Deutsch |
| | | |
| Fig.
1 | | |
| | longueur
(km) | Länge (km) |
| | | |
| Fig.
4 | | |
| 200 | ACCUMULATION
de p mesures sur les moyens 160 MOYENNE FOURNITURE d'une courbe de puissance
rétrodiffusée mesurée sur
les moyens 160 en 5log du signal. | SAMMELN
von p Messungen in den Mitteln 160 MITTELWERTBILDUNG BEREITSTELLEN
einer Kurve der rückgestreuten
Leistung, gemessen an den Mitteln 160 in 5log-Darstellung des Signals. |
| 210 | AJOUT
de la puissance perdu par atténuation
le long du coeur 14 pour obtenir la diaphotie. | HINZUFÜGEN der
durch Dämpfung
entlang des Kerns 14 verloren gegangenen Leistung, um das Übersprechen
zu erhalten. |
| 220 | AJOUT
de la puissance perdu par atténuation
le long du coeur 12 pour obtenir la télédiaphotie. | HINZUFÜGEN der
durch Dämpfung
entlang des Kerns 12 verloren gegangenen Leistung, um das
Teleübersprechen
zu erhalten. |
| | | |