DD215168A1

DD215168A1 - Verfahren und vorrichtung zur interferometrischen pruefung von lichtleitervorformen und lichtleitern

Info

Publication number: DD215168A1
Application number: DD25046583A
Authority: DD
Inventors: Guido Wurbs; Georg Kuka; Uwe Neumann
Original assignee: Oberspree Kabelwerke Veb K
Priority date: 1983-05-02
Filing date: 1983-05-02
Publication date: 1984-10-31

Abstract

Die Erfindung hat zur Aufgabe, die Laengshomogenitaet von Lichtleitervorformen und Lichtleitern auf interferometrischem Wege anhand eines Musterexemplars direkt sichtbar zu machen, wobei die Ausdehnung und die Groesse der Abweichungen abgeschaetzt werden koennen. Die Aufgabe wird geloest, indem ein von einer Strahlungsquelle ausgehender Lichtstrahl in zwei kohaerente Strahlenbuendel zerlegt wird, wovon das eine Buendel das Pruefobjekt und das andere ein Musterexemplar durchlaeuft, beide anschliessend durch Einspiegelung zur Ueberlagerung gebracht und vergroessert auf einem Beobachtungsschirm abgebildet werden. Eine der Durchfuehrung des Verfahrens dienende Vorrichtung besteht erfindungsgemaess aus einem Lasergeraet (12), dem ein Teleskopsystem (2) und zur Zerlegung des Laserstrahls (1) ein halbdurchlaessiger Spiegel (3) nachgeschaltet ist. Im Strahlengang jedes Strahlenbuendels befindet sich ein Umlenkspiegel (4;5) und innerhalb einer mit Immersionsfluessigkeit gefuellten Kuevette (6) sind das Musterexemplar (7), das zu pruefende Objekt (8) sowie ein halbdurchlaessiger Spiegel (9) angeordnet, auf den d. beiden Strahlenbuendel auftreffen. Nach der Kuevette (6) befindet sich zur vergroesserten Abbildung der vereinigten Strahlenbuendel auf einem Beobachtungsschirm (11) ein Vergroesserungssystem (10).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur interferometrisehen Prüfung von Lichtleitervorformen und Lichtleitern .

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein "Verfahren und eine Vorrichtung zur interferometrischen Prüfung von Lichtleitervorformen und Lichtleitern, mit deren Hilfe Pehler in der Längshomogenität, besonders im Brechzahlprofil und im Durchmesser,· feststellbar sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ss ist bekannt, Lichtleitervorformen und Lichtleiter mit Licht aus dem sichtbaren Spektralbereich zu durchleuchten und auf diese "Weise unkompliziert und kostengünstig fehlerhafte Objekte zu erkennen (Elektronik H. 12/82, S.93 ff). Dieses relativ einfache Verfahren ist aber mit großen Ungenauigkeiten im Meßergebnis verbunden, . Ändere Verfahren bestimmen in gleichmäßigen Abständen das Brechzahlprofil längs der Vorform bzw. des Lichtleiters und stellen anschließend die Änderungen graphisch dar (US-PS 4 181 433). Diese Verfahren sind sehr aufwendig, weil zunächst das Brechzahlprofil bestimmt werden muß, um dann zu entscheiden, ob sich dieses ändert.

Bekannt ist auch ein Verfahren, bei dem vom zu untersuchenden Objekt ein holographisches Interferogramu aufgezeichnet und bei einer zweiten Aufnahme das Objekt z.B. in z-Hichtung verschoben wird, ?7obei die einfallende ebene Welle gegenüber dem Objekt geringfügig geneigt ist (Applied Optics H.8/81.S.1413 ff). Rekonstruiert man anschließend die beiden deformierten Wellenfronten auf holographischem Wege, dann erhält man in dar Beobachtung sebene charakteristische Interferenzstrukturen.

' — 2 —

Bs erscheinen auf dem Beobachtungsschirm äquidistante Geraden, wenn sich das Brechzahlprofil längs der Vorform bzw. des Lichtleiters nicht ändert. In den Gebieten, in denen Abweichungen vorhanden sind, sind die Geraden verformt. Die Verformung in-2-Richtung ist um so stärker, je größer die Abweichung im Brechungsindex oder im Querschnitt ist, Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß erstens die Vorform oder der Lichtleiter mit sich selbst verglichen wird und zweitens, daß jedesma-1 ein Interferogramm hergestellt werden muß, wozu ein photographischer Entwicklungsprozeß erforderlich ist. Letzteres macht den PrüfVorgang diskontinuierlich, eine Automatisierung ausgesprochen kompliziert und die kontinuierliche Prüfung,bewegter Objekte unmöglich.

Ziel.der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein interferometrisches Prüfverfahren für Lichtleitervorformen und Lichtleiter sowie eine dafür geeignete Vorrichtung, die mit hoher Genauigkeit und geringem Aufwand 'Abweichungen,, insbesondere ; des Brech2.ahl-p.rofIls und/, oder des Durchmessers, abzulesen gestatten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung hat zur Aufgabe, die Längshomogenität von Lichtleitervorformen und Lichtleitern auf interferometrischem:.Wege anhand eines Musterexemplars direkt sichtbar zu machen, wobei die Ausdehnung und die Größe der Abweichungen abgeschätzt werden können. .

Die Aufgabe.wird gelöst,, indem ein von einer Strahlungsquelle ausgehender Lichtstrahl in zwei kohärente Strahlenbündel zerlegt wird, wovon das eine Bündel das Prüfobjekt und das andere ein Musterexemplar durchläuft, beide anschließend, durch Einspiegelung zur Überlagerung gebracht und vergrößert auf einem Beobachtungsschirm abgebildet werden, _: Sine der Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung besteht erfindungsgemäß aus einem Lasergerät, dem ein Teleskopsystem und zur Zerlegung des Laserstrahls ein halbdurchlässiger Spiegel nachgeschaltet ist. Im Strahlengang jedes Strahlenbündels befindet sich ein Umlenkspiegel und innerhalb einer mit Immersionsflüssigkeit gefüllten Küvette -sind das'Muster--

exemplar, das' zu prüfende Objekt sowie ein halbdurchlässiger Spiegel angeordnet, auf den die beiden Strahlenbündel auftreffen, !fach der Küvette befindet sich zur vergrößerten Ab-„bildung der vereinigten Strahlenbündel auf einem Beobachtungsschirm ein Vergrößerungssystem

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß man bei diesem .interferometrischen Verfahren die.einander entsprechenden ursprünglich ebenen Wellen, die beim Durchgang durch das zu prüfende Objekt bzw, durch das Musterexemplar deformiert werden, miteinander interferieren läßt, indem man die durch das Musterexemplar deformierte V/eile durch Einspiegelung mit der durch das zu prüfende Objekt deformierten Welle zur Überlagerung bringt, wobei die auf das Musterexemplar treffende ebene Welle gegenüber dem Musterexemplar selbst leicht geneigt ist.

,Bei zylindersymmetrischen Objekten heißt das,, der Aus- breitungsvektor der ebenen Welle und die Zylinderachse des Musterexemplars schließen einen Winkel ein, der geringfügig von 90^c abweicht. Oder aber auch die Zylinderachse des sylindersymmetrischen Musterexemplars wird in der Ebene, die durch den Ausbreitungsvektor der ebenen Welle und die Zylinderachse des Musterexemplares eindeutig definiert ist, zusätzlich so verdreht, daß Ausbreitungsvektor -und Zylinderachse wieder einen Winkel von genau 90° einschließen. Die Schnittpunkte der "Zylinderachsen von Präfobjekt bzw. Musterexemplar mit den Mittelpunktstrahlen der Laserbündel der einfallenden ebenen Wellen liegen in einer Ebene, die senkrecht zur Beobachtungs-,..ebene ist, wobei außerdem der Ausbreitungsvektor der ebenen .Welle, die das zu prüfende Objekt durchdringt, senkrecht, zur Beobachtungsebene ist. Mittels einer dem Spiegel nachgeschalteten linse oder eines Linsensystems kann man dann den Strahlengang der sich überlagernden Lichtwellen in der Beobachtungsebene vergrößert auf eine andere Ebene abbilden. In der Beobachtungsebene erscheinen wie beim holographischen Verfahren Störungen im Indexprofil oder Querschnitt als Verformungen der äquidistanten Geraden in z-Richtung, Der Abstand d der äquidistanten Geraden (bei fehlender Störung) ist:

d = A

η . sin &

(η — Brechungsindex des Mediums, in dem die Beobachtungsebene liegt, X - Wellenlänge des verwendeten Laserlichts, θ· - Neigungswinkel der das Musterexemplar durchdringenden ebenen W_elle).

Je kleiner die räumliche Ausdehnung und die Stärke der Störung ist, desto feiner muß. das Linienraster gewählt werden, .d.h. desto kleiner muß d gewählt werden, um Störungen noch sicher zu erkennen.

d wird dabei hauptsächlich über & eingestellt und ist somit variabel einstellbar. Abweichungen des PrüfObjekts vom Muster* exemplar können mit einem Easter kleiner als 10yum beobachtet werden.

Das erfindungsgemälB Prüfverfahren kommt gegenüber dem holographischen Verfahren ohne Photoplatte aus. Damit ist dieses Verfahren kontinuierlich durchführbar, was.besonders bei bewegten Objekten eine Prüfung unter Beibehaltung der Vorteile des holographischen Verfahrens überhaupt, erst ermöglicht. Hinzu kommt außerdem, daß das vorgeschlagene Prüfverfahren deutlich unempfindlicher gegenüber mechanischen Srsehütterungen ist. ·'-. . . ....·. '·/ ..

Ausführungsbeispiel ;

Die Erfindung soll nachstehend am Beispiel der Prüfung einer zylindrischen Lichtleitervorform erläutert werden. Der Aufbau der Vorrichtung ist in einer Zeichnung schematisch dargestellt. · .

Mittels eines Teleskopsystems 2 wird ein Laserstrahl 1 aufgeweitet und mittels eines halbdurchlässigen Spiegels 3 in zwei kohärente Lichtbündel zerlegt. Die aufgeweiteten Lichtbündel werden über Spiegel 4;5 so umgelenkt, daß sie.z.B. senkrecht aufeinandertreffen. In das eine Bündel,kommt dann das zu prüfende Objekt 8 und in das andere das Musterexemplar 7, wobei die jeweiligen Ausbreitungsvektcren der ebenen Wellen senkrecht auf den Zylinderachsen stehen. Die beiden Objekte, d.h. das zu prüfende Objekt und das Musterexemplar, sowie ein halbdurchlässiger Spiegel 9 befinden sich.dabei in einer Immersionsflüssigkeit enthaltenden rechteckigen Küvet

5 -

_ 5 —

Dort γ/ο die beiden Lichtbündel aufeinandertreffen, ist ein halbdurchlässiger Spiegel 9 angeordnet, und zwar so, daß für den JTeigungswinkel & = 0 und ohne die beiden transparenten Objekte die Ausbreitungsvektoren hinter dem Spiegel in Ausbreitungsrichtung der ebenen Tielle dss zu prüfenden Objekts zusammenfallen. Die beiden zusammenfallenden Ausbreitungsvektoren stehen senkrecht auf dem Beobachtungsschirm 11« . Zwischen diesem und dem halbdurchlässigen Spiegel 9 befindet sich eine Sammellinse 10. Diese bildet, bei Q- = Q jeweils die in Ausbreitungsrichtung hintere Tangentialebene des Kerns des Musterexemplars, vergrößert aber völlig deckungsgleich auf dem BeobachtungsscMrm 11 ab. Danach wird Q- = 0 je nach gewünschtem Rasterabstand d eingestellt, wobei bei.größeren Winkeln & das Musterexemplar mitgekippt wird, so daß Haupt-Strahlrichtung und Zylinderachse einen Winkel von 90° einschließen. Bei dieser Anordnung sind nach Einschalten des Lasers 12 auf dem BeobachtungsscMrm 11 die bereits beschriebenen Interferenzstrukturen zu sehen. Hun kann man das zu prüfende Objekt 8 längs seiner Zylinderachse durch das entsprechende Lichtbündel schieben. ."Man sieht dann auf dem BeobachtungsscMrm 11 wie die Störungen als gekrümmte Linien über den Schirm 11 laufen.

Möglich ist es auch, Prüfobjekt 8 und Musterexemplar 7 nicht in Immersionsflüssigkeit einzusetzen, sondern stattdessen durch Linsensysteme, vorzugsweise Zerstreuungslinsen, zur Überlagerung geeignete kohärente Wellenfelder zu erzeugen. Damit läßt sich die Prüfung von bewegten Objekten durchführen und. eine Automatisierung des Prüfverfahrens realisieren.

Claims

: . . -6 - . . Erfindungsanspruchi --.- ' ' '.

1. Interferoaetrisches Prüfverfahren für Lichtieitervorformen und lichtleiter zur kontinuierlichen-Feststellung der Längshomogenität, ..vorzugsweise des Brechzahlprofils und/öder des Burchmessers, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einer Strahlungsquelle ausgehender Lichtstrahl in zwei kohärente Strahlenbündel zerlegt wird, wovon das eine Bündel das Prüfobjekt und das andere ein Musterexemplar durchläuft, beide anschließend durch Einspiegelung zur Überlagerung gebracht ,.und vergrößert auf^: einem Beobachtungsschirm abgebildet werden, - ' ' .. '

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens^; nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daJ3 .einem. Lasergerät (12) ein Teleskopsysteia (2) und zur Zerlegung des Laserstrahls (i) ein halbdurchlässiger Spiegel (3) nachgeschaltet ist, daß sich im Strahlengang jedes Strahlenbündels ein Umlenkspiegel (4>5) und innerhalb einer mit Immersionsflüssig— keit gefüllten Küvette (6) das Musterexemplar (7), das zu prüfende Objekt (8).-..-sowie ein halb durchlässiger Spiegel (9) befinden, auf den die beiden Strahlenbündel' auftreffen. während nach der Küvette (6) zur vergrößerten Abbildung der vereinigten Strahlenbündel auf. einem Beobachtungsschirm (11) ein Tergrößerungssystein (10) angeordnet ist.

- Hierzu 1 Blatt Zeichnungen -