DD240439A1

DD240439A1 - Hochempfindliches lichtwellenleiterrefraktometer

Info

Publication number: DD240439A1
Application number: DD27979185A
Authority: DD
Inventors: Jost-Ulrich Jahn; Guenter Schwotzer; Reinhardt Willsch
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1985-08-19
Filing date: 1985-08-19
Publication date: 1986-10-29
Also published as: DE3543682A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hochempfindliches Lichtwellenleiterrefraktometer zur Brechzahlbestimmung von Medien bzw. damit zusammenhaengender anderer physikalischer Groessen. Die Aufgabe der Erfindung ein derartiges Refraktometer unter Beibehaltung des Prinzips gekruemmter Lichtwellenleiter anzugeben wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass einzig in dem Lichtwellenleiterabschnitt des Lichteintritts vom Sender in die Lichtleitfaser vor dem gekruemmten sensorischen Bereich lichtmantelmodenabstreifende Mittel angeordnet sind.

Description

Ausführungsbeispiel

In einem Ausführungsbeispiel wird als Lichtwellenleiter eine übliche Lichtleitfaser verwendet, bestehend aus einem höherbrechenden Quarzglaskern und einem niedriger brechenden Quarzglasmantei, die mit einem Primärschutz aus Silikonkautschuk umgeben ist, dessen Brechzahl niedriger ist als die des Quarzglasmantels. An die Lichtleitfaser ist eingangsseitig eine Lumineszenzdiode als Lichtquelle und ausgangsseitig eine Fotodiode als Empfänger angekoppelt. In einem kleinen Bereich ihrer Länge ist die Lichtleitfaser nach Entfernen des Primärschutzes durch Krümmen sensorisch wirksam gemacht. Der Primärschutz ist ebenfalls auf einer Länge von mindestens dem Fünfzigfachen des Lichtleitfaserdurchmessers vor der sensorisch wirksamen Krümmung entfernt und durch einen Mantelmodenabstreifer ersetzt. Als Mantelmodenabstreifer findet im Ausführungsbeispiel Epoxidharz Verwendung, dessen Brechzahl gleich oder auch größer als die des Lichtleitfaserquarzmantels ist, damit das Mantellicht in das Epoxidharz übertritt und damit aus der Lichtleitfaser entfernt wird. Zur Erhöhung der Wirksamkeit enthält das Epoxidharz eine lichtabsorbierende Substanz. Zweckmäßigerweise wird das Epoxidharz gleichzeitig zum mechanischen Fixieren der Lichtleitfaser in einer Halterung benutzt. Dabei ist darauf zu achten, daß unmittelbar nach der Krümmung keine Mantelmodenabstreifung erfolgt, damit das Licht nach der Krümmung ungehindert zum Empfänger gelangen kann. Das wird dadurch erreicht, daß die Lichtleitfaser hier mit dem Silikonkautschukprimärschutz fixiert wird, ohne daß das Epoxidharz mit dem Quarzglasmantel der Lichtleitfaser Kontakt hat oder das zum mechanischen Fixieren ein Kleber verwendet wird, dessen Brechzahl kleiner ist als der des Quarzglasmantels der Lichtleitfaser. Weiterhin ist es erfindungsgemäß, daß zur Abstreifung der Mantelmoden andere Substanzen als Epoxidharz und andere Varianten, wie z. B. Aufrauhen der Oberfläche des Lichtwellenleitermantels benutzt werden. Außerdem ist die Mantelmodenabstreifung auch unmittelbar hinter der Koppelstelle zwischen Lichtquelle und Lichtwellenleiter vornehmbar und nicht zuletzt kann als lichtmantelmodenabstreifendes Mittel zwischen Lichtquelle und sensorisch wirksamen Bereich ein absorbierender Primärschutz auf der Lichtleitfaser verwendet werden.

, Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen vorgeschlagenen Lichtwellenleiterrefraktometers begründet sich auf der im Rahmen der Erfindung gewonnenen Erkenntnis, daß dieTransmissions-Brechzahlkennlinie und die Empfindlichkeit eines bspw. U-förmig gekrümmten Lichtwellenleiterrefraktometers entscheidend von der Apertur abhängt, mit der das Licht in den sensorisch wirksamen, gekrümmten Bereich eintritt und weiterhin davon, daß alles Licht, was die Krümmung passiert hat ungehindert auf den Empfänger trifft. Dies wird durch die entsprechend der Erfindung angebrachten modenabstreifenden Mittel erreicht, die die Apertur des in den genannten Bereich eintretenden Lichtes bestimmen. Zugleich ist dafür Sorge zu tragen, daß unmittelbar nach dem sensorisch wirksamen Bereich keine Mantelmoden abgestreift werden, so daß das im Lichtwellenleitermantel geleitete Licht ungehindert auf den Empfänger trifft oder nach Durchlaufen einer genügend langen Strecke wenigstens teilweise aus dem Lichtwellenleitermantel wieder in den Lichtwellenleiterkern eintreten kann und dann auf den Empfänger trifft. . . '

Claims

Patentanspruch:

T. Hochempfindliches Lichtwellenleiterrefraktometer unter Verwendung von in Teilbereichen vom Polymermantel befreiten Kern-Mantel-Lichtleitfasern, die wenigstens einen als sensorischen Bereich wirkenden gekrümmten Bereich aufweisen und mit einem Lichtsender und-empfänger versehen sind, gekennzeichnet dadurch, daß einzig indem Lichtleitfaserabschnitt des Lichteintritts vom Sender in die Lichtleitfaser vor dem gekrümmten sensorischen Bereich lichtmantelmodenabstreifende Mittel angeordnet sind.
2. Hochempfindliches Lichtwellenleiterrefraktometer nach Punkt !.,gekennzeichnet dadurch, für die lichtmantelmodenabstreifenden Mittel ein Material mit einem Brechungsindex gleich oder größer als dem des Lichtwellenleitermantels über eine Länge von mindestens dem Fünfzigfachen des Lichtwellenleiterdurchmessers eingesetzt ist. . . ' ' .
3. Hochempfindliches Lichtwellenleiterrefraktometer nach Punkt 1. und 2., gekennzeichnet dadurch, daß die lichtmantelmodenabstreifenden Mittel unmittelbar vor dem gekrümmten sensorischen Bereich angeordnet sind.
4. Hochempfindliches Lichtwellenleiterrefraktometer nach Punkt 1. und 2., gekennzeichnet dadurch, daß die lichtmantelmodenabstreifenden Mittel unmittelbar nach dem Lichtsender angeordnet sind.
5. Hochempfindliches Lichtwellenleiterrefraktometer nach Punkt 1. und 2., gekennzeichnet dadurch, daß die lichtmantelmodenabstreifenden Mittel zwischen Lichtsender und gekrümmtem sensorischen Bereich durchgängig als absorbierender Primärschutz ausgebildet sind. .

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein hochempfindliches Lichtwellenleiterrefraktometer, welches zur Brechzahlbestimmuhg bzw. auf diese einflußhabender anderer physikalischer Größen Verwendung findet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind Lichtwellenleiterrefraktometer zur Bestimmung der optischen Brechzahl von Medien, bzw. damit zusammenhängender physikalischer Größen wie z. B. der Temperatur oder der Konzentration von Lösungen (SU 859.838; US-PS 4.187.025). Diese Refraktometer beruhen darauf, daß ein Lichtwellenleiter in einem kurzen Bereich seiner Länge mit einer Krümmung versehen ist. Beim Eintauchen dieses sensorisch wirksamen Bereiches in ein Medium ändert sich die Transmission des Lichtwellenleiters in Abhängigkeit von der Brechzahl des Mediums. Als Lichtwellenleiter werden meist Lichtleitfasern benutzt. Die Auswahl des Lichtleitfasertypesund des Radius des gekrümmten Bereiches hängt vom zu messenden Brechzahlbereich ab (Haubenreißer, W. u.a.: Exp. Techn. der Physik32 [1984] 6,519-530). Die Nachteile derartiger Lichtwellenleiterrefraktometer bestehen beim Stand der Technik in derfür viele technische Anwendungen nicht ausreichenden Empfindlichkeit gemessen an der theoretisch möglichen Empfindlichkeit. ,

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, ein reproduzierbar herstellbares hochempfindliches Lichtwellenleiterrefraktometer anzugeben, das die Mangel des Standes der Technik behebt.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hochempfindliches Lichtwellenleiterrefraktometer unter Beibehaltung des Prinzips gekrümmter Lichtwellenleiter anzugeben. Die Erfindung basiertauf der Entdeckung, daß Lichtleitfaserrefraktometer mit von Polymermantel befreiten gekrümmten sensorischen Bereichen mit identischen Lichtleitfaserparametern und Krümmungsradien in ihren Ausgangssignalen von der Art ihrer Konfektionierung, d. h. Einbettung der Ein- und Auskoppelwege in bzw. aus den sensorischen Bereichen abhängen. Es wurde gefunden, daß gemäß der Erfindung gestaltete Refraktometer die beschriebenen Mangel des Standes der Technik in überraschend einfacher Weise vollständig beheben. Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß einzig in dem Lichtwellenleiterabschnitt des Lichteintritts vom Sender in den Lichtwellenleiter vor dem gekrümmten sensorischen Bereich lichtmantelmodenabstreifende Mittel angeordnet sind. Dabeisind die lichtmantelmodenabstreifenden Mittel gemäß der Erfindung über eine Länge von mindestens dem Fünfzigfachen des Lichtleitfaserdurchmessers aus einem Material mit einem Brechungsindex gleich oder größer als dem des Lichtwellenleitermantels bestehend angeordnet. Wesentlich gemäß der Erfindung ist, daß diese Mittel vordem Lichteintritt in den sensorisch gekrümmten Lichtwellenleiterbereich eingesetzt sind. Dabei können sie sich unmittelbar vor diesem Bereich oder unmittelbar nach dem Lichtsender befinden. Ebenfalls ist ihre Ausbildung als durchgängiger absorbierender Primärschutz zwischen Lichtsender und sensorischem Bereich möglich.

Im Rahmen der Erfindung finden Lichtwellenleiter vom Kern-Mantel-Typ, wie Stufenindex — oder Gradientenindexlichtleitfasern, Verwendung. Bei Einsatz der Erfindung wird zugleich erreicht, daß Reproduzierbarkeitsunterschiede infolge unterschiedlicher Ankopplung der Lichtquelle an die Lichtwellenleiter sowie unterschiedliche Zuleitungslängen der Lichtwellenleiter kompensiert werden.