PL177773B1

PL177773B1 - Method of determining the beating-in single-mode light fibres

Info

Publication number: PL177773B1
Application number: PL95311534A
Authority: PL
Inventors: Leszek R. Jaroszewicz; Aleksander Kieżun; Marcin Świłło
Original assignee: Wojskowa Akad Tech
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 2000-01-31
Also published as: PL311534A1

Abstract

The method allows one to identify the beating-in path in single-mode optic fibres. Unique characteristics: The beating-in path is identified by examining the dependence of the input signal intensity in a section of the examined optic fibre on the shift along the optic fibre of the element that locally imposes linear birefringence.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oraz układ do określania drogi zdudnień w światłowodach jednomodowych. Znajduje on zastosowanie np. w kwalifikacji przydatności światłowodów jednomodowych do konstrukcji polametrycznych i interferencyjnych czujników światłowodowy ch.The subject of the invention is a method and a system for determining the beat path in single-mode optical fibers. It is used, for example, in qualifying the suitability of single-mode optical fibers for the construction of field-parametric and interferential optical fiber sensors.

W znanych z literatury rozwiązaniach standardowo drogę zdudnień określa się poprzez wprowadzenie do badanego odcinka światłowodu światła o liniowym stanie polaryzacji oraz azymucie 45 stopni do osi głównych włókna. Wówczas obserwując włókno z boku widoczne są cykliczne wypromieniowania światła co odcinek równy drodze zdudnień. Wadą tej metody jest konieczność stosowania cieczy imersyjnej. W wielu przypadkach występuje konieczność usunięcia zewnętrznego pokrycia. Ponadto w przypadku badania włókien przystosowanych do pracy w podczerwieni (współcześnie pracuje się głównie na zakresie długości fal 1300 nm oraz 1500 nm) konieczne jest zastosowanie odpowiedniej kamery pracującej w zakresie podczerwieni, co dodatkowo zwiększa znacznie koszt. Proponowana metoda nie ma tych wad.In the solutions known from the literature, as a standard, the beat path is determined by introducing into the tested section of the optical fiber light with a linear polarization state and an azimuth of 45 degrees to the main axis of the fiber. Then, when observing the fiber from the side, cyclic beams of light are visible, every segment equal to the beat path. The disadvantage of this method is the use of an immersion liquid. In many cases it is necessary to remove the outer covering. In addition, in the case of testing fibers adapted to work in infrared (nowadays, mainly in the wavelength range of 1300 nm and 1500 nm), it is necessary to use an appropriate camera operating in the infrared range, which additionally increases the cost significantly. The proposed method does not have these disadvantages.

Istotą wynalazku jest określenie drogi zdudnień przez zbadanie zależności intensywności sygnału wyjściowego z odcinka badanego światłowodu od przesuwu wzdłuż światłowodu elementu wymuszającego lokalnie dwójłomność liniową.The essence of the invention is to determine the beat path by examining the dependence of the intensity of the output signal from the section of the tested optical fiber on the travel along the optical fiber of the element forcing locally linear birefringence.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest możliwość określenia zarówno dwójłomności liniowej jak i kołowej w dowolnym zakresie długości fali bez konieczności usuwania zewnętrznego pokrycia oraz stosowania specjalistycznej kamery.The advantage of the solution according to the invention is the ability to determine both linear and circular birefringence in any wavelength range without the need to remove the external coating and use a specialized camera.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony na rysunku zbiorczym, na którym fig. 1 przedstawia układ pomiarowy, który jest przykładem realizacji rozwiązania będącego przedmiotem. wynalazku, fig. 2 pokazuje przykładowe wyniki otrzymane w czasie pomiaru, zaś pozostałe rysunki objaśniają istotę uzyskiwania informacji o kołowej (fig. 3) oraz liniowej (fig. 4) drodze zdudnień.The subject of the invention has been shown on the general drawing, in which Fig. 1 shows a measuring system that is an example of the implementation of the solution that is the subject. According to the invention, Fig. 2 shows exemplary results obtained during the measurement, and the remaining drawings explain the essence of obtaining information about the circular (Fig. 3) and linear (Fig. 4) beat path.

Sposób działania urządzenia (fig. 1) polega na wprowadzeniu światła ze źródła 1 poprzez obrotowy polaryzator 2 i obiektyw mikroskopowy 3 do badanego odcinka światłowodu 4. Światłowód ten umieszczony jest w V-rowku urządzenia pomiarowego 5 tak, że część światłowodu wystaje powyżej powierzchni podłoża. Wyjściowe światło z odcinka włókna 4 po jego skolimowaniu przez soczewkę 7 przechodzi przez układ kompensujący składający się z ćwierćfalówki 8 i analizatora 9, a następnie pada na detektor 10.The method of operation of the device (Fig. 1) consists in introducing light from the source 1 through a rotating polarizer 2 and a microscope objective 3 into the examined section of the optical fiber 4. This optical fiber is placed in the V-groove of the measuring device 5 so that a part of the optical fiber protrudes above the substrate surface. The output light from the fiber section 4, after it has been collimated by the lens 7, passes through a compensation system consisting of a quarter-wave plate 8 and an analyzer 9, and then it hits the detector 10.

We włóknie jednomodowym (wzdłuż włókna - oś Z) następuje cykliczne powtarzanie się stanu polaryzacji propagującego się światła co odcinek równy tzw. drodze zdudnień. Odnosi się to zarówno do całkowitego obrotu płaszczyzny polaryzacji jak i stopnia eliptyczności. Przyczyną obrotu płaszczyzny polaryzacji jest występująca w światłowodzie dwójłomność kołowa, zaś zmiana eliptyczności jest wywołana dwójłomnością liniową.In a single-mode fiber (along the fiber - Z axis) there is a cyclic repetition of the polarization state of the propagating light every segment equal to the so-called by the beaten path. This applies to both the total rotation of the plane of polarization and the degree of ellipticity. The cause of the rotation of the plane of polarization is the circular birefringence occurring in the optical fiber, and the change of ellipticity is caused by the linear birefringence.

Oczywiście w ogólności droga zdudnień wywołana dwójłomnością liniową jest różna od drogi zdudnień wywołanej dwójłomnością kołową.Of course, in general, the beat path due to linear birefringence is different from the beat path due to circular birefringence.

Aby określić drogę zdudnień, badany element światłowodu proponuje się zamocować na płaskim podłożu w wyżłobionym tzw. V-rowku tak, że część światłowodu wystaje powyżej powierzchni podłoża. Z góry umieszczamy wałek i przyciskamy go do włókna. WałekIn order to determine the beat path, the tested optical fiber element is mounted on a flat surface in a grooved so-called V-groove so that part of the optical fiber protrudes above the substrate surface. We put the roller in advance and press it against the fiber. Roller

177 773 tocząc się wzdłuż włókna (od pozycji A do pozycji B - fig. 1) wywiera stały punktowy nacisk wprowadzając do światłowodu miniobszar o wymuszonej dwójłomności liniowej. Ten miniobszar przesuwa się wraz z przesuwem wałka. Wpływ oddziaływania wytworzonego miniobszaru na propagujące się światło zależy od eliptyczności światła wchodzącego do miniobszaru oraz od azymutu względem osi głównych miniobszaru. Oba te parametry zmieniają się z różnym okresem wzdłuż światłowodu. W ogólności intensywność światła na wyjściu jest złożeniem wpływu obu wyżej wymienionych parametrów.Rolling along the fiber (from position A to position B - Fig. 1), it exerts a constant point pressure introducing a mini-area of forced linear birefringence into the optical fiber. This mini-area moves with the movement of the roller. The influence of the generated mini-area on the propagating light depends on the ellipticality of the light entering the mini-area and on the azimuth with respect to the main axes of the mini-area. Both of these parameters vary with different periods along the length of the fiber. In general, the output light intensity is a composite of the effects of the two parameters mentioned above.

Aby uzyskać maksymalny wpływ na sygnał wyjściowy dwójłomności liniowej, należy pobudzić możliwie równomiernie oba mody o polaryzacjach zgodnych z osiami głównymi (pobudzenie I na fig. 4). Poprzez układ optyczny należy skompensować zmianę stanu polaryzacji wywołaną transmisją przez badany element. Korzystnie jest zastosować do tego celu płytkę ćwierfalową oraz analizator. Przetoczenie wałka wzdłuż włókna spowoduje cykliczne wygaszanie światła na detektorze. Pomiar drogi zdudnienia polega na przemieszczaniu wałka o znaną odległość L i zliczanie występujących wygaszeń N (fig. 4). Droga zdudnień Li = L/N.In order to obtain the maximum effect on the output signal of the linear birefringence, both modes with polarizations consistent with the principal axes should be excited as uniformly as possible (excitation I in Fig. 4). The optical system should compensate for the change in the polarization state caused by the transmission through the tested element. Preferably, a quarter-wave plate and an analyzer are used for this purpose. Rolling the roller along the fiber will cause the light on the detector to cycle out. The measurement of the beat path consists in moving the shaft a known distance L and counting the occurring extinctions N (Fig. 4). The beat road Li = L / N.

W przypadku występowania dwójłomności kołowej, obrót płaszczyzny polaryzacji powoduje cykliczną zmianę obwiedni natężenia sygnału na detektorze. Pomiaru okresu jej zmian Lk dokonuje się analogicznie jak przy dwójłomności liniowej. Przez odpowiednie pobudzenie (polaryzacja wejścia zgodna z jedną z osi głównych) można zminimalizować wpływ dwójłomności liniowej.In the case of circular birefringence, rotation of the polarization plane causes a cyclic change of the signal intensity envelope on the detector. The measurement of the period of its changes Lk is performed in the same way as for linear birefringence. By appropriate excitation (input polarization consistent with one of the main axes), the influence of linear birefringence can be minimized.

Przy ustawieniu wałka w położeniu wyjściowym (A - fig. 1) dla danego dowolnego położenia polaryzatora należy wyzerować sygnał na detektorze przez odpowiednie ustawienie płytki ćwierćfalowej i analizatora. Przy przesuwaniu wałka wzdłuż badanego światłowodu intensywność wyjściowa zmienia się cyklicznie z okresem równym drodze zdudnień od dwójłomności liniowej (fig. 2). Obwiednia tego sygnału także zmienia się cyklicznie, ale z okresem równym drodze zdudnień od występującej w badanym światłowodzie dwójłomności kołowej (fig. 2). Maksymalne zmiany sygnału uzyskuje się przy ustawieniu azymutu wejściowego polaryzatora tak, aby równomiernie pobudzać oba mody, to jest ψ = /66.With the shaft in the starting position (A - Fig. 1) for any given polarizer position, the signal on the detector should be zeroed by appropriate alignment of the quarter-wave plate and the analyzer. When the roller is moved along the tested optical fiber, the output intensity changes cyclically with a period equal to the distance of the beat from the linear birefringence (Fig. 2). The envelope of this signal also changes cyclically, but with a period equal to the distance of beat from the circular birefringence occurring in the tested optical fiber (Fig. 2). The maximum changes in the signal are obtained by setting the input azimuth of the polarizer so as to evenly excite both modes, i.e. ψ = / 66.

Wyeliminowanie wpływu dwójłomności liniowej uzyskuje się przez ustawienie azymutu wejściowego zgodnie z jedną z osi głównych badanego światłowodu. Wówczas detekowany sygnał ma okres zmian odpowiadający jedynie kołowej drodze zdudnień (fig. 3).The elimination of the influence of linear birefringence is achieved by setting the input azimuth in accordance with one of the main axes of the tested optical fiber. Then, the detected signal has a change period corresponding only to the circular beat path (Fig. 3).

Zastosowanie projektu umożliwia bezpośredni pomiar drogi zdudnień. Znajomość tego parametru światłowodu jednomodowego jest niezbędna przy pracach nad zastosowaniem światłowodów jednomodowych, w szczególności do konstrukcji czujników światłowodowych. Proponowana metoda pozwala wyróżnić drogę zdudnień od polaryzacji liniowej oraz kołowej. Stosowane dotychczas metody nie dawały tej możliwości.The use of the design enables direct measurement of the beat path. The knowledge of this parameter of a single-mode fiber is necessary in works on the use of single-mode optical fibers, in particular for the construction of optical fiber sensors. The proposed method allows to distinguish the beat path from linear and circular polarization. The methods used so far did not give this possibility.

ΠΊ ΊΊ3ΠΊ ΊΊ3

Fig.1Fig.1

f(wzgl.]f (resp.]

Fig. 3Fig. 3

45,45,

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 70 copies. Price PLN 2.00.

Claims

Patent claim

The method of determining the beat path in single-mode optical fibers, characterized in that the beat path is determined by examining the dependence of the intensity of the output signal from the section of the tested optical fiber on the travel along the optical fiber of the locally inducing linear birefringence element.