Откройте актуальную версию документа прямо сейчас
Если вы являетесь пользователем интернет-версии системы ГАРАНТ, вы можете открыть этот документ прямо сейчас или запросить по Горячей линии в системе.
Приложение А
(обязательное)
Требования,
относящиеся к методу А. Преломление в ближнем поле
А.1 Вводные замечания
Измерение по методу преломления в ближнем поле позволяет непосредственно определить изменение показателя преломления ОВ в его поперечном сечении (сердцевина и оболочка). Метод может быть калиброван для получения абсолютных значений показателя преломления. Он может быть использован для построения профилей как одномодовых, так и многомодовых волокон. Измерение по методу преломления в ближнем поле определяет радиальное изменение показателя преломления ОВ, используя сканирование пятна света по торцевой поверхности. При наличии возможности генерации теоретического луча света можно выявить изменение показателя преломления путем ввода луча в ОВ при угле, превышающем максимальное значение числовой апертуры ОВ, и измерения его угла выхода. Так как невозможно генерировать идеальный луч, а физические размеры ОВ составляют порядка 100 длин волн оптического сигнала, то используют интегральный подход с применением углового пучка лучей. Малое пятно света с числовой апертурой (ЧА) большей, чем ЧА ОВ, сканируют по торцевой поверхности ОВ при нормальном угле падения. Из светового конуса на выходе ОВ для измерений выбирают малый диапазон больших углов (т.е. больших, чем ЧА). Суммарную мощность в выбранной области определяют как функцию радиального положения светового пятна возбуждения ОВ. По мере пересечения светом локальных различий показателя преломления в ОВ он преломляется, изменяя угол выхода из ОВ. Свет, пересекающий сердцевину и затем оболочку, выходит из ОВ при меньших углах, чем свет, который проходит только через оболочку. Так как для измерений выбран только свет, входящий в ОВ под большими углами, суммарная обнаруженная мощность в области сердцевины будет ниже, чем в оболочке. Таким образом, относительная мощность при установленном положении сканирования прямо пропорциональна показателю преломления ОВ для этого положения.
А.2 Испытательное оборудование
А.2.1 Типовая схема
На рисунках А.1 и А.2 приведены схематичные изображения испытательного оборудования.
Рисунок А.1 - Преломление в ближнем поле. Ячейка
А.2.2 Источник света
Используют стабильный лазер мощностью в несколько мегаватт в режиме генерации моды ТЕМ 00.
Может быть использован гелий-неоновый лазер длиной волны 633 нм, достаточной для проведения измерения геометрических характеристик. При измерении показателя преломления (не установлено в настоящем стандарте) для экстраполяции результатов для других длин волн может потребоваться поправочный коэффициент.
Применяют четвертьволновую пластину для изменения поляризации луча с линейной на круговую для получения усредненного по времени сигнала, независимого от поляризационных эффектов вследствие отражения. Отражательная способность света на границе раздела воздуха и стекла значительно зависит от угла падения и поляризации.
При необходимости в фокусе объектива микроскопа размещают пространственный фильтр, например диафрагму с отверстием малого диаметра.
Рисунок А.2 - Типовая схема расположения оборудования
А.2.3 Оптика ввода излучения
Оптику ввода излучения (в большинстве случаев это объектив микроскопа, имеющий большое увеличение и большую числовую апертуру) располагают таким образом, чтобы ЧА светового луча превысила числовую апертуру ОВ. Это позволяет сфокусировать луч света на торцевой поверхности ОВ. Отклонение оптической оси луча света от оси ОВ должно быть не более 1°. Определяют разрешение оборудования по размеру фокусного пятна, которое должно быть наименьшим для достижения максимального разрешения, например менее 1,5 мкм.
А.2.4 Устройство для позиционирования по осям XYZ (перемещаемый координатный стол)
Оптику ввода излучения или ячейку устанавливают на трехосевое устройство позиционирования, способное перемещаться на расстояние, превышающее прогнозируемый диаметр ОВ. Разрешающая способность фокусной оси Z должна быть достаточной для того, чтобы фокус светового пятна на торцевом конце ОВ был достаточно резким и не приводил к ухудшению пространственного разрешения инструмента. Разрешающая способность двух других осей, X и Y, должна быть меньше половины размера сфокусированного пятна.
А.2.5 Блокирующий диск
Назначение блокирующего диска - обеспечивать попадание на детектор только света, который входит в ОВ и преломляется за пределами ОВ без внутреннего отражения или канализации внутри. ОВ может выполнять роль блокирующего диска в том случае, если оно достаточно длинное, чтобы его можно было изогнуть, отклоняя от оптической оси и сохраняя в нем весь канализируемый свет, но этого недостаточно. Частичное внутреннее отражение приводит к тому, что некоторое количество света на границе оболочка/масло будет отражаться в ОВ. Когда непреломленный свет достигает детектора, измеренная мощность возрастает, приводя к возникновению соответствующей отрицательной ошибки при определении показателя преломления.
Блокирующий диск предотвращает попадание стягиваемого конуса света на детектор и выбирается таким образом, чтобы преобладающая часть непреломленного света блокировалась, но пропускалось достаточно преломленного света для того, чтобы у измерительного устройства не ухудшалась характеристика сигнал/шум. Как правило, ЧА стягиваемого конуса выбирают таким образом, чтобы она приблизительно равнялась ЧА источника света на торцевой поверхности ОВ, деленной на .
А.2.6 Линзы для сбора света и детектор
Важно, чтобы измерялась вся мощность света, проходящего через блокирующий диск. Могут быть использованы системы больших конденсорных линз, параболические и эллиптические зеркала, детекторы с большой площадью, интегрирующие сферы и другие средства. При практической реализации находят компромиссные решения, касающиеся размера детектора и сложности оптической системы. Данная комбинация должна обеспечивать соответствие всей измеренной мощности света, введенной в ОВ; помехи в детекторе и значение динамической характеристики не должны существенно влиять на измерения.
Детектор должен быть чувствительным к длине волны источника света и иметь достаточно линейную характеристику в диапазоне прогнозируемых уровней оптической мощности. Усилители и преобразователи данных согласованы с детектором с целью установления определенного уровня выходного сигнала детектора и измерения соответствующих различий автоматически при сканировании измерительного стола.
А.2.7 Компьютерная система
Компьютер используют для сбора данных, обеспечивая управление устройством позиционирования и оцифровывание сигнала детектора. После сбора данных компьютер преобразует сигнал детектора в форму разницы значений показателя преломления (или абсолютного показателя преломления) путем проведения соответствующей калибровки.
А.2.8 Иммерсионная ячейка
Иммерсионная ячейка представляет собой ту среду, в которой находится ОВ и которая имеет достаточно высокий показатель преломления, такой, что свет, выходящий из ОВ, не может снова попасть в ОВ путем полного или частичного отражения. Крайне важно, чтобы оптическая среда, окружающая оболочку, имела оптический показатель преломления больше показателя преломления оболочки. С этой целью используют масла с соответствующим показателем преломления. Ячейка может иметь любую конструкцию, материал которой не влияет на преломление лучей, попадающих в оптику сбора света.
А.3 Отбор и подготовка образцов
Длина образца ОВ зависит от конструкции испытательного устройства. Но ни в коем случае свет не должен попадать на детектор непосредственно с выходного конца волокна (конец ОВ не находится в плоскости сканирования испытательного устройства).
Удаляют все покрытие с отрезка ОВ, погружаемого в ячейку с жидкостью.
А.4 Проведение испытаний
А.4.1 Нагрузка и центр ОВ
Образец ОВ помещают в ячейку и определяют приблизительно центр OB X f, Y f, используя, например, метод обратного освещения вольфрамовой лампой или сканирование двухкоординатного XY стола для поиска ОВ. Устанавливают стол таким образом, чтобы световой конус был отцентрирован и сфокусирован на торце ОВ.
Центрируют блокирующий диск на выходном конусе света, если этого требует конструкция испытательного устройства. Для многомодовых ОВ класса А помещают диск на оптическую ось, чтобы заблокировать моды утечки. Для одномодовых ОВ классов В и С размещают диск таким образом, чтобы получить оптимальное разрешение.
После центровки ОВ и выравнивания диска проводят линейные сканирования или полное растровое сканирование.
А.4.2 Линейное сканирование
Сканируют двухкоординатный стол при соответствующем угле : при 0° используют только ось Х, при 90° - только ось Y, при другом угле - сканирование по обеим осям (разрешающая способность по выбранной оси и предпочтительная разрешающая способность при сканировании будут ограничивать диапазон углов, доступных для сканирования). Диапазон сканирования должен распространяться за пределы оболочки по обеим сторонам от X f, Y f. Радиальный шаг сканирования выбирают таким образом, чтобы выборка значений изменения показателя преломления была достаточно точной для определения геометрических характеристик ОВ. В результате линейного сканирования получают массив значений мощности nS, где:
P i - массив значений обнаруженной мощности;
х i - массив тех значений радиуса, для которых получены значения мощности.
А.4.3 Растровое сканирование
Сканируют двухкоординатный стол по обеим осям, X и Y, в растре в диапазоне, достаточном для охвата оболочки по обеим осям. Шаг сканирования по осям X и Y выбирают таким образом, чтобы выборка значений изменения показателя преломления была достаточно точной для определения геометрических характеристик ОВ. В результате растрового сканирования получают массив значений мощности nS, где:
P j,i - массив значений обнаруженной мощности;
х i - массив тех координат по оси X, для которых получены значения мощности;
у j - массив тех координат по оси Y, для которых получены значения мощности.
А.4.4 Калибровка
Во время измерений угол падения пучка световых лучей изменяется в соответствии с показателем преломления в точке входа в ОВ (следовательно, изменяется и мощность света, проходящего через диск). При извлеченном ОВ из ячейки с жидкостью с известными показателями ее преломления и толщины ячейки это изменение угла может быть смоделировано перемещением диска вдоль оптической оси. Перемещением диска на заранее указанные позиции профиль показателя преломления может быть представлен посредством значений профиля относительного показателя преломления, определяя коэффициент калибровки дельты . Профили абсолютных показателей преломления, например n 1 и n 2, могут быть определены, если известны точные значения показателей преломления оболочки или жидкости при конкретной длине волны и температуре испытания.
Также должны быть определены геометрические коэффициенты масштабирования S X и S Y сканирующего стола (единица измерения - микрометр на интервал шкалы сканирующего стола). Они могут быть установлены путем сканирования сопоставимого эталона, например стеклянной хромированной сетки нитей, или сертификации микрометров сканирующего стола или индексаторов (целительно-поворотных столов), или другим соответствующим образом.
Многошаговый калибровочный эталон, который может находиться в национальных институтах стандартизации, также может быть использован для определения , S X и S Y.
А.5 Расчет показателя преломления
Профиль относительного показателя преломления (или
для растрового сканирования) определяют по формуле
,
(А.1)
где P ref - эталонный уровень мощности, который определяет, в каком месте профиля разница между значениями показателя преломления равна 0. Это может быть подходящая точка в профиле или характеристика измерительного устройства. Значение этой величины не должно влиять на последующие расчеты.
На рисунках А.3 и А.4 показан типовой профиль показателя преломления ОВ категории А1. На рисунке А.4 показатель преломления представлен в виде интенсивности уровня серого цвета, где более светлые цвета соответствуют большим значениям показателя преломления.
Рисунок А.3 - Типовой профиль показателя преломления ОВ категории А1, полученный при линейном сканировании
Рисунок А.4 - Типовой профиль показателя преломления ОВ категории А1, полученный при растровом сканировании
А.6 Расчеты
В приложениях С, D и Е массив сканированных значений показателя преломления уменьшают, заменяя на I.
А.7 Результаты
По результатам измерения можно определить следующие характеристики:
- диаметр сердцевины (только для многомодовых ОВ класса А);
- диаметр оболочки;
- неконцентричность сердцевины/оболочки;
- некруглость сердцевины (ОВ класса А);
- некруглость оболочки;
- максимальное теоретическое значение числовой апертуры;
- изменение показателя преломления;
- изменение относительного показателя преломления.
В дополнение к результатам, приведенным в разделе 11, в зависимости от установленных технических требований, указанных в заявке, должна быть предоставлена следующая информация:
- профили для установленных углов, откалиброванные для данной длины волны (профили показателей преломления);
- размещение оборудования и методика коррекции длины волны.
Если вы являетесь пользователем интернет-версии системы ГАРАНТ, вы можете открыть этот документ прямо сейчас или запросить по Горячей линии в системе.