186688. lajstromszámú szabadalom • Eljárás üvegszál átmérőjének és/vagy átmérő változásának mérésére Fabry-Perot rezonancia alapján és bernedezés az eljárás fonanatosítására
1 186 688 2 A találmány tárgya eljárás üvegszál átmérőjének és/vagy átmérő változásának mérésére Fabry—Perot rezonancia alapján és berendezés az eljárás foganatosítására. A találmány szerinti megoldás elsősorban a 10- 150 jum átmérőjű bevonatlan vagy bevonattal ellátott üvegszálak átmérőjének nagypontosságú mérésére használható. Vékony üvegszálak átmérőjének mérésére már több eljárás ismert. L. S. Watkins „Control of Fiber Manufacturing Processes” (Proc. of IEEE, Vol. 70. No. 6, June 1982, pp. 626-634) c. cikkében az átmérő mérésére olyan eljárást ismertet, amelynél az üvegszálat a tengelyére merőleges irányból lézerfénnyel megvilágítják és az előreszűrt fénysugarak intenzitásának szögeloszlását nagyszámú fotodióda segítségével érzékelik és számítógéppel elemzik. Ez az eljárás az átmérő mérését 0,25 /um-es pontossággal teszi lehetővé, de csak kimondottan kis átmérőjű szálakhoz használható, mert az átmérő növelésekor az interferencia csíkok száma rohamosan növekszik, ami a kiértékelést nehezíti. Jó felbontóképesség eléréséhez nagyszámú (kb. 1000) fotodióda alkalmazása szükséges, és ez, valamint a mikroprocesszor használata az eljárást költségessé teszi. Az idézett cikkben az átmérő mérésére ismertetnek egy másik eljárást is, amelynél a mérendő szálat egy fókuszált vagy fókuszálatlan lézersugárral a tengelyére merőleges síkban pásztázzák, a lézersugarat a szál mögött detektorral érzékelik, és azt a negatív impulzust elemzik, amely a szál által okozott árnyékból származik. Ezen impulzus időtartama a pásztázási sebesség ismeretében jellemző a szál átmérőjére. Ennek a mérésnek a pontossága ± 0,5 jum körül van, és ez az érték az átmérő csökkenésével kedvezőtlenebbé válik. Üvegszálak gyártása és ellenőrzése során az itt leírtaknál nagyobb mérési pontosságra van szükség. Egy erre alkalmas mérési módszert ismertet A. Ashkin, J. M. Dziedzic és R. H. Stolen; „Outer diameter measurement of low birefringsence optical Fibers by a new resonant backscatter technique” c. cikkében (Applied Optics, Vol. 20, No. 13, July 1981, pp. 2299-2303). Ezt a módszert közeltéri rezor.áns visszaszórásos eljárásnak nevezték, amely hangolt hullámhosszú lézerfénnyel megvilágított szálról visszaszórt fényből származó Fabry- Perot és a felületi hullámok rezonanciáinak detektálásán alapul. A Fabry-Perot rezonanciák vizsgálata alapján vastag hírközlési üvegszál átmérőjének összehasonlító mérésénél 0,01 jum-es pontosság adódott. A közeltéri rezonáns visszaszórásos eljárásnál bevonatlan üvegszálat a tengelyére merőleges irányból világítják meg egy sugárosztőn keresztül lézerfénnyel, majd az ugyanebbe az irányba visszaszórt sugarakat a sugárosztó révén egy képalkotó rendszerhez (mikroszkóphoz) irányítják és előállítják az üvegszál nagyított képét. A képsíkon a Fabry-Perot rezonanciába lépő sugarak és a felületi hullámból tengelyirányban visszaszórt sugarak elkülönülten jelennek meg és réssel a vizsgálandó sugarakat kiválasztják. Az elkülönített, csak azonos típusú vlsszaszórásból származó sugaraknak a hullámhossz hangolásakor keletkező minimumait és maximumait érzékelik, és ebből számítják ki az átmérőt. Bár a módszer pontossága igen nagy, alkalmazásánál (különösen kis átmérők esetén) az alábbi nehézségek lépnek fel. Az igen nagy nagyítást igénylő leképzés miatt a szál legkisebb mértékű és a gyakorlatban nem 2 megakadályozható elmozdulása is azt eredményezi, hegy a visszaszórt sugarak a réshez képest eltolódnak és így a mérés nem végezhető el, vagy hamis minimumok adódnak. Ez a nehézség a szálátmérő csökkenésekor 5 fokozott mértékben fellép, hiszen egyrészt az egészen vékony szálak rezgési hajlama nagyobb, másrészt kisebb átmérőnél nagyobb nagyítást kell alkalmazni. Az elmozdulás iránti érzékenységen kívül a sugárosztó jelenléte sem kedvező, mert a megvilágító fényhez ké- 10 pest igen kis intenzitású visszaszórt fény erősségét a sugárosztó által okozott mintegy 4-szeres csillapítás továbbcsökkenti. A közeltéri rezonáns visszaszórásos eljárás egyszeresen vagy többszörösen bevont üvegszálak átmérőjének vizs- 15 gálatára a bevonatok által előidézett optikai hatások miatt csak mérsékelten alkalmas. A képtovábbítás céljából használt üvegszálak általában kettős bevonattal rendelkeznek és átmérőjük a 10-20 jum-es tartományba esik. 20 A közeltéri visszaszórásos eljáráshoz szükséges hangolható hullámhosszúságú lézer fényforrás annak magas ára miatt az eljárás felhasználási körét korlátozza. A fentiekben leírt ismert átmárőmeghatározási módszerek a szálátmérőt nem képesek a gyártási folyamat 25 alatt kellő pontossággal meghatározni, amikor még a gyártási folyamatba való beavatkozással az előírttól eltérő átmérőjű szabik előállítása megakadályozható lenne. A találmány feladata olyan eljárás és berendezés létrehozása üvegszálak átmérőjének és/vagy átmérőváltozásai- 30 nak meghatározására, amely szükségtelenné teszi hangolható hullámhosszúságú lézer alkalmazását, a Fabry- Perot rezonancia közeltéri leképezését, és amely kielégítő pontosságot biztosít az átmérő mérésénél és lehetővé teszi az üvegszál gyártásánál értéktartó szabályozás 35 kiépítését. A találmány eljárásra vonatkozik, amelynek során a vizsgálandó üvegszálat oldalirányból lézernyalábbal megvilágítjuk, és az üvegszálról visszaszórt sugarak közül meghatározott visszaszórt lézernyalábba esőket detektá- 40 lünk, és a találmány szerint az üvegszálat a hossztengelyére merőleges egyenessel kis szöget bezáró, állandó hullámhosszú lézernyalábbal világítjuk meg, és a detektálandó visszaszórt lézernyalábot, úgy választjuk ki, hogy az a hossztengelyre merőleges egyenessel az. említett 45 szöggel azonos nagyságú, de ellentétes értelmű szöget zár be, ennek a kiválasztott visszaszórt lézernyalábnak a távoltéri intenzitását dektektáljuk, és eközben az üvegszál belső felületéről visszaszórt detektálandó sugaraknak az üvegszál belsejében megtett úthosszát változtatjuk. 50 Az eljárás egy. foganatosítási módjánál az üvegszálban megtett úthosszát a megvilágító lézernyaláb irányának két szélső áliapot közötti folyamatos állításával változtatjuk, és az átmérőt a detektált intenzitás szélsőértékei, valamint a megvilágítandó lézernyalábnak ezen intenzi- 55 tás szélsőértékekbez tartozó szöghelyzetei alapján határozzuk meg. A megvilágító lézernyaláb a két szélső helyzet között az üvegszál tengelyére merőleges egyenessel legfeljebb a 0,5° és 30° közötti szögtartományon belül változó 00 szöghelyzetet vehet fel. A találmány szerinti eljárás egy másik foganatosítási módjánál a megvilágító lézernyalábot megosztva az üvegszálat két lézernyalábbal világítjuk meg, amelyekhez különböző beesési szög (aI, a2) tartozik, a két meg- 65 világító lézernyalábról a visszaszórt sugarakat külön-
