186688. lajstromszámú szabadalom • Eljárás üvegszál átmérőjének és/vagy átmérő változásának mérésére Fabry-Perot rezonancia alapján és bernedezés az eljárás fonanatosítására
1 186 688 2 külön detektáljuk, a két beesési szöget úgy állítjuk be, hogy a detektált sugarak között előírt mértékű, célszerűen 90°-os fáziskülönbség legyen, és az üvegszál belsejében megtett úthosszát az üvegszál tengelyirányú folyamatos elmozdításával változtatjuk. Ennél az eljárásnál az egyik detektált jel alapján állandó szálátmérő tartására az üvegszál tengelyirányú sebességét, a másik detektált jel alapján pedig a sebességváltoztatás irányát szabályozzuk. Mindkét eljárást megoldásnál előnyös, ha a megvilágító lézernyalábnak az üvegszál tengelyére merőleges polarizációs síkja van. A találmány szerinti eljárás első foganatosítási módjának megvalósítására olyan berendezést hoztunk létre, amelynek állandó hullámhosszú lézere van, és ennek kimenő lézernyalábja útjában ezen lézernyaláb irányát két szélső helyzet között folyamatosan változtató szerv van, amelyről a két szélső helyzetben eltérített lézernyalábok a vizsgálandó üvegszál tengelyére merőleges egyenessel 30°-nál kisebb első és második szöget zárnak be és a tengelyt keresztezik, és az üvegszálról visszaszórt lézernyalábok útjában árnyékoló lemez helyezkedik el, amelyen az eltérített lézernyalábok síkját magába foglaló és a két szélső visszaszórt lézernyaláb közötti tartományban nyitott rés van, és a detektor az árnyékoló lemez mögött helyezkedik el. itt az irányváltoztató szervet célszerűen rezgőtükör képezi. Az irányváltoztatás megvalósítása leegyszerűsödik, ha az irányváltoztató szerv és az üvegszál között első lencse helyezkedik el, amelynek tengelye a két szélső eltérített lézernyaláb szögfelezőjébe esik, és az első lencsétől az üvegszál és az irányváltoztató szerv kimenete egyaránt kétszeres fókusztávolságban van, továbbá az üvegszál és a detektor között második lencse van, amely az üvegszáltól és a detektortól egyaránt kétszeres fókusztávolságra helyezkedik el és tengelye a két szélső visszaszórt lézernyaláb felezővonalába esik. A találmány szerinti eljárás második foganatosítási módjának megvalósítására is létrehoztunk egy további berendezést, amely állandó hullámhosszú lézerrel van ellátva, és ennek kimenő lézernyalábja útjában fényosztó helyezkedik el, az egyik osztott lézernyaláb útjában tükör van elrendezve, és az erről az üvegszál felé visszavert első lézernyaláb az üvegszál tengelyére merőleges egyenessel első szöget zár be, a fényosztó második osztott és az üvegszál felé visszavert lézernyalábja az említett egyenessel az első szöggel ellentétes értelmű és attól különböző második szöget zár be, továbbá az első és második lézernyaláb közös síkjában a tengelyre merőleges egyeneshez képest az első szöggel azonos nagyságú, de ellentétes értelmű irányban első detektor és ugyanebben a síkban a tengelyre merőleges egyeneshez képest a második szöggel azonos nagyságú, de ellentétes értelmű irányban második detektor van. Az átmérőváltozás előjelének (irányának) meghatározása érdekében előnyös, ha az első és második szög úgy van megválasztva, hogy az első és második detektorok által felfogott intenzitásjelek között adott nagyságú, előnyösen 90°-os fáziseltolódás van. A találmányt a továbbiakban kiviteli pdlda'k kapcsán, a rajz alapján ismertetjük részletesebben. A rajzon az l.ábra üvegszál nagyított keresztmetszeti képe, amelyen a megvilágító lézersugár és az irányába visszaszórt sugárösszetevők láthatók, a 2. ábra az i. ábrára merőleges vázlat, amely kismértékben megdöntött megvilágító sugarak visszaverődését szemlélteti, a szögértékek a szemléletesség kedvéért túlzottak, a 3. ábra az 3. ábrán vázolt megvilágítás mellett keletkező távoltéri intenzitás értékét szemlélteti a szórási'szög függvényében hossz- és keresztirányú polarizáció esetén, a 4. ábra az üvegszál különféle megdöntésénél különböző szórási szögekben keletkező interferencia csíkok képződését szemléltető vázlat, az 5. a, b és a 4. ábrán vázoltaknak megfelelően, az c ábrák üvegszál pásztázott megdöntésekor keletkező interferencia fényképek különböző polarizációs síkok és szálátmérők esetén, a 6 ábra a találmány szerinti eljárás első foganatosítási módját szemléltető mérési elrendezés vázlata, a 7 ábra a találmány szerinti eljárás második foganatosítási módját szemléltető mérési elrendezés vázlata, és a 8. ábra a 7. ábrán vázolt első és második detektor kimenetijeiének az időfüggvénye. Az 1. ábrán kétszeres bevonattal ellátott 10 üvegszál lézerfénnyel való megvilágításakor a 180°-os szögbe visszaszórt sugarakat szemléltettük. A 10 üvegszál tengelyére merőleges megvilágító L lézersugarakat az 1. ábrán párhuzamos nyilakkal szemléltettük. A megvilágító nyaláb I sugarai merőlegesen esnek a 1} üvegszál felületének középső szakaszára, és az 1 sugarak egy része a külső felületről, más részük pedig az átellenes belső felületről 180°-os szögben II sugárként visszaverődik. A megvilágító nyaláb III sugarai a bevonatokon történő többszörös törés és az átellenes felületen való visszaverődés után szintén 180°-os szögben verődnek vissza, végül a 10 üvegszálra érintőirányban beeső IV sugarak a felület mentén felületi optikai hullámként haladva az átmérősen ellentétes oldalon is kile'pnek a 10 üvegszálból. \ 180°-os szögben visszaszórt I-1V sugarak közül az I és II sugarak intenzitása a legnagyobb, de a III és IV sugaraké sem elhanyagolható. Az I—II sugarak egymással interferenciába lépnek Fabry-Perot rezonanciákat hozva létre, mert az üvegszál középső része majdnem plánparallel elrendezésűnek tekinthető. A 2. ábra az 1. ábrára merőleges irányból vetített vázlat, amelynél a megvilágító L lézersugár a B beesési merőlegessel a szöget zár be. A 10 üvegszál külső rétegének ni törésmutatója és ti vastagsága, a középsőnek n2 törésmutatója és t2 vastagsága van, és a belső mag n3 törésmutatóval és 2r átmérővel rendelkezik. A iO üvegszálnak külső d átmérője van. Az a szögben beeső L lézersugár a bevonatokon megtörik és a belső magban haladási iránya a B beesési merőlegessel ß szöget zár be. A ß szög a bevonatokra is közelítőleg érvényes, mert a rétegek vékonyak. Ha a 180°-os irányba visszaszórt I--IV sugarak eredő intenzitását vizsgáljuk az 1. ábrán vázolt szórási 0 szög függvényében, akkor a 3. ábrán látható függvényt kapjuk. A teljes vonallal kihúzott görbe esetén az L lézersugarak polarizációs síkja párhuzamos a 10 üvegszál tengelyével és a pontozott vonallal kihúzott görbe esetén 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
