187230. lajstromszámú szabadalom • Eljárás üvegszál átmérőjének mérésére a rezonáns visszaszórásos módszer felhasználásával és mérési elrendezés az eljárás foganatosítására
187 230 A találmány tárgya eljárás üvegszál átmérőjének mérésére a rezonáns visszaszórásos módszer felhasználásával és mérési elrendezés az eljárás foganatosítására. A találmány szerinti megoldás elsősorban a 10— 150 /im 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 előreszórt fénysugarak intenzitásának szögeloszlását a nagyszámú fotodióda segítségével érzékelik és számítógéppel elemzik. Ez az eljárás az átmérő mérését 0,25 qm-es pontossággal teszi lehetővé, de csak kimondottan kisátmérőjű 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 /int 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 birefringence 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 rezonáns visszaszórásos eljárásnak nevezték, amely hangolt hullámhosszú lézerfénnyel megvilágított szálról visszaszórt fényből származó Fabry-Perot és felületi hullámok rezonanciáinak detektálásán alapul. A Fabry-Perot rezonanciák vizsgálata alapján vastag hírközlési üvegszál átmérőjének összehasonlító mérésénél 0,01 /um-es pontosság adódott. A közeltéri rezonáns visszaszórásos eljárásnál bevonatlan üvegszálat a tengelyére merőleges irányból világítják meg egy sugárosztón 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 visszaszórásból származó sugaraknak a hullámhossz hangolásakor keletkező minimumait és maximumait érzékelik, és ebből számítják ki az átmérőt. 3 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 megakadályozható elmozdulása is azt eredményezi, hogy a visszaszórt sugarak a réshez képest eltolódnak és így a mérés nem végezhető el, vagy hamis minimumok adódnak. Ez a nehézség a szálátmérő csökkenésekor 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 képest igen kis intenzitású visszaszórt fény erősségét a sugárosztó által okozott mintegy 4-szeres csillapítás tovább csökkenti. A közeltéri rezonáns visszaszórásos eljárás egyszeresen vagy többszörösen bevont üvegszálak átmérőjének vizsgálatára a bevonatok által előidézett optikai hatások miatt csak mérsékelten alkalmas. A képtovábbítás céljából használt üvegszálak általában kettős bevonattal rendelkeznek és átmérőjük a 10—20 A^m-es tartományba esik. Ilyen üvegszálak átmérőjének mérése ezzel az ismert módszerrel csak nagyon nehezen végezhető el. A találmány feladata olyan eljárás létrehozása üvegszál átmérőjének mérésére, amely megfelelő pontosságú mérést tesz lehetővé kis- és nagyobb átmérőjű bevont és bevonatlan üvegszálaknál egyaránt, és amelynél nem lépnek fel a közeltéri leképzésből és a vázolt egy éb okokból adódó problémák. A találmány tárgya tehát eljárás üvegszál átmérőjének mérésére a rezonáns visszaszórásos módszer felhasználásával, amelynek során az üvegszálat lézerfénynyel megvilágítjuk, a róla visszaszórt fényből adott irányba eső, kis térszög által befogott visszaszórt sugarak intenzitását detektáljuk, a lézerfény hullámhosszát adott sávon belül folyamatosan változtatjuk és az átmérőt a detektált intenzitás szélső értékeihez tartozó hullámhosszak alapján határozzuk meg, és a találmány szerint a megvilágító lézersugár és a detektálandó visszaszórt sugarak útjait a megvilágító lézersugárnak az üvegszál tengelyvonalára merőleges irányhoz viszonyított megdöntésével és/vagy az említett adott irány és a megvilágító lézersugár irányának az üvegszál tengelyére merőleges síkban történő elválasztásával elkülönítjük, és a detektálást a visszaszórt sugaraknak a leképzés nélkül nyert távoltéri (együttes) intenzitása alapján végezzük. A találmány szerinti eljárás a megvilágító lézersugár és a detektálandó visszaszórt sugarak útjainak kismértékű elkülönítésével szükségtelenné teszi sugárosztó alkalmazását, ami önmagában mintegy négyszeres intenzitás növekedést eredményez. A távoltéri eredő intenzitás detektálása a mérést legjobban zavaró leképzést teszi szükségtelenné, bár a kiválasztott sugarak helyett az eredő sugárkép detektálása nehézségeket is okoz különösen bevont szálak esetén, amelyeket azonban a kiértékelés során minimálisra lehet csökkenteni. A Fabry-Perot rezonanciákat befolyásoló egyéb visszaszórt sugarak hatásának csökkentése szempontjából előnyös, ha a megvilágító lézersugár polarizá-4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
