VDI VDE 5570 Blatt 2-2006 Testing of connectorised and non-connectorised polymer optical fibres - Testing of optical parameters.pdf

1、VEREINDEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DERELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKPrfung von konfektioniertenund unkonfektioniertenKunststoff-Lichtwellenleitern (POF)Prfverfahren fr optische KennwerteTesting of connectorisedand non-connectorised polymer optical fibresTesting of optical parametersVDI/VD

2、E 5570Blatt 2 / Part 2Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/VDE-Handbuch Optische TechnologienVDI/VDE-Handbuch Mikro- und FeinwerktechnikVDI/VDE-Handbuch Mess- und Automatisierungstechnik, Band 2: Fertigungstechnisches MessenVDI/VDE-RICHTLINIENICS 33.180.01Mrz 2006March 2006Inhalt SeiteVorbe

3、merkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1 Messmittel und Prfparameter . . . . . . . 21.2 Standardisierung der POF-Messtechnikmit Parameterstzen . . . . . . . . . . . . 32Dmpfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.1 Referenzmessung

4、en unterLaborbedingungen . . . . . . . . . . . . . 82.2 Prfung installierter POF vor Ort. . . . . . 102.3 Prfung in der Produktion . . . . . . . . . 123 Numerische Apertur (NA bzw. AN) . . . . . . . 144 Prinzipien der Kalibrierung . . . . . . . . . . 235 Hinweis zur Genauigkeit . . . . . . . . . . .

5、 . 24Schriftum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26A1 Kalibrierung von Dmpfungsprfsystemen 26A2 Fhigkeit von Prfsystemen fr optische Kennwerte . . . . . . . . . . . . 26A2.1 Nachweis der Prfsystem-eigenschaften. . . . . . . . . . . . .

6、 27A2.2 Nachweis der Wiederholgenauigkeit 32A3 Sonstige Prfungen . . . . . . . . . . . . . 32A4 Herstellung von Referenzfasern . . . . . . 33A5 Zusammenhang von Prfgrenzwert, Toleranzen und Powerbudget . . . . . . . . 33A6 Vorgehensweise zur Ermittlung des Prf-grenzwertes und der Mindestreserveunter

7、 Bercksichtigung der Messtoleranzen. 38A7 Einflussgren auf die Genauigkeit vonDmpfungsmessungen . . . . . . . . . . . 39Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. No guarant

8、ee can be given with respect to the English transla-tion. The German version of this guideline shall be taken asauthoritative.VDI-Kompetenzfeld Optische TechnologienVDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)Arbeitskreis Prfung von Kunststoff-LWLFrhere Ausgabe: 02.03 Entwurf,deutsch

9、Former edition: 02/03 Draft, in German onlyZu beziehen durch / Available at Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure,Dsseldorf 2006Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 General . . . . . . . . . . . . . .

10、 . . . . . . . 21.1 Measuring equipment and test parameters . 21.2 Standardization of POF metrology usingsets of parameters . . . . . . . . . . . . . 32Attenuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.1 Reference measurements underlaboratory conditions . . . . . . . . . . . . 82.2 In-situ test o

11、f installed POFs . . . . . . . . 102.3 Testing in series . . . . . . . . . . . . . . 123 Numerical aperture (NA or AN) . . . . . . . . 144 Principles of calibration . . . . . . . . . . . . 235 Notes on accuracy . . . . . . . . . . . . . . . 24Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25An

12、nex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26A1 Calibration of attenuation test systems. . . 26A2 Capability of test systems with respect to optical characteristics . . . . . . 26A2.1 Proof of test system characteristics . . . . . . . . . . . . 27A2.2 Proof of repeatability . . . . . . . . 32

13、A3 Further tests . . . . . . . . . . . . . . . . 32A4 Preparation of reference fibres . . . . . . . 33A5 Interrelationship between test limittolerances, and power budget. . . . . . . . 33A6 Procedure for determining the test limitand the minimum reserve taking into account the measurement tolerances

14、 . . . . 38A7 Quantities influencing the accuracy of attenuation measurements . . . . . . . . 39B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2006 2 VDI/VDE 5570 Blatt 2 / Part 2SeiteA8 Sonstige Fehlermglichkeiten inDmp

15、fungsprfsystemen . . . . . . . . . 40A9 Dmpfungskennwerte aus den fertigungs-technischen Toleranzen der Komponenten 41A10 Spektrale Korrektur der Messwerte. . . . . . . . . . . . . . . . . 42A11 Einfluss der Modenverteilung aufDmpfungsmessungen . . . . . . . . . . 50A12 Literaturhinweise zum Thema N

16、umerische Apertur (NA oder AN) . . . . 52VorbemerkungDie vorliegende Richtlinie beschreibt Prfver-fahren fr optische Kennwerte von konfektioniertenund unkonfektionierten Kunststoff-Lichtwellenlei-tern. Sie gilt nur in Verbindung mit der RichtlinieVDI/VDE 5570 Blatt 1.1 AllgemeinesIn dieser Richtlini

17、e werden Anforderungen an dieoptische Messtechnik gestellt, gertetechnische Stan-dards definiert und Verfahren zur praktischen ber-prfung der oben genannten Anforderungen ange-geben.1.1 Messmittel und PrfparameterNachstehend eine Liste der wesentlichen Prfsystem-eigenschaften: 1 Messsender 1.1 Peakw

18、ellenlnge des Prflichts 01.2 Halbwertsbreite FWHM(FWHM = full width athalf maximum = 50%-Breite)1.3 Rumliche Abstrahlcharakteristik (entsprichtAN)1.4 Sendeleistung und ihre Temperaturstabilitt2 Stabilitt der Abstrahlcharakteristik in Ausbrei-tungsrichtung3 Einkoppelgeometrie4 Auskoppelgeometrie5 Mes

19、sempfnger5.1 Gre der optisch aktiven Flche5.2 Linearitt im Messbereich des Systems5.3 Eignung fr den Wellenlngenbereich desSystems5.4. Maximal detektierbarer Lichteinfallswinkel6 Spektrale Korrektur (siehe Anhang A2.10)SeiteA8 Other potentials for errors inattenuation test systems . . . . . . . . .

20、40A9 Attenuation characteristics from production tolerances of the components 41A10 Spectral correction of the measurement results . . . . . . . . . . . 42A11 Influence of mode distribution on attenuation measurements . . . . . . . . 50A12 Bibliography on numerical aperture(NA or AN) . . . . . . . .

21、 . . . . . . . . 52Preliminary noteThe guideline at hand describes methods for testingoptical characteristics of connectorised and non-con-nectorised polymer optical fibres. It is only valid incombination with guideline VDI/VDE 5570 Part 1.1 GeneralThis guideline specifies requirements to be met byo

22、ptical metrology, defines instrumentation standards,and describes methods for practical verification of theabove-mentioned requirements.1.1 Measuring equipment and test parametersThe essential characteristics of a test system are listedbelow:1 Measurement transmitter1.1 Peak wavelength of test light

23、 01.2 Full width at half maximum FWHM1.3 Radiation pattern (corresponds to AN)1.4 Transmitted power and temperature stability2 Stability of radiation pattern in the direction ofexpansion3 Launch geometry4 Output geometry5 Measurement receiver5.1 Optically active surface area5.2 Linearity over the wo

24、rking range of the system5.3 Suitability for the range of wavelengths of thesystem5.4 Maximum detectable angle of light incidence6 Spectral correction (see Annex A2.10)B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2

25、006 VDI/VDE 5570 Blatt 2 / Part 2 3 Anmerkung 1: Grundstzlich werden bei der Produktprfung dietypischen Eigenschaften des Prflings laut Spezifikation geprft.Im Fall von Kunststoff-LWL sind diese jedoch derart vielfltig,dass Bezug zur spteren Anwendung des Produktes sinnvoll ist(z.B. = f (, Modenvert

26、eilung), das heit Prfung der Dmpfungbei der Wellenlnge und der Modenverteilung, die im spteren An-wendungsfall relevant ist). Anmerkung 2: Bei der Prfung sind zwei Arten von Toleranzen zuunterscheiden und getrennt in der Leistungsbilanz (Powerbudget)der Anwendung zu bercksichtigen: Toleranz des Prfl

27、ings undToleranz des Prfsystems.Anmerkung 3: Ein- und Auskoppelgeometrie werden systemab-hngig gewhlt.Anmerkung 4: Um eine mglichst hohe Messgenauigkeit zu erhal-ten, soll whrend der Serienprfung (siehe Abschnitt 2.3) dieStecksystemtoleranz ausgeklammert bleiben, das heit, die Ferru-len drfen einzel

28、n gefangen werden (siehe Bild 1: hier entfallendie x, y, z-Lagetoleranzen der Ferrule zum Stecker).1.2 Standardisierung der POF-Messtechnikmit ParameterstzenUm die erforderliche Vergleichbarkeit der Messwertezu erreichen, wird im Folgenden die POF-Messtech-nik mit Hilfe von so genannten VDI/VDE 5570

29、 Pa-rameterstzen“ standardisiert. Diese Sprachregelung ermglicht Prfsystem-Her-stellern, Einkufern und Anwendern effiziente Kom-munikation, indem die Vielfalt der in der Praxis auf-tretenden Parameterkombinationen reduziert wird. Dabei wird jeder der unter Abschnitt 1.1 aufgeliste-ten Prfsystemeigen

30、schaften ein der spteren An-wendung der zu prfenden POF entsprechender Wertzugeordnet. Damit wird Praxisrelevanz erreicht, undz.B. verhindert, dass eine POF, die spter das Lichteiner grnen LED bertragen soll, etwa mit demLicht eines roten Diodenlasers berprft wird. (Auf die theoretischen Mglichkeite

31、n einer solchenPrfung mit praxisfremdem Licht wird hier nicht n-her eingegangen. Eine derartige Vorgehensweisewird grundstzlich nicht empfohlen.) Anmerkung: Falls sich weitere breite Anwendungsflle mit neuenParameterkombinationen ergeben, wenden Sie sich bitte mit einemVorschlag fr einen weiteren Pa

32、rametersatz an den:Verein Deutscher Ingenieure e.V.Kompetenzfeld Optische TechnologienGraf-Recke-Strae 8440239 Dsseldorf Note 1: As a matter of principle, product tests serve to verify com-pliance of the typical characteristics of the specimen with its spec-ification. In the case of POFs, however, t

33、he variety of product char-acteristics is such that it is convenient to relate tests to the intendedapplication of the product (e.g. = f (, mode distribution), i.e. testof attenuation at the wavelength and mode distribution relevant tothe intended application).Note 2: Two types of tolerances must be

34、 distinguished when per-forming tests, and must be considered separately in the powerbudget of the application: tolerance of the specimen and toleranceof the test system.Note 3: The launch and output geometries are chosen depending onthe system.Note 4: In order to obtain the best possible accuracy o

35、f measure-ment, the connector system tolerance shall, if possible, be excludedduring series testing (see Section 2.3). This means that the ferrulesmay be fixed individually. (See Figure 1: Tolerances in relativeposition of the ferrule with respect to the connector do not arise.)1.2 Standardization o

36、f POF metrology usingsets of parametersBelow, POF metrology is standardized by using so-called ”parameter sets as per VDI/VDE 5570“ in or-der to obtain the required comparability of the meas-ured values.By reducing the multitude of parameter combinationsencountered in practice, this convention allow

37、s themanufacturers of test systems, purchasing agents,and users to communicate efficiently.To this end, each of the characteristics of a test sys-tem, listed under Section 1.1, is allocated a value cor-responding to the intended application of the POF un-der test. This ensures practical relevance, a

38、ndprevents, e.g., that a POF intended to transmit thelight of a green LED is tested using the light of a reddiode laser.(The theoretical potential of such testing with im-practical light are not discussed in detail here. As amatter of principle, such a procedure is not recom-mended.)Note: If further

39、 widely used applications arise, requiring new para-meter combinations, please propose a new parameter set to:Verein Deutscher Ingenieure e.V.Kompetenzfeld Optische TechnologienGraf-Recke-Strae 8440239 DsseldorfGERMANYBild 1. Beispiel einer Lagetoleranz-unabhngigen Prfadaption Figure 1. Example of t

40、est adaptation independent of position tol-erancesB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2006 4 VDI/VDE 5570 Blatt 2 / Part 2Jeder Anwender muss selbst entscheiden, ob und mitwelchem Parametersatz die ihm vorlieg

41、ende Prfauf-gabe lsbar ist. Die unten genannten Anwendungs-flle dienen nur der Orientierung.Sofern aus den konkreten Gegebenheiten der Prfauf-gabe widersprechende Fakten resultieren, werden dieAbweichungen dokumentiert, alle Gerte den Abwei-chungen entsprechend kalibriert und gekennzeichnet,und es w

42、ird bei jeder Verwendung der Messwerte aufdie dokumentierten Abweichungen verwiesen.Der Hersteller eines Prfsystems dokumentiert dieToleranzen dieser Parameter gem Abschnitt 1.1bzw. deren Einfluss derart, dass ohne weitere Recher-chen eine Fehlerbetrachtung gem Anhang A5 bzw.Anhang A6 durchgefhrt we

43、rden kann.Derzeit definierte Parameterstze:Parametersatz 1 (z.B. fr POF-Netze im Kfz-Be-reich)Parametersatz 2 (z.B. fr POF-Verbindungen inder Automatisierungs- und Gebudenetztechnik)Definition des VDI/VDE-5570-Parametersatzes 1:Kfz-Anwendungen1Messender1.1 Peakwellenlnge des Prflichts 0: 650 nm 10 n

44、m (temperaturstabil)1.2 Halbwertsbreite FWHM: 25 nm 5 nm1.3 Rumliche Abstrahlcharakteristik (entspricht AN): 0,50 0,02 ideal: UMD; real: gleichmige Modenvertei-lung im Akzeptanzbereich der POF 20 %1.4 Sendeleistung, temperaturstabilisiert: 15 dBm (berwacht und geregelt)2 Stabilitt der Abstrahlcharak

45、teristik in Aus-breitungsrichtung (entfllt auf Grund kurzer POF-Lngen)Anmerkung 1: Da die reproduzierbare Anwendung vonModenmischern vermutlich die Vorgabe eines Faserherstel-lers erfordern wrde, wird dieser Weg im Rahmen dieserRichtlinie nicht beschritten. Anmerkung 2: Die genaue Lnge des Pig-tail

46、ist zweitran-gig, weil die Eignung des Prfsystems in Bezug auf dieLichtcharakteristik im Rahmen der Fhigkeitsuntersuchungnachzuweisen ist.3 EinkoppelgeometrieAbstand in z-Richtung (Faserachse) ohneExzentrizittsprfung: nicht nher spezifiziertAnmerkung: Der z-Abstand ist so zu whlen, dass die b-rigen

47、Anforderungen, insbesondere bezglich Ab-strahlcharakteristik (Modeneinkopplung), erfllt werden.Abstand in z-Richtung mit Exzentrizittspr-fung: 0,02 mm z 0,1 mm The user will have to decide in each case whether thetesting task at hand can be solved, and, if so, which isthe appropriate parameter set t

48、o be used. The applica-tions listed below are for guidance only.Where actual conditions of the testing task result incontradictory facts, deviations shall be documented,all equipment shall be calibrated in accordance withthe deviations and shall be labelled, and referenceshall be made to the documen

49、ted deviations whereverthe measured values are used.The manufacturer of a test system shall document thetolerances of these parameters as per Section 1.1, orthe influence of these tolerances, in such a mannerthat errors can be analysed in accordance withAnnex A5 or Annex A6 without further research.Currently specified sets of parameters:Parameter set 1 (e.g. for POF networks in motorvehicles)Parameter