DIN EN 61300-3-43-2010 Fibre optic interconnecting devices and passive components - Basic test and measurement procedures - Part 3-43 Examinations and measurements - Mode transfer .pdf

1、Februar 2010DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 14DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 33

2、.180.20!$*;“1560724www.din.deDDIN EN 61300-3-43Lichtwellenleiter Verbindungselemente und passive Bauteile Grundlegende Prf- und Messverfahren Teil 3-43: Untersuchungen und Messungen Messung derModen-Transferfunktion bei Lichtwellenleiterquellen(IEC 61300-3-43:2009);Deutsche Fassung EN 61300-3-43:200

3、9Fibre optic interconnecting devices and passive components Basic test and measurement procedures Part 3-43: Examinations and measurements Mode transfer function measurement forfibre optic sources (IEC 61300-3-43:2009);German version EN 61300-3-43:2009Dispositifs dinterconnexion et composants passif

4、s fibres optiques Mthodes fondamentales dessais et de mesures Partie 3-43: Examens et mesures Mesures de la fonction de transfert de modes pour lessources fibres optiques (CEI 61300-3-43:2009);Version allemande EN 61300-3-43:2009Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beut

5、h.deGesamtumfang 19 SeitenDIN EN 61300-3-43:2010-02 2 Beginn der Gltigkeit Die von CENELEC am 2009-04-01 angenommene EN 61300-3-43 gilt als DIN-Norm ab 2010-02-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN IEC 61300-3-43:2007-10. Fr diese Norm ist das nationale Arbeitsgremium UK 412.7

6、LWL-Verbindungstechnik und passive optische Komponenten“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom SC 86B Fibre optic interconnecting devices and passive components“ erarbeitet. Das IEC-Kom

7、itee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem Datum (maintenance result date) unverndert bleiben soll, das auf der IEC-Website unter http:/webstore.iec.ch“ zu dieser Publikation angegeben ist. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation b

8、esttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. Fr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung auf eine Norm ohne Angabe des Ausgabedatums und ohne Hinweis auf eine Abschnittsnummer, eine Tabelle, ein Bild usw.) bezieht sich die Verweisung auf die jeweil

9、s neueste gltige Ausgabe der in Bezug genommenen Norm. Fr den Fall einer datierten Verweisung im normativen Text bezieht sich die Verweisung immer auf die in Bezug genommene Ausgabe der Norm. Der Zusammenhang der zitierten Normen mit den entsprechenden Deutschen Normen ergibt sich, soweit ein Zusamm

10、enhang besteht, grundstzlich ber die Nummer der entsprechenden IEC-Publikation. Beispiel: IEC 60068 ist als EN 60068 als Europische Norm durch CENELEC bernommen und als DIN EN 60068 ins Deutsche Normenwerk aufgenommen. EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN 61300-3-43 April 2009 ICS 33

11、.180.20 Deutsche Fassung Lichtwellenleiter Verbindungselemente und passive Bauteile Grundlegende Prf- und Messverfahren Teil 3-43: Untersuchungen und Messungen Messung der Moden-Transferfunktion bei Lichtwellenleiterquellen (IEC 61300-3-43:2009) Fibre optic interconnecting devices and passive compon

12、ents Basic test and measurement procedures Part 3-43: Examinations and measurements Mode transfer function measurement for fibre optic sources (IEC 61300-3-43:2009) Dispositifs dinterconnexion et composants passifs fibres optiques Mthodes fondamentales dessais et de mesures Partie 3-43: Examens et m

13、esures Mesures de la fonction de transfert de modes pour les sources fibres optiques (CEI 61300-3-43:2009) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2009-04-01 angenommen. Die CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter

14、 denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Zentralsekretariat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische N

15、orm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die

16、offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, R

17、umnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique

18、Zentralsekretariat: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2009 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 61300-3-43:2009 DDIN EN 61300-3-43:2010-02 EN 61300-3-43:2009 Vorwort Der Text des Schrifts

19、tcks 86B/2780/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe von IEC 61300-3-43, ausgearbeitet von dem SC 86B Fibre optic interconnecting devices and passive components“ des IEC TC 86 Fibre optics“, wurde der IEC-CENELEC Parallelen Abstimmung unterworfen und von CENELEC am 2009-04-01 als EN 61300-3-43 angenommen. Nachs

20、tehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennung bernommen werden muss (dop): 2010-01-01 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (do

21、w): 2012-04-01 Der Anhang ZA wurde von CENELEC hinzugefgt. Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 61300-3-43:2009 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. 2 DIN EN 61300-3-43:2010-02 EN 61300-3-43:2009 Inhalt SeiteVorwort .2 1 Anwendungsbereich.4 2

22、 Normative Verweisungen .4 3 Allgemeine Beschreibung 4 4 Theoretische Grundlagen.4 4.1 Alternatives Verfahren6 4.2 Moden-Leistungsverteilung 6 4.3 Randbedingungen6 5 Prfaufbau7 5.1 Allgemeines7 5.2 Prfling .8 5.3 Positioniereinrichtung fr Prflinge 8 5.4 Optisches System 8 5.5 Kamera.8 5.6 Video-Digi

23、talisierungsgert 9 5.7 Kalibrierung 9 6 Verfahren9 6.1 Aufnahme und Ausrichtung des Prflings9 6.2 Optimierung10 6.3 Datenerfassung10 7 Berechnungen 10 7.1 Subtraktion des Untergrundpegels.10 7.2 Lage des Schwerpunkts des Intensittsprofils.10 7.3 Differentiation des Intensittsprofils .11 7.4 Berechnu

24、ng der MTF .12 8 Prfergebnisse .13 Anhang A (informativ) Empfindlichkeit von MTF und MPD auf Kerndurchmesser .14 Literaturhinweise 16 Anhang ZA (normativ) Normative Verweisungen auf internationale Publikationen mit ihren entsprechenden europischen Publikationen 17 Bilder Bild 1 Beispiel fr eine norm

25、ierte Moden-Transferfunktion .5 Bild 2 Beispiel fr eine normierte Moden-Leistungsverteilung 6 Bild 3 Prinzipdarstellung des Messaufbaus.8 Bild 4 Lage der Fasermitte anhand der Symmetrieberechnung12 Bild A.1 Empfindlichkeit von MTF und MPD auf Kerndurchmesser14 Bild A.2 Empfindlichkeit von MTF und MP

26、D auf Profilfaktoren .15 3 DIN EN 61300-3-43:2010-02 EN 61300-3-43:2009 1 Anwendungsbereich Dieser Teil der IEC 61300 legt das Verfahren zur Messung der Moden-Transferfunktion (MTF) fest, das zur Beschreibung der Einkopplungsbedingungen bei Messungen der Dmpfung und der Rckflussdmpfung von passiven

27、Mehrmodenbauteilen anzuwenden ist. Die MTF darf bei den Betriebswellenlngen gemessen werden. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisunge

28、n gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). IEC 61300-1, Fibre optic interconnecting devices and passive components Basic test and measurement procedures Part 1: General and guidance IEC 61300-3-4, Fibre optic interconnecting devices and passive compo

29、nents Basic test and measurement procedures Part 3-4: Examinations and measurements Attenuation IEC 60793-1-20, Optical fibres Part 1-20: Measurement methods and test procedures Fibre geometry 3 Allgemeine Beschreibung Die in eine Mehrmodenfaser eingekoppelte Modenverteilung kann bei unterschiedlich

30、en Lichtquellen stark schwanken. Diese Schwankungen in der eingekoppelten Modenverteilung knnen betrchtliche Unterschiede der am selben Bauteil gemessenen Dmpfung verursachen. Das MTF-Prfverfahren liefert Informationen ber die eingekoppelte Modenverteilung (LMD launched mode distribution) in einem g

31、emessenen Bauteil. Das MTF-Prfverfahren basiert auf einer Messung der Nahfeld-Intensittsverteilung im Lichtwellenleiter 1, 2 1). 4 Theoretische Grundlagen Fr eine Faser mit einem Potenzprofil n(r), gegeben durch () 121501=raarnrn,(1) Dabei ist a der Radius des Faserkerns, der Profilfaktor ( = 2 bei

32、einem parabolischem Profil), der relative Indexunterschied, gegeben durch 2122212nnn = (2) Dabei ist n1der Index am Faserkern, n2der Mantelindex. 1)Die Ziffern in Klammern beziehen sich auf die Literaturhinweise. 4 DIN EN 61300-3-43:2010-02 EN 61300-3-43:2009 Das Nahfeld-Intensittsprofil in der Fase

33、r I(r) kann aus der Integration der Moden-Transferfunktion MTF() in der Faser wie folgt bestimmt werden (unter Vernachlssigung der Konstanten): () ()() =raI rMTFd (3) Dabei ist die normierte Ausbreitungskonstante, r/a die normierte Radialposition. Die Differentiation beider Seiten ergibt die MTF wie

34、 folgt (unter Vernachlssigung der Konstanten): ()( )()11=radI rMTFdrr(4) Die MTF wird blicherweise als Hauptmodenanzahl m dividiert durch den Maximalwert der Hauptmoden-anzahl M aufgetragen, dabei ist ( ) ( )2222 +=arMm(5) Der Term (m/M) wird blicherweise als relative Modenanzahl oder normierte Mode

35、nanzahl bezeichnet. Der Maximalwert der Hauptmodenanzahl M ergibt sich aus += anM221(6) Ein typisches Diagramm der normierten MTF ist in Bild 1 dargestellt, in dem in diesem Beispiel deutlich wird, dass die normierten Modenanzahlen bis etwa 0,6 gleich gefllt sind und Moden hherer Ordnung zunehmend w

36、eniger gut gefllt sind. Bild 1 Beispiel fr eine normierte Moden-Transferfunktion 5 DIN EN 61300-3-43:2010-02 EN 61300-3-43:2009 4.1 Alternatives Verfahren Ist der Profilfaktor in Gleichung (4) nicht bekannt, darf ein alternativer Ausdruck fr die MTF angewendet werden. Es ist bekannt 3, dass in einer

37、 voll angeregten Faser (d. h. MTF = 1 fr alle Modenanzahlen) das Nahfeld-intensittsprofil Ioetwa die gleiche Form wie das Quadrat des Brechungsindexprofils n(r)2aufweist. Auerdem ist der Term r1in Gleichung (4) (unter Vernachlssigung der Konstanten) gleich dem Differential von n(r)2und somit kann Gl

38、eichung (4) neu geschrieben werden als ( )()()2o1()=radI rMTFdr dI r dr(7) wobei ein Wert von = 2 angenommen wurde, um Werte fr die normierte Modenanzahl zu berechnen. Somit ist die MTF gleich dem Verhltnis aus der Ableitung des zu prfenden Intensittsprofils zur Ableitung Intensittsprofils derselben

39、 Faser unter den Bedingungen der Vollanregung. 4.2 Moden-Leistungsverteilung Bei Gradientenindex-Mehrmodenfasern ist die Anzahl diskreter Moden in einer bestimmten Modengruppe proportional zur Hauptmodenanzahl. Somit enthalten Modengruppen hherer Ordnung mehr Moden und fhren deshalb mehr Licht, wenn

40、 alle Moden gleich angeregt werden. Dies kann anhand der Moden-Leistungsverteilung (MPD mode power distribution) dargestellt werden, die definiert ist mit: MPD(m) = MTF(m) x m (8) Aufgrund dieses Verhltnisses der Moden innerhalb der Modengruppen zeigt die MPD-Transformierte wirkungsvoll die relative

41、 Leistung in den Modengruppen. Ein Beispiel fr eine normierte MPD ist in Bild 2 dargestellt, in dem in diesem Fall zu sehen ist, dass der Spitzenwert des Leistungspegels bei 0,65 der normierten Modenanzahl auftritt. Bild 2 Beispiel fr eine normierte Moden-Leistungsverteilung 4.3 Randbedingungen Das

42、hier beschriebene MTF-Messverfahren ist nur unter den nachfolgend aufgefhrten Bedingungen gltig: Moden innerhalb einer Gruppe fhren die gleiche Leistung; zwischen den Ausbreitungsmoden gibt es zufllige Phasen. 6 DIN EN 61300-3-43:2010-02 EN 61300-3-43:2009 Es hat sich herausgestellt 4, dass diese be

43、iden Bedingungen gleichzeitig eingehalten werden knnen, wenn die Linienbreite der Lichtquelle ausreichend breit ist und zu einer sogenannten Mode-Kontinuum-Approximation“ fhrt, welche lautet: o2ak N (10)Dabei ist die optische Wellenlnge, ko= 2/, N der Gruppenindex, der berechnet wird mit: 11=dnNnd(1

44、1) Diese Bedingung wird blicherweise von einer Faser mit einem Kerndurchmesser von 50 m und mit einer numerischen Apertur von 0,21 bei 0,5 nm bei 850 nm und 1,0 bei 1 300 nm erfllt. Wenn die Linienbreite der Lichtquelle dieses Kriterium nicht einhalten kann, knnen die Ausbreitungsmoden interferieren

45、 und im Nahfeldbild einen Fleck“ verursachen. Dieses Verfahren kann jedoch auch noch fr Lichtquellen angewendet werden, die vorsichtig in Schwingungen versetzt oder anderweitig manipuliert werden, damit die zu prfende Faser ein zeitlich gemitteltes Fleckenmuster erzeugt. In diesem Fall ist unbedingt

46、 sicherzustellen, dass das Nahfeld in Azimutrichtung symmetrisch ist. Dies kann durch berprfung, ob die um die Faser in 45 Grad Intervallen gemessenen MTFs miteinander bereinstimmen, erreicht werden 5. Der Spitzenwert der MPD tritt bei einer normierten Modenanzahl von 0,8 auf. Es ist bekannt, dass A

47、bweichungen des gemessenen Nahfeld-Intensittsprofils I(r) vom Potenzprofil in Gleichung (1), fr ausreichend angeregte Fasern, in Richtung der Kern/Mantel-Grenzschicht auftreten knnen. In diesem Fall wird empfohlen, das in 4.1 beschriebene alternative Verfahren zur Bestimmung der MTF anzuwenden. 5 Pr

48、faufbau 5.1 Allgemeines Der Prfaufbau besteht im Wesentlichen aus einem Videomikroskop, bei dem mit einem optischen System ein Nahfeldbild des Endes der zu prfenden Faser auf der Oberflche der Kamera erzeugt wird. Dieses Kamerabild wird anschlieend mit einem Videodigitalisierungsgert digitalisiert und zur Auswertung und Datenprsentation auf einen Rechner bertragen. Eine Prinzipdarstellung eines typischen Messaufbaus ist in Bild 3 dargestellt. 7 DIN EN 61300-3-43:2010-02 EN 61300-3-43:2009 Bild 3 Prinzipdarstellu