Měření profilu indexu lomu optických vláken
Vlastnosti jak jednomodových tak mnohamodových optických vláken jsou určeny profilem indexu lomu vlákna. Ze znalosti profilu indexu lomu můžeme získat informace o průměru jádra a pláště, soustřednosti, ovalitě a numerické apertuře (NA) vlákna. Dále z profilu můžeme vypočítat průměr modového pole (MFD), mezní vlnovou délku a chromatickou disperzi. Pro určení profilu indexu lomu používáme metodu blízkého lomeného pole, neboli metodu lomených paprsků [Stewart77, White79]. První měření optických vláken touto metodou, včetně zde připravených polarizaci zachovávajících vláken, byla v ÚRE prováděna na experimentálním zařízení již v polovině 80-let [Stádník87]. Nyní používáme komerční přístroj typu York S14. Profil indexu lomu získáme skenováním fokusovaného světelného svazku přes čelo testovaného vlákna. Index lomu v místě dopadajícího světla je úměrný množství světla vycházejícího z boční stěny vlákna, tj. energii paprsků, které nejsou vláknem vedeny, ale jsou lomeny ven stěnou vlákna. Fakt, že množství lomeného světla vycházejícího stěnami vlákna závisí na indexu lomu vlákna je ilustrován na obrázku 1.
Obrázek 1. Index lomu v místě dopadajícího světla je úměrný množství světla vycházejícího z boční stěny vlákna:
Čím menší je index lomu vlákna, tím větší je vrcholový úhel vystupujícího kužele světla.
Pro strukturu, jejíž profil indexu lomu se nemění podél osy z (osa vlákna), úhel lomu závisí pouze indexu lomu n(r) v místě dopadu světla na čelo vlákna a na indexu lomu n_imerze prostředí obklopující vlákno. Index lomu n(r) je dán následující rovnicí,
kde P(lambda) je naměřený výkon, P_0 je kalibrační výkon - naměřený s kyvetou naplněnou pouze imerzí, bez vlákna; úhel theta_i je vrcholový úhel dopadajícího kužele záření, úhel theta_s je úhel lomu vymezený stínítkem.
Technické parametry:
rozlišení indexu lomu: 0.0001
prostorové rozlišení: 500 nm
Obrázek 3. Změřené profily indexu lomu některých telekomunikačních a experimentálních optických vláken.
Reference:
[White79] K. I. White, "Practical application of the refracted near-field technique for the measurement of optical fibre refractive index profiles'', Optical and Quantum Electronics, 11:185, 1979
[Stewart77] W. J. Stewart, "A new technique for measuring the refractive index profiles of graded optical fibres'', Technical Digest: Int. Conf. Integrated Opt. Opt. Fibre Communications, paper C2-2, IOOC, Tokyo, 1977
[Stádník87] B. Stádník, F. Osvald, J. Doupovec: "Metoda lomeného blízkého pole pro měření optických a geometrických parametrů optických komunikaèních vláken”, Jemná Mechanika a Optika. 32(12): 365-71, 1987.
