DIN 58141-1-2015 Measurement of fiber optic elements - Part 1 Determination of attenuation of optical fibres Text in German and English《光纤元素的测量 第1部分 光纤衰减的测定 德文版和英文版》.pdf

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1、September 2015DEUTSCHE NORM DIN-Normenausschuss Feinmechanik und Optik (NAFuO)Preisgruppe 11DIN 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 33.180.10!%Dgx“2336885www.din.de

2、DDIN 58141-1Messung von faseroptischen Elementen Teil 1: Bestimmung der Dmpfung von Lichtleitfasern;Text Deutsch und EnglischMeasurement of fiber optic elements Part 1: Determination of attenuation of optical fibres;Text in German and EnglishMesurage dlments en fibre optique Partie 1: Dtermination d

3、e lattnuation de fibres conductrices de lumire;Texte en allemand et anglaisAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 58141-1:2011-12www.beuth.deGesamtumfang 17 SeitenDIN 58141-1:2015-09 2 Inhalt Seite Vorwort 4 1 Anwendungsbereich .6 2 Normative Verweisungen 6 3 Kurz

4、beschreibung des Verfahrens 6 4 Bezeichnung des Verfahrens .6 5 Messgerte und Hilfsmittel .8 5.1 Messanordnung .8 5.2 Lichtquelle 8 5.3 Spektrale Filterung der Strahlung 8 5.4 Einkoppeloptik .10 5.5 Faserhalterungen .10 5.6 Unterdrckung von Lichtfhrung im Fasermantel .10 5.6.1 Allgemeines 10 5.6.2 M

5、odenabstreifung durch Immersionsl 10 5.7 Detektorsystem 10 5.8 Signalverarbeitung 10 5.9 Messumgebung 10 6 Vorbehandlung der Probe .12 6.1 Prparation der Faserendflchen .12 6.2 berprfung der Faserendflchenqualitt 12 7 Durchfhrung der Messung 12 7.1 Messprinzip 12 7.2 Messvorgang 12 8 Auswertung 14 9

6、 Messbericht 14 Literaturhinweise 16 DIN 58141-1:2015-09 3 Contents Page Foreword . 5 1 Scope 7 2 Normative references 7 3 Principle . 7 4 Designation of method 7 5 Measurement devices and auxiliary tools 9 5.1 Measurement set-up 9 5.2 Light source . 9 5.3 Spectral filtering of light . 9 5.4 Launchi

7、ng optics . 11 5.5 Fiber holders 11 5.6 Suppression of light guidance in the fiber cladding . 11 5.5.1 Mode stripping by immersion oil . 11 5.7 Detector system . 11 5.8 Signal processing 11 5.9 Measurement environment . 11 6 Pre-treatment of the specimen . 13 6.1 Preparation of the fiber end faces .

8、 13 6.2 Validation of the quality of the fiber end face. 13 7 Procedure of the measurement . 13 7.1 Principle of the measurement 13 7.2 Measuring procedure 13 8 Evaluation 15 9 Measurement report 15 Bibliography 17 DIN 58141-1:2015-09 4 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitsausschuss NA 027-01-16

9、 AA Faseroptik“ des DIN-Normenausschusses Feinmechanik (NAFuO) und Optik ausgearbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu i

10、dentifizieren. Im Zweifelsfall gilt der deutsche Text. DIN 58141 Messung von faseroptischen Elementen besteht aus: Teil 1: Bestimmung der Dmpfung von Lichtleitfasern Teil 2: Bestimmung des spektralen Transmissionsgrades von Lichtleitern Teil 3: Bestimmung des effektiven ffnungswinkels von Lichtleite

11、rn Teil 4: Bestimmung von Durchmessern und Dicken von Lichtleitfasern Teil 5: Bestimmung der sichtbaren Defekte von Licht und Bildleitern Teil 6: Bestimmung des mechanischen Biegeradius fr kurzzeitige Anwendungen von Lichtleitfasern Teil 7: Bestimmung der Zugbelastbarkeit von Lichtleitkabeln Teil 8:

12、 Bestimmung des mechanischen Biegeradius fr kurzzeitige Anwendungen von Lichtleitkabeln Teil 9: Bestimmung der Abweichung von Rundheit und Konzentrizitt von Lichtleitfasern Teil 10: Bestimmung der Beleuchtungsstrke und des effektiven ffnungswinkels von Kaltlichtquellen Teil 11: Bestimmung der lichtt

13、echnischen Eigenschaften seitlich abstrahlender Lichtleiter nderungen Gegenber DIN 58141-1:2011-12 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) 5.3 wurde berarbeitet; b) 5.5 wurde berarbeitet und um 5.5.1 und 5.5.2 ergnzt; c) 5.6 wurde komplett berarbeitet und 5.6.2 neu hinzugefgt; d) 7.2 Messvorgang w

14、urde ergnzt; e) Abschnitt 8 wurde przisiert; f) Messbericht berarbeitet und ergnzt. Frhere Ausgaben DIN 58141-1: 1989-06, 2011-12 DIN 58141-1:2015-09 5 Foreword This document has been prepared by the Working Committee NA 027-01-16 AA “Faseroptik” of NA Feinmechanik und Optik (Optics and Precision Me

15、chanics Standards Committee). Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent rights. DIN and or DKE shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. In case of doubt the German text is valid. DIN 58141, Measur

16、ement of fiber optic elements consists of the following parts: Part 1: Determination of attenuation of optical fibers Part 2: Determination of spectral transmittance of light guides Part 3: Determination of acceptance angle of light guides Part 4: Determination of diameters and thicknesses of optica

17、l fibers Part 5: Determination of visual defects of light and image guides Part 6: Determination of the mechanical bending radius for short-time use of optical fibers Part 7: Determination of tensile load of fiber optic cables Part 8: Determination of the mechanical bending radius for temporary use

18、of fiber optic cables Part 9: Determination of deviation of the roundness and the concentricity of optical fibers Part 10: Determination of illuminance and acceptance angle of cold light sources Part 11: Determination of photometric characteristics of side emitting light guides Amendments Compared t

19、o DIN 58141-1:2011-12 the following changes have been made: a) 5.3 has been revised; b) 5.5 has been revised; 5.5.1 and 5.5.2 have been added; c) 5.6 has been completely revised and 5.6.2 added; d) 7.2 Measuring procedure has been amended; e) Clause 8 has been defined more precisely; f) measuring re

20、port has been revised and completed. Previous editions DIN 58141-1: 1989-06, 2011-12 DIN 58141-1:2015-09 6 1 Anwendungsbereich Diese Norm gilt fr die Messung faseroptischer Elemente und Produkte zur Bild- und Datenbertragung (Strecken bis 100 m) und Leitung von Licht sowie optischer Strahlung aus de

21、m nahen infraroten und ultra-violetten Spektralbereich. Diese Norm gilt nicht fr faseroptische Elemente und Produkte, die zur Nachrichten- und Datenbertragung ber Strecken 100 m vorgesehen sind. Zweck dieser Norm ist die Festlegung eines einheitlichen Verfahrens zur Bestimmung des Dmpfungs-koeffizie

22、nten aus dem spektralen Reintransmissionsgrad. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten V

23、erweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 1319-3, Grundlagen der Messtechnik Teil 3: Auswertung von Messungen einer einzelnen Messgre, Messunsicherheit 3 Kurzbeschreibung des Verfahrens Mit dem Verfahren nach dieser Norm, dem so genann

24、ten Abschneide- oder Zurckschneideverfahren, wird die lngenabhngige Dmpfung einer Lichtleitfaser bestimmt und der Dmpfungskoeffizient berechnet. 4 Bezeichnung des Verfahrens Bezeichnung der Messung zur Bestimmung der Dmpfung von Lichtleitfasern nach dieser Norm: Messung DIN 58141-1 DIN 58141-1:2015-

25、09 7 1 Scope This standard is applicable for measurement of fiber optic components and products for image and data transmission (distances up to 100 m) as well as for transmission of light and optical radiation in the near infrared and ultraviolet spectral range. This standard is not applicable for

26、fiber optic components and products, intended for telecommunication and data transmission over distances 100 m. The purpose of this standard is to define a uniform method for determining the attenuation coefficient from the internal spectral transmittance. 2 Normative references The following docume

27、nts, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies. DIN 1319-3, Fundamentals of

28、 metrology Part 3: Evaluation of measurements of a single measurand, measurement uncertainty 3 Principle Using the method in this standard, known as the cut-back method, the length dependent attenuation of an optical fiber is determined and the attenuation coefficient is calculated. 4 Designation of

29、 the method Designation of the measurement for determination of attenuation of optical fibers according to this standard: Measurement DIN 58141-1 DIN 58141-1:2015-09 8 5 Messgerte und Hilfsmittel 5.1 Messanordnung Die Messanordnung ist in Bild 1 schematisch dargestellt. Legende 1 Strahlungsquelle 2

30、Gert zur spektralen Zerlegung der Strahlung 3 Einkoppeloptik 4 Halterung mit x-y-z-Positionierung 5 Zurckschneidepunkt 6 Halterung mit x-y-z-Positionierung und Kvette 7 Empfnger 8 zu messende Faser 9 Gef mit Immersionsl (Modenabstreifer) Bild 1 Messanordnung zur Bestimmung der Dmpfung von Lichtleitf

31、asern 5.2 Lichtquelle Fr Messungen im sichtbaren und nahen infraroten Spektralbereich wird eine Halogen- oder Xenonlampe hoher Strahldichte und fr Messungen im ultravioletten Spektralbereich eine Deuterium-Lampe empfohlen. Als Lichtquelle knnen auch Laser oder LEDs verwendet werden. Die Strahlungsqu

32、elle muss mechanisch stabil angeordnet sein und die Strahlungsleistung ber die Messzeit konstant sein. 5.3 Spektrale Filterung der Strahlung Die spektrale Filterung ist bei monochromatischen Lichtquellen nicht notwendig. Bei einer breitbandigen Lichtquelle ist wegen der Wellenlngenabhngigkeit der Dm

33、pfung eine spektrale Filterung der Strahlung notwendig. Dies kann durch verschiedene Mglichkeiten realisiert werden, z. B. Prismen- oder Gittermono-chromator, Filtersatz. Um eine gute spektrale Auflsung der wellenlngenabhngigen Dmpfung sicher-zustellen, sollte bei den verwendeten Gerten die spektral

34、e Halbwertsbreite (volle Breite bei 50 % des Hchstwerts) der Strahlung wenigstens um den Faktor 2 kleiner sein als der spektrale Abstand benachbarter Messpunkte. BEISPIEL Messpunktabstand 40 nm Halbwertsbreite 20 nm DIN 58141-1:2015-09 9 5 Measurement devices and auxiliary tools 5.1 Measurement set-

35、up The measurement set-up is shown schematically in Figure 1. Key 1 light source 2 apparatus for spectral separation of light 3 coupling apparatus 4 holder with x-y-z positioning 5 cut-back point 6 holder with x-y-z positioning and cuvette 7 receiver 8 fiber to be measured 9 vessel with immersion oi

36、l (mode stripper) Figure 1 Measurement set-up for determining attenuation of optical fibers 5.2 Light source For measurements in the visible and near infrared spectrum, a high-radiance halogen or xenon lamp is required, while for measurements in the ultraviolet range, a deuterium lamp is preferable.

37、 A laser or LED can be used as light source as well. The light source shall be arranged in a stable position and the light output shall remain constant throughout the measurement. 5.3 Spectral filtering of light The spectral filtering is not necessary if monochromatic light sources are used. Because

38、 the attenuation depends on the wavelength, the light shall be spectrally filtered. There are various ways to do this, for example using a prism or grating monochromator, or filters. To ensure a good spectral resolution of wavelength-dependent attenuation, with the equipment used, the spectral width

39、 (FWHM = full width half maximum) of the light should be at least a factor of 2 smaller than the spectral distance of adjacent measuring points. EXAMPLE measuring point spacing 40 nm spectral width (FWHM) 20 nm DIN 58141-1:2015-09 10 5.4 Einkoppeloptik Die Einkoppeloptik hat die Aufgabe, die spektra

40、l gefilterte Strahlung in die Faser einzukoppeln. Die Werte fr die Dmpfung sind abhngig von der Anregung. Ein lngenunabhngiger Wert fr den Dmpfungskoeffizient ergibt sich erst nach dem Erreichen der Modengleichgewichtsverteilung (Koppellnge). Es muss gewhrleistet sein, dass bei der gewhlten Rckschne

41、idelnge Modengleichgewicht herrscht. Dies kann erreicht werden beispielsweise durch Einsatz von Modenmischern, ausreichend langer Vorlauffasern, geeigneter Rckschneidelnge oder mit geeigneter Strahlungseinkoppelung mittels angepassten Optiken. 5.5 Faserhalterungen Die Halterungen sind auf x-y-z-Posi

42、tionierungstischen aufgebaut und positionieren die Endflchen des Prflings. Eine zustzliche Winkeljustierung ist dann nicht notwendig, wenn die Fhrungsnuten der Halte-rungen parallel zur jeweiligen optischen Achse ausgerichtet sind. Die Auflsung der Positioniertische muss dabei 0,1 Faserkerndurchmess

43、er sein. 5.6 Unterdrckung von Lichtfhrung im Fasermantel 5.6.1 Allgemeines Falls die Mglichkeit einer Verflschung des Messergebnisses durch Lichtfhrung im Fasermantel besteht ( 0,2 % des Messsignals), wird ein Teil der Faser unmittelbar nach der Strahlungseinkoppelung in ein mit Immersionsmittel gef

44、lltes Gef gelegt (Modenabstreifer). Die Brechzahl des Immersionsmittels muss grer als die des Fasermantels sein. Eine Verflschung des Messergebnisses durch Lichtfhrung im Fasermantel ist durch geeignete Verfahren auszuschlieen. Als geeignete Verfahren kommt z. B. die Auskopplung durch Immersionsl od

45、er eine entsprechende Wahl der Rckschneidelnge in Frage. 5.6.2 Modenabstreifung durch Immersionsl Ein Teil der Faser wird unmittelbar nach der Strahlungseinkoppelung in ein mit Immersionsmittel geflltes Gef gelegt (Modenabstreifer). Die Brechzahl des Immersionsls muss grer als die des Fasermantels s

46、ein. 5.7 Detektorsystem Die aus dem Faserende austretende Strahlungsleistung trifft auf einen Detektor, der ber seine gesamte Flche eine mglichst gleiche Empfindlichkeit aufweisen sollte. Dabei muss sichergestellt werden, dass die aktive Detektorflche grer ist als die bestrahlte Detektorflche. Durch

47、 den Einsatz einer Ulbrichtkugel wird die Erfassung der gesamten Strahlungsleistung am Ausgang der Faser sichergestellt. Es muss sichergestellt werden, dass keine Strahlungsleistung von der Faserendflche ohne Reflexion direkt auf den Detektor gelangt. 5.8 Signalverarbeitung Das Empfngersystem muss e

48、ine lineare Charakteristik aufweisen. Um das Signal-Rauschverhltnis zu verbessern ist es zweckmig, phasensensitive Detektionsverfahren zu verwenden (Lock-in-Technik). 5.9 Messumgebung Zur Vermeidung von systematischen Fehlern durch externe Strahlungsquellen wird empfohlen, die Messung in abgedunkelt

49、er Umgebung durchzufhren. DIN 58141-1:2015-09 11 5.4 Launching optics The purpose of the launching optics is to couple the spectrally filtered light into the fiber. Values for the attenuation are depending on the excitation. A length-independent value for the attenuation coefficient results only after attaining the equilibrium mode distribution (coupling length). It shall be ensured