DIN 58141-3-2012 Measurement of fiber optic elements - Part 3 Determination of acceptance angle of light guides Text in German and English《光纤元件的测量 第3部分 光导体有效孔径角的测定》.pdf

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1、April 2012DEUTSCHE NORM Normenausschuss Feinmechanik und Optik (NAFuO) im DINPreisgruppe 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!$yhJ“1866939www.din.deD

2、DIN 58141-3Messung von faseroptischen Elementen Teil 3: Bestimmung des effektiven ffnungswinkels von Lichtleitern;Text in Deutsch und EnglischMeasurement of fiber optic elements Part 3: Determination of acceptance angle of light guides;Text in German and EnglishMesurage dlments en fibre optique Part

3、ie 3: Dtermination de langle effectif dadmission des conducteurs de lumire;Texte en allemand et anglaisAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 58141-3:1989-06www.beuth.deGesamtumfang 17 SeitenDIN 58141-3:2012-04 2 Inhalt Seite Vorwort . 4 1 Anwendungsbereich 6 2 Ku

4、rzbeschreibung des Verfahrens . 6 3 Bezeichnung des Verfahrens 6 4 Messgerte und Hilfsmittel 6 4.1 Strahlungsquelle, Filter 6 4.2 Bestrahlungsoptik 6 4.3 Faserhalterungen 6 4.4 Empfngersystem . 8 4.5 Signalverarbeitung . 8 5 Vorbehandlung der Probe 8 6 Durchfhrung der Messung . 10 6.1 Messprinzip .

5、10 6.2 Messvorgang . 10 6.2.1 Einsetzen der Probe in Messaufbau . 10 6.2.2 Messung 12 7 Auswertung . 12 8 Messbericht . 14 Literaturhinweise . 16 DIN 58141-3:2012-04 3 Contents Page Foreword . 5 1 Scope 7 2 Principle . 7 3 Designation of procedure . 7 4 Measurement devices and auxiliary tools 7 4.1

6、Radiation source, filter 7 4.2 Radiation optics . 7 4.3 Fiber mountings 7 4.4 Receiver system 9 4.5 Signal processing 9 5 Pre-treatment of the specimen . 9 6 Procedure . 11 6.1 Measuring principle . 11 6.2 Measuring procedure 11 6.2.1 Assemble specimen into test setup 11 6.2.2 Measurement . 13 7 Eva

7、luation 13 8 Measuring report . 15 Bibliography 17 DIN 58141-3:2012-04 4 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitsausschuss NA 027-01-16 AA Faseroptik“ im Normenausschuss Feinmechanik und Optik (NAFuO) im DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. erarbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, das

8、s einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. DIN 58141 Messung von faseroptischen Elementen besteht aus: Teil 1: Bestimmung der Dmpfung von Lichtleitfasern Teil 2:

9、Bestimmung des spektralen Transmissionsgrades von Lichtleitern Teil 3: Bestimmung des effektiven ffnungswinkels von Lichtleitern Teil 4: Bestimmung von Durchmessern und Dicken von Lichtleitfasern Teil 5: Bestimmung der sichtbaren Defekte von Licht- und Bildleitern Teil 6: Bestimmung des mechanischen

10、 Biegeradius fr kurzzeitige Anwendungen von Lichtleitfasern Teil 7: Bestimmung der Zugbelastbarkeit von Lichtleitkabeln Teil 8: Bestimmung des mechanischen Biegeradius fr kurzzeitige Anwendungen von Lichtleitkabeln Teil 9: Bestimmung der Abweichung von Rundheit und Konzentrizitt von Lichtleitfasern

11、Teil 10: Bestimmung der Beleuchtungsstrke und des effektiven ffnungswinkels von Kaltlichtquellen ANMERKUNG Im Zweifelsfall gilt der deutsche Text. nderungen Gegenber DIN 58141-3:1989-06 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Titel der Norm wurde gendert; b) Anwendungsbereich wurde angepasst; c) D

12、urchfhrung des Messvorgangs berarbeitet; d) Prfbericht berarbeitet und ergnzt. Frhere Ausgaben DIN 58141-3: 1989-06 DIN 58141-3:2012-04 5 Foreword This document has been prepared by the Working Committee NA 027-01-16 AA Faseroptik” (Fiber optics) of NA Feinmechanik und Optik (Optics and Precision Me

13、chanics Standards Committee) at DIN (German Institute for Standardization). 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. DIN 58141 Meas

14、urement 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 opti

15、cal fibers Part 5: Determination of visual defects of light and image guides Part 6: Determination of the mechanical bending radius for short term applications of optical fibers Part 7: Determination of tensile load of fiber optic cables Part 8: Determination of the mechanical bending radius for sho

16、rt-term applications of light guided 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 NOTE In case of doubt the German text is valid. Modifications Compared to DIN 58141

17、-3:1989-06 the following changes have been made: a) the title of the standard has been changed; b) the scope has been adjusted; c) the procedure of the measurement has been revised; d) the test report has been revised and completed. Previous editions DIN 58141-3: 1989-06 DIN 58141-3:2012-04 6 1 Anwe

18、ndungsbereich 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 dem nahen infraroten und ultravioletten Spektralbereich. Sie gilt nicht fr faseroptische Elemente und Produkte, die

19、 zur Nachrichten- und Datenbertragung ber Strecken 100 m vorgesehen sind. Zweck dieser Norm ist die Festlegung eines einheitlichen Verfahrens zur Messung des effektiven ffnungswinkels von Lichtleitern. 2 Kurzbeschreibung des Verfahrens Mit dem Verfahren nach dieser Norm, der Messung der Abstrahlchar

20、akteristik am Austrittsende eines Lichtleiters, wird dessen effektiver ffnungswinkel bestimmt. 3 Bezeichnung des Verfahrens Bezeichnung der Messung zur Bestimmung des effektiven ffnungswinkels von Lichtleitern nach dieser Norm (DIN 58141-3): Messung DIN 58141-3 4 Messgerte und Hilfsmittel 4.1 Strahl

21、ungsquelle, Filter Die Strahlungsquelle muss mechanisch stabil angeordnet sein und ihre Strahlungsleistung whrend der Messung konstant gehalten werden (Betrieb ber stabilisiertes Netzgert). Fr die Messungen bei diskreter Wellenlnge ist vor die Strahlungsquelle ein Filter einzusetzen, das den Anregun

22、gswellenlngenbereich auf eine Halbwertsbreite von 60 nm einschrnkt. Folgende Wellenlngen werden fr die Messung empfohlen: 365 nm, 546 nm, 850 nm, 1 060 nm, RGB. Fr die Messung von greren Spektralbereichen sind entsprechende Breitbandfilter vor die Strahlungsquelle einzusetzen, z. B. V(), VIS. 4.2 Be

23、strahlungsoptik Die Bestrahlungsoptik muss so gewhlt werden, dass ihre Numerische Apertur grer als die der Probe ist. Sie muss eine rotationssymmetrische Bestrahlung bewirken und die Einkoppelflche berstrahlen. 4.3 Faserhalterungen Die Halterungen positionieren die Endflchen der Probe. Die Auskoppel

24、endflche muss sich mit dem Mittelpunkt im Drehpunkt des Empfngersystems befinden. Eine zustzliche Winkeljustierung ist dann nicht notwendig, wenn die Fhrungsnuten der Halterungen parallel zur optischen Achse des Gesamtaufbaus ausgerichtet sind. DIN 58141-3:2012-04 7 1 Scope This standard is applicab

25、le 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. The standard is not applicable for fiber optic components and products, in

26、tended for telecommunication and data transmission over distances 100 m. Purpose of this standard is to fix a standardised procedure to determine the acceptance angle of light guides. 2 Principle By measuring the emittance characteristics at the emitting end of the light guide, the procedure accordi

27、ng to this standard determines its acceptance angle. 3 Designation of procedure Designation of measurement to determine acceptance angle of light guides according to this standard (DIN 58141-3): Measurement DIN 58141-3 4 Measurement devices and auxiliary tools 4.1 Radiation source, filter The radiat

28、ion source must be positioned in a mechanically stable way and the radiation output must be kept constant throughout the measurement period (operating via stabilized power supply). For measurements at discrete wavelengths a filter with a half-power bandwidth of BW 60 nm has to be positioned in front

29、 of the radiation source. The following wavelengths are suggested: 365 nm, 546 nm, 850 nm and 1 060 nm, RGB. For measurements of a larger spectral range an adequate broadband filter has to be positioned in front of the radiation source, e.g V(), VIS. 4.2 Radiation optics The radiation optics must be

30、 selected to have a greater numerical aperture than the specimen. It must produce rotation-symmetric radiation and overshine the input surface. 4.3 Fiber mountings The mountings are fixing the endfaces of the specimen. The output end face must be in the center of rotation of the detector system. Add

31、itional adjusting of angles will not be necessary if the guide slots of the mountings are aligned parallel to the optical axis of the whole set up. DIN 58141-3:2012-04 8 4.4 Empfngersystem Das Empfngersystem muss in einer Ebene, in der auch die optische Achse der Probe liegt, im Abstand R um das Aus

32、trittsende der Probe bewegt werden knnen. Dazu ist der Empfnger auf einem starren Arm befestigt, der um die Achse durch das jeweilige Probenende drehbar angeordnet ist. Die sensitive Flche des Empfngers steht senkrecht zur Drehebene. Um eine gengend gute Winkelauflsung zu erhalten, muss der von dem

33、Empfngersystem in der Drehebene erfasste Winkel klein gegenber dem zu messenden effektiven ffnungswinkel sein. Deshalb darf die Ausdehnung des Empfngers in der Drehebene hchstens 1/60 des Abstandes R betragen. Der Abstand R muss folgende Bedingung erfllen: 22KdR (1) Dabei ist dKder Durchmesser des L

34、ichtleiters; die Wellenlnge des Lichts. 4.5 Signalverarbeitung Um strende Streustrahlung zu unterdrcken ist es zweckmig, das Eingangssignal zu modulieren und das Messsignal phasenempfindlich zu verstrken. Das Empfngersystem muss eine lineare Charakteristik aufweisen. 5 Vorbehandlung der Probe Die Ei

35、n- und Austrittsflchen der Probe mssen optisch polierte, plane Flchen sein, die senkrecht zur Faser- bzw. Bndelachse stehen. Bei einer Lichtleitfaser ist dies nherungsweise auch erfllt, indem die Faser vorsichtig geritzt, gebrochen und anschlieend in eine Kvette gefhrt wird, die mit einem Immersions

36、mittel gleicher Brechzahl wie der Faserkern gefllt und durch eine dnne, planparallele Glasscheibe abgeschlossen ist. Die Endflchen mssen vor der Messung gut gereinigt sein (Ultraschallreinigung o. .). DIN 58141-3:2012-04 9 4.4 Receiver system The receiver system shall be movable around the emitting

37、end of the specimen at the distance R on the same level with the optical axis of the specimen. For that purpose the receiver is fixed to a rigid arm which is positioned to turn around the axis of the respective specimen. The sensitive area of the receiver is placed vertically to the rotation plane.

38、To receive sufficient angle resolution the angle covered by the receiver system on the rotation plane shall be small compared to the acceptance angle to be measured. Thus, the compass of the receiver on the rotation plane shall not exceed 1/60 of the distance R. The distance R must fulfill following

39、 conditions: 22KdR (1) where dKis the diameter of light guide; is the wavelength of light. 4.5 Signal processing In order to suppress interfering scattered radiation it is advisable to modulate the incoming signal and to amplify the measurement signal in a phase-sensitive manner. The receiver system

40、 must have a linear characteristic. 5 Pre-treatment of the specimen The entry- and emitting ends of the specimen shall be optically polished and flush surfaces, positioned vertically to the fiber axis, or the multiplex axis respectively. In light-guiding fibers this can approximately be achieved by

41、carefully chinking, refracting and immersing the fiber into a cuvette which has been filled with liquid of a refractive index equal to that of the fiber core and is covered by a coplanar glass plate. The end-surfaces shall be cleaned thoroughly before measuring (supersonic cleaning or similar). DIN

42、58141-3:2012-04 10 6 Durchfhrung der Messung 6.1 Messprinzip (siehe Bild 1) Legende 1 Strahlungsquelle 2 Filter 3 Objektiv 4 Eintrittsflche Probe 5 Halterung mit Justiertisch 6 Endflche Probe 7 Blende 8 Detektor 9 Signal I(n) Bild 1 Messanordnung zur Bestimmung des effektiven ffnungswinkels 2 effein

43、es Lichtleiters Die von der Bestrahlungsoptik ausgehende Strahlung (siehe 4.2) einer bestimmten winkelabhngigen Intensittsverteilung I0() wird in das eine Ende des Lichtleiters eingestrahlt. Mit dem Detektor wird die am anderen Ende des Lichtleiters austretende Intensitt I() als Funktion des Winkels

44、 gemessen. ist der Winkel der eingestrahlten bzw. abgestrahlten Intensitten bezglich der optischen Achse des Lichtleiters. Aus dem Verlauf der gemessenen Intensitt I() am Austrittsende des Lichtleiters lsst sich unter Bercksichtigung der Winkelabhngigkeit der eingestrahlten Intensitt I0() der effekt

45、ive ffnungswinkel 2 effdes Lichtleiters bestimmen. 6.2 Messvorgang 6.2.1 Einsetzen der Probe in Messaufbau Die Probe wird mit ihren Enden in die Halterungen gespannt und ihre Eintrittsflche voll ausgeleuchtet. Die Probe ist so einzusetzen, dass der minimale Krmmungsradius der Faser mindestens 10-mal

46、 grer ist als der optische Biegeradius der Faser. Im Falle der Messung von Einzelfasern muss sichergestellt werden, dass durch Mantelmoden das Messergebnis nicht verflscht wird. Dies wird erreicht durch die Verwendung einer Austrittsblende, deren ffnungsdurchmesser hchstens so gro wie der Kerndurchm

47、esser ist, oder durch ausreichende Faserlnge (Fasertyp spezifisch; muss ggf. empirisch ermittelt werden). DIN 58141-3:2012-04 11 6 Procedure 6.1 Measuring principle (see Figure 1) Key 1 light source 2 filter 3 lens 4 optical surface of light guide (input) 5 mountings with adjusting table 6 optical s

48、urface of light guide (output) 7 detector with aperture 8 Detector 9 Signal I(n) Figure 1 Measuring arrangement to determine the acceptance angle 2 effof a light guide Radiation emitted by radiation optics (see 4.2) of a certain angle-dependent intensity spread I0() is radiated into one end of the l

49、ight guide. The detector measures the intensity I() emitted at the other end of the light guide as a function of the angle . is the angle of the entered or emitted intensities respectively, in relation to the optical axis of the light guide. The progression of the measured intensity I() at the emitting end of the light guide, taking the angle-dependency of the entered intensity I