DIN 58145-2017 Measuring method for determination of solarisation effect of fused silica optical fibers Text in German and English《测定熔融石英光纤过度曝光效果的测量方法 德文和英文文本》.pdf

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1、Januar 2017DEUTSCHE NORM Preisgruppe 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 33.180.10!%“2595956www.din.deDIN 58145Messverfahren zur Bestimmung der Solarisation v

2、on Lichtleitfasern aus Quarzglas;Text Deutsch und EnglischMeasuring method for determination of solarisation effect of fused silica optical fibers;Text in German and EnglishMthode de mesure pour la dtermination de la solarisation des fibres optiques en verre de quartz;Texte en allemand et anglaisAll

3、einverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 29 SeitenDDIN-Normenausschuss Feinmechanik und Optik (NAFuO)DIN 58145:2017-01 2 Inhalt Seite Vorwort 4 1 Anwendungsbereich . 6 2 Normative Verweisungen . 6 3 Begriffe 6 4 Allgemeines . 8 5 Kurzbeschreibung des Messv

4、erfahrens 8 6 Messgerte und Hilfsmittel 8 6.1 Messanordnung 8 6.2 Lichtquelle 10 6.3 Einkoppeloptik . 10 6.4 Probenaufnahme . 10 6.5 Detektorsystem 10 6.6 Datenerfassung. 12 7 Durchfhrung der Messung . 12 7.1 Vorbereitung des Messplatzes 12 7.2 Probenvorbereitung . 12 7.3 Messung der Probe 12 8 Anal

5、yse des Messergebnisses 14 9 Messbericht 14 (informativ) berblick ber UV-Defekte 16 Anhang AA.1 Fr die Normung relevante UV-induzierte Verluste und hilfreiche Gleichungen . 16 A.2 berblick ber die Defektbildung beeinflussenden Faktoren . 18 A.2.1 Spektrale Verteilung am Fasereingang . 18 A.2.2 Spekt

6、rale Verteilung entlang der Faser 22 A.2.3 Ausheilung 26 Literaturhinweise . 28 DIN 58145:2017-01 3 Contents Page Foreword 5 1 Scope . 7 2 Normative references . 7 3 Terms and definitions . 7 4 General . 9 5 Principle . 9 6 Measurement devices and auxiliary tools . 9 6.1 Measuring setup 9 6.2 Light

7、source . 11 6.3 Coupling unit . 11 6.4 Specimen holder 11 6.5 Detector. 11 6.6 Data acquisition . 13 7 Procedure . 13 7.1 Preparation of the setup . 13 7.2 Specimen preparation . 13 7.3 Measuring procedure . 13 8 Analysis of the measurement results . 15 9 Measuring report . 15 Annex A (informative)

8、Overview about UV defects 17 A.1 UV-induced lossers relevant to standardization and useful equations . 17 A.2 Overview about the influencing factors generating defects 19 A.2.1 Spectral distribution at fiber input . 19 A.2.2 Spectral distribution along the fiber 23 A.2.3 Annealing 27 Bibliography .

9、29 DIN 58145:2017-01 4 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitsausschuss NA 027-01-16 AA Faseroptik“ im Normenausschuss Feinmechanik und Optik (NAFuO) bei DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. erarbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte b

10、erhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Im Zweifelsfall gilt der deutsche Text. DIN 58145:2017-01 5 Foreword This document has been prepared by the Working Committee NA 027-01-016 AA “Faseroptik (en: Optic

11、al fibers)” of DIN Standards Committee Feinmechanik und Optik (Optics and Precision Mechanics 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. Das DIN and/or DKE s

12、hall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. In case of doubt the German text is valid. DIN 58145:2017-01 6 1 Anwendungsbereich Diese Norm gilt fr die Messung von multimodalen Lichtleitfasern aus Quarzglas zur Leistungs- und Bildbertragung im Spektralbereich von 180 nm

13、 bis 380 nm. Zweck dieser Norm ist die Festlegung eines einheitlichen Messverfahrens zur Bestimmung der Solarisation von Lichtleitfasern aus Quarzglas. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Doku

14、ments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 58140-1, Faseroptik Teil 1: Begriffe, Formelzeichen 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses D

15、okuments gelten die Begriffe nach DIN 58140-1 und die folgenden Begriffe. 3.1 Solarisation Reduktion der spektralen Transmission von Glsern und Glasfasern in verschiedenen Wellenlngenbereichen bei der Bestrahlung durch violettes oder UV-Licht Anmerkung 1 zum Begriff: Im Extremfall kann dies zu undur

16、chsichtigem/er Glas/Glasfaser in bestimmten Wellen-lngenbereichen (abhngig vom Basismaterial) fhren. 3.2 Relaxation von Defekten Abnahme der Solarisation, d. h. Zunahme der spektralen Transmission, nach Ende der Bestrahlung durch violettes oder UV-Licht Anmerkung 1 zum Begriff: Durch Temperaturbeauf

17、schlagung kann der Effekt der Relaxation beschleunigt werden. 3.3 stationrer Zustand nderung der Transmission bei 214 nm ber die Zeit bei konstanter Bestrahlung mit der Lichtquelle kleiner als 0,5 % (absolut) pro Stunde Anmerkung 1 zum Begriff: In der Regel ist die Schdigung bei 214 nm grer als bei

18、260 nm. 3.4 relative Transmission Verhltnis von Messsignal (t,) zur Referenz (Messsignal (t = 0s, ) zu Beginn der Schdigung DIN 58145:2017-01 7 1 Scope This standard is applicable for measurement of multimode fused silica optical fiber for power and image transmission in the spectral range from 180

19、nm to 380 nm. The purpose of this standard is to define an uniform method for determination of solarization in fused silica optical fibers. 2 Normative references The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are indispensable for its application. For

20、dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including amendments) applies. DIN 58140-1, Optical fibers Part 1: Terms and definitions 3 Terms and definitions For the purpose of this document, the terms and definitions given

21、in DIN 58140-1 and the following apply. 3.1 solarization reduction of spectral transmission of optical glasses and fibers at different wavelength ranges due to irradiation with violet or UV-light Note 1 to entry: In extreme cases this can lead to non-transparent optical glasses and fibers at certain

22、 wavelength ranges (depending on basic material). 3.2 relaxation of defects reduction of solarization, respectively increase of spectral transmission after irradiation with violet or UV-light Note 1 to entry: The effect of relaxation can be accelerated by temperature exposure. 3.3 steady state chang

23、e in transmission at 214 nm less than 0,5 % (absolute) per hour over time at constant irradiation Note 1 to entry: In general, the damage at 214 nm is higher than at 260 nm. 3.4 relative transmission ratio of measurement signal (t,) to reference ( measurement signal (t = 0s, ) at start of damage DIN

24、 58145:2017-01 8 4 Allgemeines Fr die bertragung von kleinen Lichtleistungen sind nur der Grunddmpfungskoeffizient (Einheit: dB/m) und die UV-Zusatzdmpfung (Einheit: dB) des Lichtleiters aus Quarzglas zu bercksichtigen. Die Solarisation entsteht durch die Erzeugung optisch aktiver Defekte, die im An

25、hang A genauer beschrieben werden. Die Transmissionsabnahme hngt von folgenden Parametern ab: Spektrum des Lichtes, vor allem unterhalb von 225 nm; Faserlnge; Zeit der Bestrahlung; Leistungsdichte. Nach einer bestimmten Bestrahlungszeit zeigt sich eine Sttigung der Solarisation. Weiterhin kann eine

26、Transmissionszunahme durch Relaxation/Ausheilung der Defekte, z. B. nach dem Abschalten des UV-Lichtes, festgestellt werden. 5 Kurzbeschreibung des Messverfahrens Das Licht einer Deuteriumlampe wird mittels einer Einkoppeloptik bestehend aus Linsen oder Spiegel in den Prfling eingekoppelt. An der Li

27、chtaustrittsseite wird die transmittierte Leistung spektral mit einem Detektorsystem ber eine definierte Zeitdauer erfasst. Als Ma der UV-Bestndigkeit wird die Transmissionsvernderung nach einer definierten Bestrahlungsdauer in den Wellenlngenbereichen 180 nm bis 250 nm bzw. 250 nm bis 380 nm ermitt

28、elt. Die Prfung fhrt zu einer Vernderung der UV-Transmission des Prflings durch Solarisation. Bei Wiederholung der Messung am selben Prfling ist die Solarisation durch die vorhergehenden Prfungen zu bercksichtigen. 6 Messgerte und Hilfsmittel 6.1 Messanordnung Der Messaufbau muss im Strahlengang UV-

29、geeignete Komponenten einschlielich Detektorsystem enthalten. Fr die spektrale Messung ist die Variante 1 zu verwenden (Spektrometer). Fr die Messung bei den Hauptschdigungswellenlngen kann als Detektorsystem die Variante 2 eingesetzt werden (Bandpassfilter mit Photodetektor). Es ist mit einer Degra

30、dation der optischen Komponenten im Strahlengang und des Detektorsystems durch die UV-Bestrahlung zu rechnen. Empfohlen werden entsprechende Instandhaltungsmanahmen. Die Messanordnung ist in Bild 1 schematisch dargestellt. DIN 58145:2017-01 9 4 General For the transmission of low intensities, only t

31、he basic attenuation coefficient (unit: dB/m) and the additional UV induced loss (unit: dB) of the fused silica light guide are to be considered. The solarization is caused by the generation of optically active defects, which are described in more detail in Annex A. The transmission loss depends on

32、the following parameters: spectrum of light, especially below 225 nm; fiber length; time of irradiation; power density. After a certain irradiation time the solarization will be saturated. Furthermore, an increase in transmission due to relaxation/annealing of defects can be observed, e.g. after swi

33、tching off the UV light. 5 Principle The light from a deuterium lamp is coupled into the specimen by a coupling unit consisting of lenses or mirrors. At fiber output, the transmitted power is spectrally detected by a detector system for a defined period of time. As a measure of the UV-resistance, th

34、e change of transmission is determined after a defined period of irradiation in the wavelength ranges of 180 nm to 250 nm or 250 nm to 380 nm. The testing itself leads to a change in the UV-transmission of the test specimen due to solarization. When repeating the measurement at the same specimen pre

35、vious solarization should be considered. 6 Measurement devices and auxiliary tools 6.1 Measuring setup The measuring setup shall contain UV-suitable components in the beam path including detector system. For the spectral measurement variant 1 shall be used (spectrometer). For the measurements at the

36、 major damage wavelengths variant 2 can be used as detection system (bandpass filter with photodetector). Due to UV irradiation degradations of the optical components in the beam path and the detection system are expected. Appropriate maintenance measures are recommended. The measuring set up is sho

37、wn schematically in Figure 1. DIN 58145:2017-01 10 Legende 1 Lichtquelle 2 Linsen oder Spiegelsystem 3 Shutter vor Probenhalter 4 justierbarer Probenhalter 5 Probe (Probenlnge 2 m) 6 Variante 1 fr spektrale Messung 7 Variante 2 fr Messung bei diskreter Wellenlnge (z. B. 214 nm, 260 nm) Bild 1 Messan

38、ordnung 6.2 Lichtquelle Als Lichtquelle wird eine Deuteriumlampe mit Lichtaustrittsfenster aus synthetischem Quarzglas verwendet. Die in die Faser eingekoppelte spektrale Leistungsdichte muss 200 W/nm/cm2bei 214 nm sein. 6.3 Einkoppeloptik Die Einkoppeloptik ist so auszulegen, dass bei der Justagewe

39、llenlnge die numerische Apertur der Messprobe berstrahlt wird und eine Kernflche von mindestens 50 % angeregt wird. Die empfohlene Justagewellenlnge betrgt 214 nm. ANMERKUNG Bei der Verwendung von Spiegeloptiken entfllt die Wellenlngenabhngigkeit. 6.4 Probenaufnahme Die Probenaufnahmen mssen in alle

40、n drei Achsen justierbar sein, wobei die Z-Achse parallel zur optischen Achse ausgerichtet sein muss. Die Aufnahme muss nach der Justage (siehe 7.2), z. B. ber Realisierung ber Stecker/Adaptersystem eine reproduzierbare Positionierung der Messproben gewhrleisten. 6.5 Detektorsystem Fr die Detektion

41、der spektralen transmittierten Leistung wird ein Spektrometer verwendet. Fr die Messung bei diskreten Wellenlngen wird ein Bandpassfilter und Photodetektor verwendet. Die Dynamik des Detektors sollte 20 dB sein. Die spektrale Breite des Bandpassfilters muss 15 nm (FWHM: Full width half maximum) sein

42、. DIN 58145:2017-01 11 Key 1 light source 2 lenses or mirror system 3 shutter in front of specimen holder 4 adjustable specimen holder 5 specimen (specimen lenghts 2 m) 6 variant 1 for spectral measurement 7 variant 2 for measurement at discrete wavelength (e.g. 214 nm, 260 nm) Figure 1 Measuring se

43、tup 6.2 Light source As light source a deuterium lamp with a light emission window made of fused synthetic silica is used. A spectral power density of 200 W/nm/cm2at 214 nm shall be coupled into the fiber. 6.3 Coupling unit The design of the coupling unit shall ensure an overfilling of the numerical

44、 aperture of the specimen. In addition the core area should be excited by at least 50 % of the specimen. The recommended adjusting wavelength is 214 nm. NOTE When using mirror optics, the wavelength dependence is eliminated. 6.4 Specimen holder The specimen holder shall be adjustable in all three ax

45、es, where the Z-axis shall be aligned parallel to the optical axis. After adjustment (see 7.2) the holder shall ensure a reproducible positioning, of the specimen, e. g via connector/adapter system. 6.5 Detector For the detection of the spectral transmitted power, a spectrometer shall be used. For t

46、he measurements at discrete wavelengths, a band-pass filter and photodetector is used. The dynamic range of the detector should be 20 dB. The spectral width of the bandpass filter shall be 15 nm (FWHM: Full width half maximum). DIN 58145:2017-01 12 6.6 Datenerfassung Bei Verwendung eines Spektromete

47、rs erfolgt die Datenerfassung der spektralen transmittierten Leistung als spektrales Messsignal ber der Zeit entweder durch das Detektorsystem selbst oder durch einen angeschlossenen PC oder Datenlogger. Bei Verwendung des Photodetektors mit Bandpassfilter wird der Phototostrom bei einer definierten

48、 Wellenlnge ber der Zeit mit entsprechenden Systemen erfasst. 7 Durchfhrung der Messung 7.1 Vorbereitung des Messplatzes Fr die Vorbereitung des Messplatzes sind die beiden Probenhalter fr die Einkoppelseite und Auskoppelseite fr die jeweilige Messprobe auf maximales Signal bei 214 nm zu justieren.

49、Da whrend der Justage bereits eine Schdigung der Messprobe erfolgt, ist hierfr eine Justierfaser zu verwenden. Die Justierfaser wurde vorab mit UV-Licht so bestrahlt, dass sie sich im stationren Zustand befindet. Die Justierfaser sollte eine Lnge von 0,5 m bis 1 m und einen empfohlenen Kerndurchmesser von 100 m aufweisen. Als Detektionssystem fr Justage der Einkoppelseite wird eine Kombination aus Bandpassfilter (214 nm) und Photodetektor