Allgemeines

Das Fernfeld eines Lichtleiters oder einer Lichtquelle ist die Lichtintensität, die der Probant über den Lichtkegel verteilt. Der Lichtkegel und die Beleuchtungsintensität ist bei jedem Bauelemet sehr verschieden. Während z.B. eine Glühbirne in einen sehr großen Bereich relativ gleichmäßig wenig Licht abgibt, gibt eine Laserdiode ein fast punktförmiges, aber dafür sehr intensives Licht ab.
Das wird bei der Fernfeldmessung gemessen.

Aufgaben

Aufgabe 1:

Prüfling

Multimodefaser D33I von SEL, beleuchtet durch eine weiße Glühlampe, die durch die Faser leuchtet.

Ablauf

Ausrichten der Multimodefaser D33I in der Fernfeldmessapparatur mit einem Mikroskop
Ausmessen des Fernfeldes mittels PC-Messsoftware, die auch den Messplatz ansteuert.
Die Software lässt den Messtisch der Anlage auf den voreingestellten Winkel fahren, misst dann die relative Intensität und bewegt den Tisch zum nächsten Messpunkt. Während der Aufnahme wird auf dem Bildschirm ein Diagramm mit Winkel und Leuchtintensität gezeichnet. Die Messung wurde in 1° - Schritten im Bereich von -30° bis +30° durchgeführt.

Ergebnis

Im Diagramm (Anhang, Blatt 1) sieht man, dass die Multimodefaser nur im Bereich von ca. +/- 10° nennenswert Licht abgibt.
Numerische Apertur der Glasfaser bei Intensitätsabfall auf 5%:
A_N=n * sin(^θ/₂) aus Gl2, Vorlage
A_N=1,5 * sin(^10,72°/₂)=0,1401

Aufgabe 2:

Prüfling

Laserdiode M40123N-01, direkt auf den Fernfeldmessplatz montiert.

Ablauf

Einbau aus Ausrichten der Laserdiode M40123N-01 auf dem Tisch des Fernmessplatzes
Einstellen des Lock-in-Verstärkers auf maximal 10V
(Der Lock-in-Verstärker verstärkt das Signal der Messfotodiode auf ein für die im PC eingebauten Messkarte optimalen Pegel, sodass der AD-Wandler optimal ausgenützt wird)
Kalibireren des Messkopfes durch Messen von verschieden Lichtleistungen bei verschiedenen Spannungen und Überprüfung der wirklichen Lichtleistung mit dem Radiometermesskopf 13PDH001. Die Spannungswerte, sowie die gemessene Lichtleistungen werden in den PC eingegeben, der daraus einen Kalibrierwert errechnet und damit des später erstellte Diagramm auf die richtige Einheit umrechnet.
Fernfeld mit PC wie oben beschrieben in horizontaler und vertikaler Richtung ausmessen.

Ergebnis

Kalibrierung - Werte des Messkopfes

Eingangsspannung	Ausgangsspannung Lock-in Verstärker	Lichtstärke des Lasers / Laserpower	Kalibrations-Faktor
800 mV	8,43 V	12,00 µW	0,4531 µW/sr V
650 mV	6,50 V	8,34 µW	0,4084 µW/sr V
500 mV	4,69 V	6,07 µW	0,4120 µW/sr V
350 mV	2,82 V	3,67 µW	0,4143 µW/sr V
200 mV	0,93 V	1,27 µW	0,4347 µW/sr V

Der durchschnittliche Kalibrationsfaktor aus den 5 Messungen ist 0,4245 µW/sr V

Beim Betrachten der Messergebniss (Anhang Nr. 2 und 3) fällt auf, dass die vermessene Laserdiode keine punktförmige Lichtquelle, sondern eine linienförmige ist. Die Abstrahlung bei paralleler Einstellung ist wesentlich schmäler als die bei senkrechter Einstellung.
Man kann, insbersondere bei der senkrechten Einstellung erkennen, dass die Laserdiode keine parabellförmige Abstrahlung, sondern eine leicht abgehackte hat.

Aufgabe 3:

Prüfling

LED LS5421-NR, direkt auf den Fernfeldmessplatz montiert.

Ablauf

Analog zu Aufgabe 1, nur +/- 45°

Ergebnis

Auch die LED hat ein gebirgsartiges Fernfeld (siehe Anlage 4), allerdings ist der Abstrahlwinkel größer als bei einer Laserdiode. Die von uns vermessene Diode hat von ca. -8° bis + 15° immer noch über die Hälfte ihrer Maximalintensität, wohingegen die Laserdiode in der parallelen Richtung nur von ca. -4° bis +7° und in senkrechter Richtung von ca. -9° bis 13° mehr als die Hälfte ihrer Maximalintensität abgibt.

Aufgabe 4:

Prüfling

LED LS5421-NR, direkt auf den Fernfeldmessplatz montiert.

Ablauf

Messung der Laserdiode im 3D-Modus: der Prüfling wird durch die Software an 6 X 10 Punkte im Bereich von +/-90 in der einen Richtung und +/-30° in der anderen Richtung vermessen.
Dabei entsteht ein dreidimensionales Intensitätsfeld.

Ergebnis

Die LED hat ein nahezu keulenförmige Lichtabstrahlung (siehe Anhang 5 und 6).
Die auf den Bildern zu erkennenden Abweichungen von der Keulenform kommen im wesentlichen von den wenigen Messpunkten. Um die Keulenform besser darstellen zu können, müssten mehr Messpunkte angefahren werden, was aber einen hohen Zeitaufwand (schnell mehrere Stunden) nach sich zieht.

Anhänge

1	Diagramm zu Aufgabe 1, Fernfeld einer Multimodefaser
2, 3	Diagramme zu Aufgabe 2, Fernfeld einer Laserdiode
4	Diagramm zu Aufgabe 3, Fernfeld einer LED, zweidimensionale Abtastung
5, 6	Diagramme zu Aufgabe 4, Fernfeld einer LED, dreidimensionale Darstellung