|
|
|
|
|
|
||
К волоконно-оптическим элементам (ВОЭ) относятся гибкие и жесткие световоды, жгуты, фоконы, линзы, преобразователи; их применяют в оптических приборах для передачи и коммутации световых сигналов, передачи оптического или электронно-оптического изображения, преобразования формы сечения светового сигнала, коррекции кривизны поля оптической системы. В приборостроении для изготовления экранов электронно-лучевых трубок, фотокатодов и входных окон электронно-оптических преобразователей, волоконных линз используют спеченные волоконные пластины [27]*.
Основой всех ВОЭ является одножильный световод, имеющий световедущую жилу из оптического материала с высоким показателем преломления nc, окруженную светоизолирующей оболочкой из оптического материала с низким показателем преломления nо.
Предельный угол наклона u1 лучей, проходящих по световоду без виньетирования, характеризует светосилу световода, а величина n 1sinu1 - числовой апертурой А 0. Значение апертуры зависит от показателя преломления материалов жилы, оболочки и среды и практически находится в пределах 0,3-0,96. Световоды диаметром до 0,1 мм имеют гибкость и называются оптическим волокном. Применение гибких волокон, соединенных в жгуты, позволяет осуществить передачу света и изображения на подвижные узлы приборов по криволинейным каналам.
Сечение световодов может быть круглым, квадратным и в форме шестиугольника и выбирается в зависимости от метода укладки световодов в жгуты и назначения ВОЭ. Чем меньше диаметр световодной жилы, тем больше, до определенных пределов, разрешающая способность жгута. Однако, при диаметрах менее 2-5 мкм вследствие дифракционных явлений происходит потеря контраста изображения, что ведет к снижению разрешающей способности жгута.
Обычно диаметр световода находится в пределах 50-70 мкм. Изготовление более тонких световодов сопряжено с большими трудностями, так как тонкий световод становится неосязаемым для оператора. Толщина оболочки из условия обеспечения оптической изоляции жилы должна быть не менее l / 2, обычно же толщина оболочки (1ё 2) l. Допуск на отклонение диаметра жилы от номинала установлен + 5% D .
Гибкий волоконный жгут: 1- торец; 2- фасонный наконечник; 3 - поливинилхлоридная оболочка; 4 - световоды
Коэффициент светопропускания t учитывает поглощение и рассеяние света материалом жилы световода, внутреннее отражение на границе жила-оболочка, френелевское отражение от торцов и влияние краевого эффекта и находится в пределах 30-35% (для стандартных осветительных жгутов длиной 1м).
Материалы для изготовления световодов. Световоды изготовляют из оптического стекла и полимерных материалов. Световоды из оптического стекла имеют высокую оптическую однородность и механическую прочность.
Стекла, используемые для жилы и оболочки, должны быть химически и технологически совместимы [Семибр]. Химически совместимыми считаются стекла, у которых на поверхности спекания не образуются кристаллы, не нарушается поверхность раздела при появлении пузырьков и диффузии ионов. Технологически совместимыми являются стекла, имеющие в диапазоне температур от 20 ° С до температуры спекания близкие значения коэффициентов линейного расширения, а также одинаковые вязкости при температуре выработки.
Стекла для ВОЭ объединены в серию В. Марку стекла обозначают в зависимости от назначения стекла буквенным индексом: ВС - стекло для жилы (сердцевины), ВО - стекло для оболочки бесцветное, ВТО - стекло для темной оболочки, а также значением среднего температурного коэффициента линейного расширения.
В качестве материала жилы для волоконных деталей, работающих в ИК области спектра, используют бескислородные стекла. Световоды без оболочки хорошо вытягиваются из кварца, они имеют высокую однородность и прозрачность в видимой и УФ областях спектра, высокую механическую прочность.
Для изготовления оптического волокна применяют также высокопрозрачные полимеры - сополимеры метилметакрилата и метилакрилата. Полимерные материалы термостойки до 80° С, гибки, радиационно-стойки, однако имеют недостаточно высокую однородность.
Многожильные световоды для высокоразрешающих ВОЭ изготовляют перетяжкой пакета одножильных световодов в один многожильный при температуре пластической деформации стекла.
К оптическим стеклам, применяемым для изготовления световодов и волокон спеченных пластин, используемым в электронно-оптических приборах, предъявляют дополнительные требования: стекла жилы и оболочки не должны химически взаимодействовать с материалом фотокатода; материалы световода должны быть согласованы с материалом колбы по коэффициенту линейного расширения.
Фоконы - волоконные элементы с коническими световодами, их применяют для изменения масштаба изображения и выравнивания кривизны поля оптических систем.
Микроканальные пластины представляют собой элементы, состоящие из большого количества прямых стеклянных капилляров диаметром 10-20 мкм при толщине стенок каналов 1,5-3 мкм. Используют их для усиления яркости изображения в электронно-оптических преобразователях.
Примеры оформления чертежей:
