Волокно

13.4. ТЕХНОЛОГИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ

ДЕТАЛЕЙ

13.4.1. Принцип работы световода

Свет, падающий на плоский торец тонкого стеклянного волокна с полированной образующей, проходит по нему, испытывая только потери вследствие поглощения и нарушения явления полного внутреннего отра­жения на границе двух сред. Для создания практически идеальных усло­вий полного внутреннего отражения, световедущую жилу окружают обо­лочкой толщиной -0,1 диаметра жилы. Показатель преломления и_ж мате­риала жилы больше показателя преломления и_о материала оболочки. Их связь с числовой апертурой А для меридиональных лучей имеет вид

С увеличением пж апертура возрастает, но вместе с тем становится больше потери света на отражение от входного и выходного торцов во­локна. При углах падения 30 - 40° потери света на отражение, в зависимо­сти от Пж составляют от 8 до 18%. Условие полного внутреннего отраже­ния выполняется и при отсутствии оболочки. При этом критический угол даже больше, так как показатель преломления воздуха меньше показателя преломления оболочки. Необходимость наличия оболочки объясняется тем, что она предохраняет жилу от повреждений и загрязнений, обеспе­чивает малые потери света при отражениях, играет роль связующей сре­ды при изготовлении вакуумплотных деталей, препятствуя просачиванию света из одного волокна в другое.

13.4.2. Материалы световодов и требования к ним

В качестве материалов для изготовления световодов используют стекло и полимеры. Если в обычном оптическом приборе стекла элемен­тов, составляющих оптический тракт, сохраняют свою индивидуальность

и не взаимодействуют друг с другом, то в световоде стекло жилы и обо­лочки, как в процессе изготовления самих световодов, так и деталей из них, воздействуют друг на друга. Это определяет необходимость предъ­явления к ним особых требований, которые несущественны для стекол классической оптики, а частности:

- для обеспечения необходимой числовой апертуры пара стекол (жила-оболочка) должна иметь определенную разность квадратов показа­телей преломления. В то же время эти стекла должны обладать совмести­мостью, т.е. способностью образовывать в световоде спаянную границу без возникновения на ней при последующих термических обработках де­фектов в виде кристаллизации, опалесценции, пузырей и др., приводящих к полной или частичной потере световодных свойств;

- длина пути света в световодах обычно много больше длины пу­ти в линзовых приборах. Это определяет, соответственно, повышенные требования к светопропусканию стекла жилы;

- в обычных оптических приборах наиболее жесткие требования по пузырям и включениям предъявляют к стеклу деталей, находящихся в плоскости изображения. В волоконных же деталях поверхность изобра­жения превращается в объем изображения, охватывающий деталь на всю длину ее волокон. Поэтому любое включение или пузырь, где бы они не находились в световедущей жиле, будут перенесены на выходной торец и нарушат качество изображения. Пузыри, частицы нерасплавизшейся шихты и другие включения, попавшие в волокно, приводят к возникнове­нию рассеянного потока и снижают светопропускание, а иногда и к пол­ной его потере у одной или группы жил;

- большая разность в КТР исходных стекол жилы и оболочки снижает оптические характеристики световодов из-за возникновения микротрещин. Разность КТР стекла жилы и оболочки допустима до 25-Ю"⁷ град"¹. При большей разности КТР волокна растрескиваются и рас­слаиваются. Для термомеханической прочности световодов КТР стекла оболочки должен быть больше КТР стекла жилы;

- при использовании стекол, быстро меняющих вязкость при ма­лых изменениях температуры, изготовление световодов затрудняется по­скольку из-за большого времени пребывания стекол в горячем состоянии в зоне спая жилы и оболочки протекает диффузия, и их показатели пре­ломления сближаются, минимальная диффузия имеет место при соотно­шении вязкостей т|*: т^ = 2,0 - 30,0.

Дата добавления: 2015-07-11