31. Световоды и волоконная оптика

Стеклянный пруток круглого или другого сечения с полированными боковой поверхностью и торцами может быть использован в качестве световода для передачи световой энергии в труднодоступные полости без переноса теплоты от источника излучения. Световоды могут быть изогнуты в горячем состоянии с радиусами кривизны, равными их диаметрам, и в холодном состоянии с радиусами кривизны диаметров. Луч, падающий на торец прутка (рис. 65), проходит сквозь него, претерпевая неоднократное полное внутреннее отражение от боковой поверхности. Для обеспечения лучших условий полного внутреннего отражения прутки изготовляют из тяжелых флинтов и покрывают оболочкой (изоляцией) из крона или металлическим отражающим слоем.

Характеристикой углового поля световодов являются апертурные углы Для входного торца для выходного

Для определения апертурного угла ограничивающего телесный угол для пучка лучей, полностью проходящих через

Рис. 65. Прохождение лучей в светопроводе

Рис. 66. Схема для определении апертурного угла в световоде

световод, обратимся к рис. 66. Входной торец световода возьмем перпендикулярным к его оси. Показатель преломления волокна сердцевины больше, чем показатель преломления оболочки При полном внутреннем отражении луча от границы между волокном и изоляцией имеем:

Преломление на торце описывается формулой

Так как то из формул (132) и (133) следует равенство для определения входного апертурного угла при (воздух):

Если показатель преломления среды, в которой находится выходной торец световода, также равен единице то выходной апертурный угол равен входному апертурному углу

При получим

Для передачи изображений используют многожильные световоды — пучки светопроводящих волокон. Наименьший диаметр волокна составляет При меньших диаметрах качество изображения ухудшается вследствие дифракции. Волокна в оболочках, уложенные параллельно и спеченные, с отполированными торцами, лежащими в одной плоскости, обеспечивают передачу изображения с одного торца на другой. Разрешающая способность такого пучка волокон зависит от их диаметра и расстояния между ними. Надежно получаемой является разрешающая способность до При дальнейшем повышении разрешения снижаются и контраст, и яркость изображения.

Из волоконных элементов делают следующие детали, передающие изображение: жесткие световоды, гибкие жгуты, диски, фоконные линзы, анаморфоты, преобразователи кольцо—линия и др. [6].

Жесткие многожильные световоды, служащие для передачи изображения, используются в приборах, предназначенных для обзора и фотографирования стенок трубок, передачи изображений шкал и в качестве микроскопа-иглы.

Гибкие регулярные жгуты входят в состав гибких перископов и приборов для обследования внутренних органов человека. Они представляют собой параллельно уложенные волокна, спеченные вблизи торцов. Применение гибких жгутов, выходной торец которых вытянут в виде узкой полосы шириной, равной диаметру волокна, обеспечивает высокоскоростную киносъемку с частотой

Для обеспечения контактной фотопечати с выпуклых экранов кинескопа или электронно-оптического преобразователя (ЭОП)

используют волоконные диски, одна поверхность которых вогнутая (примыкающая к экрану), вторая — плоская. диски содержат до полумиллиарда волокон и разрешают до при апертурном угле

Фоконы и фоконные линзы имеют волокна с переменным сечением (конические), что обеспечивает изменение поперечного увеличения передаваемого изображения.

Односторонняя опрессовка одного конца жесткого многожильного светопровода, гибкого жгута или фокона превращает их в анаморфот, сжимающий или растягивающий изображение в одном направлении.

Формирование входного и выходного торцов многожильного световода позволяет создать преобразователь изображения, например, преобразователь кольцо—линия и т. п.

Для изготовления волоконной оптики применяются стекла следующих марок: для сердцевины — ; для оболочки —