18141

Ввод излучения в световод с применением микролинз, градиентных и сферических линз

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лекция 7. Ввод излучения в световод с применением микролинз градиентных и сферических линз Согласующие устройства с применением микролинз В качестве микролинз в устройствах ввода излучения применяют полусферы и сферы. Схема устройства ввода излучения в световод с

Русский

2013-07-06

441.39 KB

26 чел.

Лекция 7.

Ввод излучения в световод с применением микролинз, градиентных и сферических линз

Согласующие устройства с применением микролинз

В качестве микролинз в устройствах ввода излучения применяют полусферы и сферы. Схема устройства ввода излучения в световод с применением микролинз представлена на рис.7.1.

Рис. 7.1. Схема устройства ввода с применением микролинз:

1 – источник излучения; 2 – микролинза; 3 – световод.

Кардинальные параметры полусферических микролинз следующие (рис. 7.2):

     (7.1)

     (7.2)

     (7.3)

Рис.7.2. Кардинальные параметры полусферических микролинз

Кардинальные параметры сферических микролинз следующие (рис. 7.3.):

      (7.4)

            (7.5)

Рис.7.3. Кардинальные параметры сферических микролинз

Если микролинза применяется для ввода излучения в многомодовый световод, то ее фокусное расстояние определяется из соотношения:

         (7.6)

где:

– радиус световода;

и  – угол расходимости лазерного пучка по двум координатам; – числовая апертура световода;

и – радиус перетяжки лазерного пучка.

Радиус перетяжки лазерного пучка определяется из соотношений:

            (7.7)

      (7.8)

Для дальнейшего расчета необходимо определить увеличение в перетяжках:

           (7.9)

         (7.10)  

где:

– фокусное расстояние микролинзы.

Коэффициент линейного виньетирования определяется из соотношений:

            (7.11)

          (7.12)

Коэффициенты линейного и углового виньетирования для многомодовых световодов связаны соотношениями:

        (7.13)
   
            (7.14)

Если для определения коэффициента пропускания пользуются номограммой. Если , то   потерь на пропускание нет (виньетирования нет )

Коэффициент пропускания устройства ввода излучения определяется следующим соотношением:

    (7.15)

Если микролинза вводит излучение в одномодовый световод, то ее фокусное расстояние определяется из соотношения::

          (7.16)

где:

 – эффективный радиус для  круглого световода.

Коэффициент линейного виньетирования равен:

        (7.17)

         (7.18)

Коэффициент пропускания при линейном виньетировании определяется из соотношения:

      (7.19)

Коэффициент пропускания при угловом виньетировании определяют по номограммам.

Коэффициент пропускания устройства ввода излучения определяется из соотношения:

            (7.20)

Устройства согласования с применением градиентных линз или селфока

Градиентная линза – это цилиндр с диаметром 2 - 4 мм, у которого показатель преломления от центра к краю меняется по определенному закону. Один из наиболее используемых законов имеет следующую запись:

               (7.21)

где:

- характеристика зависимости ППП от центра к краю селфока;

 – показатель преломления в центре линзы;

– координата, перпендикулярная к оптической оси;

– коэффициент, учитывающий фокусирующие свойства селфока.

Внутри селфока траектория луча представляет собой гармоническую функцию. Вид этой функции - решение дифференциального уравнения:

          (7.22)

где:

– оптическая сила селфока;

 – координата в направлении его оси.

В частном случае траектория луча в селфоке описывается уравнением:

  (7.23)

где:

и – линейная и угловая координата луча при .

Ход лучей в селфоке показан на рис. 7.4.

Рис.7.4. Ход лучей в селфоке

Переднее и заднее фокусные расстояния селфока длинной , a также вершинные отрезки селфока могут быть определены из соотношений:

        (7.24)

        (7.25)

где:

, и – показатели преломления в плоскости предметов, плоскости изображений и в центре селфока.

Фокусирующие свойства селфока зависят от его длины. На рис. 7.5 показаны фокусирующий и коллимирующий селфоки.

а)     б)

Рис.7.5. Ход лучей в селфоке: а) фокусирующем; б) коллимирующем

Расчет согласующих селфоков без применения специальных программ можно производить при применении их в соответствии с упрощенными  схемами, которые показаны на рисунке 7.6.

Рис. 7.6. Упрощенные схемы согласующих селфоков

Предметный отрезок для селфока определяется следующим соотношением:

    (7.26)

где:

- длина селфока;

- коэффициент, определяющий фокусирующее свойство селфока.

Последовательность расчета согласующего устройства с селфоком следующая.

  1.  определение увеличение селфока.

Увеличение селфока для схемы, представленной на рисунке (7.6. а)), определяется следующим соотношением:

                      (7.27)

где:

– диаметр излучающей площадки ИИ;

– диаметр сердцевины световода.

Увеличение селфока для схемы, представленной на рисунке (7.6. б)), определяется следующим соотношением:

              (7.28)

где:

– диаметр чувствительной площадки приемника

Из соотношения, определяющего зависимость показателя преломления от поперечной координаты, имеем:

          (7.29)

При известных значениях , и , коэффициент, определяющий фокусирующее свойство селфока, рассчитывают по формуле:

      (7.30)

Воспользовавшись соотношением (7.26), приняв , запишем:

          (7.31)

(рад)    (7.32)

Длину селфока с учетом соотношения (7.25) определяют по формуле:

   (7.33)

Расстояние от выходного торца селфока до плоскости излучателя или фотоприемника определяется из соотношения:

         (7.34)

Применение сферических линз

В некоторых случаях для ввода изучения в световод применяют обычные линзы. Схема применения таких линз показана на рис.7.7.

Рис.7.7. Схема применения сферической линзы:

1– излучатель; 2 – линза; 3 – световод.

При расчете устройства  необходимо решить задачи согласования по площади  и  по апертуре излучателя и световода.

Потери излучения в этом случае можно определить по формуле :

 (7.35)

где:

– мощность излучения источника;  

– мощность, введенная в световод;

– площадь излучающей площадки источника;

– площадь входного торца сердцевины световода;

– коэффициент, учитывающий уровень мощности на краю диафрагмы направленности источника.

Если , то можно считать отношение . Если одна из координат , то потери излучения можно определить, сравнивая не площади, а линейные размеры источника и световода. Тогда:

,   дБ       (7.36)

Степень углового виньетирования зависит от угловых размеров индикатрисы излучения источника и числовой апертуры световода. Параметр, характеризующий угловые размеры индикатрисы () может быть определен на основании допущения о необходимой мощности излучения на краю диаграммы направленности.

Для практических расчетов можно принять, что:

    (7.37)

где:

– мощность излучения по центру индикатрисы излучения источника;

– мощность излучения индикатрисы под углом по отношению к оси.

Если принять, что выполняется соотношение:

   (7.38)

то

   (7.39)

         (7.40)

где:

– угол расходимости лазерного пучка по вертикали.

Если для уменьшения потерь используется сферическая линза, то она изменяет угловые размеры индикатрисы  источника излучения. Индикатриса уменьшается и становится равной числовой апертуре световода. На рисунке 7.8 показана схема ввода излучения в световод для данного случая.

Рис. 7.8. Схема ввода излучения в световод с использованием сферической линзы

В этом случае используется и новое значение :

    (7.41)

Для определения конструктивных параметров сферической линзы, а также расположения источника и приемника, используют следующие соотношения:

           (7.42)

             (7.43)

               (7.44)

           (7.45)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

1359. Стилистические приемы композиции отрезков высказывания 232.5 KB
  В составе высказывания имеются иногда значительно более сложные отрезки, чем предложение или два предложения, соединенные между собой. Обратный параллелизм (хиазм). Присоединение (Cumulation). Повторы, основанные на многозначности.
1360. Розробка проекту кінотеатру та підвищення можоливостей доступу до нього місцевого населення 261 KB
  Норми первинних засобів гасіння пожежі для приміщень кінотеатрів і кіноустановок. Вимоги пожежної безпеки до приміщень кіноапаратного комплексу. Меблі та обладнання кінотеатру. Стильове та кольорове рішення кінотеатру. Акустичні вимоги до залів і сертифікація кінозалів.
1361. Насыщенный пар 258.5 KB
  Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным паром. Это определение подчеркивает, что в данном объеме при данной температуре не может находиться большее количество пара.
1362. Начало философии в Древней Греции 250.5 KB
  Истоки древнегреческой философии. Греческие мыслители в поисках первоначала всего сущего: милетская школа, пифагорейский союз, элейская школа. Гераклит как родоначальник диалектики. Атомизм Демокрита. Гуманистическая направленность философии софистов. Антропоцентризм и этический рационализм Сократа.
1363. Температура и тепловое равновесие 154.5 KB
  Температура характеризует состояние теплового равновесия системы тел: все тела системы, находящиеся друг с другом в тепловом равновесии, имеют одну и ту же температуру.
1364. Анализ автоматизированных систем муниципального общеобразовательного учреждения Сигаевская средняя общеобразовательная школа № 58 142 KB
  Описание автоматизированных систем, используемых в управлении предприятием. Подбор материалов по всем пунктам дипломного задания с указанием первоисточников. Изучение прав и обязанностей, системного администратора, программиста.
1365. Строительство гостиницы на территории жилого района Западная поляна в городе Пенза. 123 KB
  Описание территории жилого района Западная поляна в городе Пенза. Основные принципы проектирования. Инженерное оборудование здания. Расчет количества мест в образовательных учреждениях района Западная поляна. Предварительный баланс территории функциональной зоны жилого района.
1366. Деятельность мирового суда. Судебный участок № 1 144 KB
  Мировой суд – это первичное (низшее звено) судебной системы (судов общей юрисдикции), рассматривающее в упрощенной процедуре незначительные гражданские, административные и уголовные дела.
1367. Карданная передача 120.5 KB
  Введение, виды, классификация, особенности конструкции. Кулачковый карданный шарнир. Неисправности карданной передачи, причины и способы их устранения. Технологический процесс технического обслуживания. Охрана труда и техника безопасности при проведении ТО и ремонта.