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

28 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

59593. Правда, обпалена війною… (Аналіз кіноповісті Україна в огні) 37.5 KB
  Перевірка домашнього завдання і актуалізація опорних знань Україну в огнів називають Довженковою Голгофою. Що говорить сам Довженко у Щоденнику про це 31 січня 1944 р. Після дитячих версій можна запропонувати і версію Михайла Шевченка...
59594. Сценарій уроку: Правління в римській республіці 38.5 KB
  Учням ставляться запитання: Яка була роль консула та народного трибуна в державі Яким шляхом прагнув зробити карєру Гаймолодший Як йому вдалося стати консулом Чому Гаймолодший уплутався в корупцію У чому це виявилось Зясувати з учнями як вони розуміють корупцію.
59595. Природа і людина в оповіданні Григора Тютюнника 41 KB
  Діти ви любите перебувати на лоні природи А чи вмієте милуватися нею Так само щиро любив свою землю свій край свою природу і Григір Тютюнник автор оповідання Лісова сторожка яке ми розглядатимемо на уроці. Будемо аналізувати персонажів твору...
59596. Проект: Квіти в творчості Тараса Григоровича Шевченка 36.5 KB
  Учити проведенню теоретичного дослідження; розвивати творчу уяву вміння робити підборку квітів складати їх в єдину композицію; сприяти вихованню у молоді любові до рідної землі історії культури мистецтва; вироблення навиків колективної праці; стимулювання інтересу учнів до творчості Т. Шевченка...
59598. Урок-гра подорож. Птахи нашого краю 54.5 KB
  Обладнання: малюнки із зображенням птахів інші ілюстрації картки Вулиця птахів виставка дитячих книжок про птахів ребуси кросворди. Отже ви здогадались що мова піде в нас про птахів нашого краю. Зараз ми з вами відправимось у дивну подорож вулицею Птахів у місто Природоград.
59599. Розв’язування вправ на всі дії з десятковими дробами 36.5 KB
  Мета: узагальнити і систематизувати знання учнів з теми; закріпити навички учнів виконувати всі дії над десятковими дробами; розвивати логічне мислення, увагу, інтерес до предмета; формувати навички самоконтролю; виховувати активність.