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

31 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

72921. Шляхи удосконалення державного регулювання зайнятостів України 724.73 KB
  Розвиток економіки будь-якої держави визначається наявними людськими ресурсами, їх здібністю до ефективної праці, а також наявністю умов для її здійснення. Тому можливість займатися ефективною працею, забезпечення зайнятості та її регулювання можна розглядати як чинник забезпечення стійкого економічного зростання держави.
72922. Разработка технологического процесса восстановления железнодорожных рельс газопорошковой наплавкой 1.14 MB
  В настоящее время проблема повышения работоспособности рельсов несмотря на достигнутые положительные результаты в обеспечении качества рельсовой стали стоит как никогда остро не только в России но и за рубежом.
72924. Противодействие коррупции на государственной службе: российский опыт и перспективы 28.22 KB
  Актуальность темы, выбранной для анализа, я обусловил высоким уровнем коррумпированности федеральных и региональных органов государственной службы Российской Федерации, так как считаю, что в настоящее время это имеет место быть в наших органах государственной власти.
72925. Стилістичні потенції прикметника 72.71 KB
  Особистісна сутність людини, її фізіологічна й духовна індивідуальність, винятковість, неповторність і окремішність усього живого й неживого в природі, усіх пізнаних людиною істот і предметів створюється певною сукупністю тих якостей, ознак, які властиві будь-кому й будь-чому.
72926. Теоретическая база логистики 185.24 KB
  В четвертом разделе определяется стоимость доставки продукции различными видами транспорта и вычисляется самый оптимальный вид транспорта. Транспортная логистика Основными задачами транспортной логистики являются: обеспечение транспортировки товаров; минимизация транспортных расходов...
72927. Мода и макияж 20-х годов 70.11 KB
  Именно поэтому бросающие вызов правилам и условностям женщины 20-х годов нарочито доставали из сумочек губную помаду и пудру и прилюдно поправляли свой макияж считая такое дерзкое поведения высшим шиком. Макияж 20х годов - это бледное напудренное лицо пудра должна быть светлее тона кожи...
72928. ПРИКЛАДНАЯ ЭКОНОМИКА: МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ 349 KB
  Экономический подъем в стране невозможен без целенаправленной деятельности промышленных предприятий на основе совершенствования управления процессами изготовления продукции, повышения эффективности производства и труда, конкурентоспособности продукции.
72929. Анализ условий и особенностей предпринимательства в России 106.69 KB
  Ни для кого не является секретом тот факт, что основу рыночной экономики составляет частная собственность, которая позволяет развиться другим формам экономической деятельности, в частности, предпринимательской.