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

54643. Единый Всеукраинский Олимпийский урок 227.5 KB
  1 ведущая: 28 веков над землёй пронеслись И теперь до сих пор Слышен стук колесниц Праздник спорта живёт И огонь не погас Олимпийские игры Славит Пегас 2 ведущий: В живописной долине Средь статуй Богов Собирались атлеты Элитных кругов И спортивная песня От века до века Захватила и скифа и тавра и грека Греческий танец исполняют учащиеся 1011классов 1 ведущая: Но до...
54644. Розв'язування вправ та задач на додавання, віднімання та множення натуральних чисел 185.5 KB
  Цього разу щоб отримати підказку вам необхідно розвязати таке завдання на картці. Молодці Отримуйте свою відгадку Катерина Серебрянська художня гімнастика 1996 рік літня олімпіада Лілія Підкопаєва спортивна гімнастика 1996 рік літня олімпіада Рустам Шарипов спортивна гімнастика 1996 рік літня олімпіада Хто же наступний Візьміть аркуш який лежить у кожного на парті. Розв'язання: 28  45 1260 114 448  25 1374 11200 12574 Відповідь: 12574 Тимур Таймазов – важка атлетика 1996 рік літня олімпіада Розв’яжемо...
54645. Характеристика олигополии 20.84 KB
  Экономисты обозначают условия, в которых протекает рыночная конкуренция, термином рыночная структура. Структура рынка определяется количеством и размерами фирм, характером продукции, легкостью входа на рынок и выхода из него, доступностью информации
54647. На божественному Олімпі. Сценарій новорічного свята 85 KB
  Дійові особи: Чарівник Зевс Посейдон Аїд Уранія Кліо Калліопа Мельпомена Ерато Полігімнія Талія Терпсіхора Евтерпа Астролог Історик Оратор. На троні сидить Зевс. Учитель: Ой знову щось не те Зевс: Ох і нудно ж отут самому у піднебессі Чи подивитися на Землю що там смертні роблять. Чути звуки кроків О таки йдуть Посейдон і Аїд: Привіт тобі брате – громовержцю Зевс: Привіт і вам Проходьте будь ласка.
54648. МИ - ОЛІМПІЙЦІ 199.5 KB
  Мета: популяризація олімпійських видів спорту; пропаганда здорового способу життя; формування моральних якостей.
54649. Sport Events. Olympic Games 468.5 KB
  Dear pupils. I am glad to see you here. I am sure you are ready for active work. Our topic today is “Sport. Olympic Games”. By the end of the lesson you should learn more about International Olympic Movement and about Olympic Games and the first marathon. I see that you are happy and you know it because your faces surely show it. So let’s sing one of our favourite songs.
54650. Розв’язання задач підвищеної складності у процесі підготовки учнів до олімпіад із фізики 1.25 MB
  Опанування учнями середньої школи знань із фізики потребує розвязання задач. Таким чином формуються допитливість самостійність інтерес до навчання розвивається вміння аналізувати явища.
54651. РУКОВОДСТВО ПО КОМПЬЮТЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ЗАЩИТЕ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ БОЛЬШИХ БОССОВ 816 KB
  Но почему ты думаешь что защита твоей собственной информации любой деловой или личной это менее интимное дело Увы друг мой защита твоей информации или хотя бы чёткое понимание того что это такое и как подобная защита должна строиться это ТВОЁ ЛИЧНОЕ ДЕЛО Не Cos Nоstr хотя твои проблемы могут стать и Нашим Делом тоже а Cos Tu Твоё Дело Разумеется тебе не хочется вникать во все эти тонкости. В этом конечно есть определённая лоrика однако безопасность твоей информации это и есть Большая Проблема уверяю тебя. Но они...