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

33 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

57654. It’s your planet! 63 KB
  I am very glad to see you! I hope that everybody is in order. Look at the pictures and try to guess the topic of our lesson. Yes, exactly – it is “It’s our planet”. I suppose this topic will be interesting for you, because nature is our home and our duty is to respect its rights.
57655. Політична система Великої Британії 60.5 KB
  Good morning boys and girls, collogues and guests! Today we got together to discuss the problem: “British political system and the role of Queen Elizabeth II and the Parliament.”
57656. MY FUTURE PROFESSION 56.5 KB
  Teacher: Good morning, children! I am glad to see you! Pupils: Good morning, teacher! We are glad to see you too! Teacher: today we shall talk about professions and your future professions.
57657. Урок-пояснення нового матеріалу в початку вивчення розділу «США» 40 KB
  The USA – The official name of America is the USA or the US (cлайд 1). It was discovered by Christopher Columbus (cлайд 2). The country consists of 50 states (слайд 3). The capital of the USA is Washington (слайд 4). People speak English in America, so people from America and the UK can understand each other.
57658. Му School. At School 34.5 KB
  There are fifty two pupils form. The pupils play in the playground before classes. Some of them wear their school uniform: a white blouse or a shirt and a blue skirt or trousers. Before lessons they sing one or two songs.
57659. MY LAST VISIT TO THE SHOP 144.5 KB
  Practical: to practice pupils’ speech on the topic “Doing Shopping”; to revise vocabulary on the topic and urge pupils to use these words in their speech; to develop pupils’ speaking, reading, listening and writing skills on the topic...
57660. Sport. Kinds of Sports 43.5 KB
  Objectives: to develop students listening, reading, speaking and grammar skills; to revise and enrich students vocabulary on the topic; to practise group work; to motivate students to communicate with each other.
57661. Спорт у світі 85 KB
  Babe Didrikson Zaharias was one of the most extraordinary athletes of all time. She was a champion in basketball and golf. She also swam, boxed, played baseball and many other sports. In 1950, she was named the greatest woman athlete of the first hail of the 20th century.
57662. Відповідальність людей перед природою 32.5 KB
  Teacher: Look at the blackboard, please (слайд 1). Let`s read these quotations of famous people about nature. How do you understand them? Do you agree? What`s your opinion?