УСТРОЙСТВО ВВОДА НЕКОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В СВЕТОВОД Российский патент 2023 года по МПК G02B6/42 

Изобретение относится к волоконно-оптической технике и предназначено для использования в различных волоконно-оптических системах, использующих некогерентные источники излучения, в том числе в интроскопах, источниках дистанционного электропитания на базе световодов.

Известно устройство ввода некогерентного излучения в световод, содержащее последовательно установленные на одной оптической оси и оптически связанные эллиптическое зеркало, в заднем фокусе которого располагается источник некогерентного оптического излучения, а в переднем фокусе установлены вплотную друг к другу стеклянная пластинка со значительной зависимостью показателя преломления от температуры для обеспечения самофокусировки пучка света и торец световодного кабеля (Патент РФ N 2171485 от 23.02 2022 г., опубликован 14.02.2023 Бюл. N5).

Это устройство обладает низкой эффективностью ввода излучения в световод из-за того, что эффект самофокусировки предполагает пучки, у которых интенсивность максимальна в его центре и плавно спадает до нуля на краях. В противном случае благодаря эффекту самофокусировки вместо одного квазипараллельного пучка возникает несколько пучков, их число при флуктуации светового потока, окружающей температуры меняется, что, в конечном счете, приводит к снижению эффективности ввода излучения световод. Кроме того, в этом устройстве ввода излучения в световод нет возможности вводить в световод только части излучения в пучке с заданной спектральной областью, оно использует световодный кабель.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности ввода излучения в световод от некогерентного источника с заданной спектральной областью.

Задача, на решение которой направлено техническое решение, достигается тем, что в известном устройстве ввода некогерентного излучения в световод, содержащем последовательно установленные на одной оптической оси и оптически связанные эллиптическое зеркало, в заднем фокусе которого располагается источник некогерентного оптического излучения, а в переднем фокусе установленные вплотную друг к другу стеклянная пластинка со значительной зависимостью показателя преломления от температуры для обеспечения самофокусировки пучка света и торец световодного кабеля, введены рассеивающая линза, собирающая линза, светофильтр, диафрагма, фокон, вместо световодного кабеля использован световод, причем рассевающая линза установлена в переднем фокусе эллиптического зеркала так, что излучение источника некогерентного оптического излучения, сконцентрированное эллиптическим зеркалом и рассевающей линзой, выходит из нее в виде квазипараллельного пучка, за рассеивающей линзой расположена собирающая линза, а светофильтр и диафрагма расположены последовательно друг за другом между рассевающей и собирающей линзой, в фокусе которой находятся стеклянная пластинка, градиентная стержневая линза и световод расположенные также вплотную друг за другом, у диафрагмы пропускание максимально в центре и плавно спадает до нуля к краям.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит источник некогерентного оптического излучения 1, эллиптическое зеркало 2, рассевающую линзу 3, светофильтр 4, диафрагму 5, пропускание которой максимально в центре и плавно спадает до нуля к краям, собирающую линзу 6, стеклянную пластинку со значительной зависимостью показателя преломления от температуры 7, градиентную стержневую линзу 8, световод 9.

При отсутствии напряжения на источнике некогерентного оптического излучения 1, оптическое излучение в световоде отсутствует.

При поступлении напряжения излучение от источника некогерентного оптического излучения 1, расположенного в заднем фокусе эллиптического зеркала 2, сконцентрированное этим эллиптическим зеркалом, попадает на рассеивающую линзу 3 выходит из нее в виде квазипараллельного пучка и попадает на светофильтр 4, который пропускает только ту часть излучения, которая определяется полосой его пропускания. Затем излучение проходит через диафрагму 5, пропускание которой максимально в центре и плавно спадает до нуля к краям. Пройдя эту диафрагму 5, поперечное сечение пучка имеет максимальную интенсивность в его центре и плавно спадает до нуля к краям. Затем это излучение, сконцентрированное собирающей линзой 6, попадает на стеклянную пластинку 7. В стеклянной пластинке 7, за счет эффекта самофокусировки пучок света сжимается в пучок диаметром, равным диаметру градиентной стержневой линзы 8 и далее уже в градиентной стержневой линзе 8, этот пучок фокусируется в пятно, диаметр которого равен диаметру световода 9 и далее передается по нему.

При практической реализации устройства стеклянная пластинка 4 может быть выполнена, например, из стекла ТФ-105, у которого

(Сигал Г.Б. , Сорокин Ю.М. Нелинейная рефракция в поле нелазерных источников. Журнал технической физики. 1980, т. 50, N 4, с. 832-835).

Соответственно критическая мощность некогерентного излучения, при которой возникает самофокусировка:

,

где h - толщина стеклянной пластинки, μ - ее коэффициент поглощения, n, τ - показатель преломления и теплоемкость материала стеклянной пластины, θ₀ - угловой размер источника для точек на выходной апертуре формирующей системы.

Для стекла ТФ-105 для μ=0,5 и Р_КР=10 Вт. Этот уровень мощности легко достигается при использовании в качестве источника некогерентного излучения галогенной лампы, например типа КГМ 6-25+25-2, мощностью 25 Вт, или КГМ - 15 - 100 мощностью 100 Вт с помощью системы сферическое зеркало - линза, если использовать в составе устройства реализующего предлагаемый способ зеркало со сферической формой и линзу с эллипсоидальной поверхностью Изменением толщины стеклянной пластинки в предлагаемой конструкции можно регулировать величину угла светового пучка на выходе из пластинки и соответственно обеспечивать такую апертуру светового пучка, которая соответствует данному световоду. В предлагаемом способе эффективность ввода некогерентного излучения в промежуточный световод 9 может достигать ~90%, так как потери энергии некогерентного излучения обусловлены только поглощением в оптических элементах, в том числе в стеклянной пластинке, где происходит самофокусировка. Соответственно в световод может быть введено ~60% излучения некогерентного излучения источника. Предлагаемый способ ввода некогерентного оптического излучения в световод и устройство для его осуществления позволяет существенно снизить габариты осветительных системы и сделать их более экономичным за счет повышения эффективности ввода некогерентного излучения в световод и использовать вместо световодного кабеля световод.

Изобретение относится к волоконно-оптической технике и предназначено для использования в различных волоконно-оптических системах, использующих некогерентные источники излучения, в том числе в интроскопах, источниках дистанционного электропитания на базе световодов. Заявленное устройство ввода некогерентного излучения в световод включает последовательно установленные на одной оптической оси и оптически связанные эллиптическое зеркало, в заднем фокусе которого располагается источник некогерентного оптического излучения, а в переднем фокусе установленные вплотную друг к другу стеклянная пластинка со значительной зависимостью показателя преломления от температуры для обеспечения самофокусировки пучка света. В него введены рассеивающая линза, собирающая линза, светофильтр, диафрагма, причем рассевающая линза установлена в переднем фокусе эллиптического зеркала так, что излучение источника некогерентного оптического излучения, сконцентрированное эллиптическим зеркалом и рассевающей линзой, выходит из нее в виде квазипараллельного пучка. За рассеивающей линзой расположена собирающая линза, а светофильтр и диафрагма расположены последовательно друг за другом между рассевающей и собирающей линзой, в фокусе которой находятся стеклянная пластинка, градиентная стержневая линза и световод, расположенные также вплотную друг за другом. Причем у диафрагмы пропускание максимально в центре и плавно спадает до нуля к краям. Технический результат - повышение эффективности ввода излучения в световод от некогерентного источника с заданной спектральной областью. 1 ил.

Устройство ввода некогерентного излучения в световод, включающее последовательно установленные на одной оптической оси и оптически связанные эллиптическое зеркало, в заднем фокусе которого располагается источник некогерентного оптического излучения, а в переднем фокусе установленные вплотную друг к другу стеклянная пластинка со значительной зависимостью показателя преломления от температуры для обеспечения самофокусировки пучка света, отличающееся тем, что в него введены рассеивающая линза, собирающая линза, светофильтр, диафрагма, причем рассевающая линза установлена в переднем фокусе эллиптического зеркала так, что излучение источника некогерентного оптического излучения, сконцентрированное эллиптическим зеркалом и рассевающей линзой, выходит из нее в виде квазипараллельного пучка, за рассеивающей линзой расположена собирающая линза, а светофильтр и диафрагма расположены последовательно друг за другом между рассевающей и собирающей линзой, в фокусе которой находятся стеклянная пластинка, градиентная стержневая линза и световод, расположенные также вплотную друг за другом, у диафрагмы пропускание максимально в центре и плавно спадает до нуля к краям.