УСТРОЙСТВО ВВОДА ОТ ИСТОЧНИКА 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 температуре меняется, что, в конечном счете, приводит к снижению эффективности ввода излучения в световод. Кроме того, в этом устройстве ввода излучения в световод нет возможности вводить в световод только части излучения в пучке с заданной спектральной областью, в нем используется не световод, а 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, светофильтр, диафрагма, фокон, вместо световодного кабеля использован световод, причем рассеивающая линза установлена в переднем фокусе эллиптического зеркала так, что излучение источника некогерентного оптического излучения, сконцентрированное эллиптическим зеркалом и рассеивающей линзой, выходит из нее в виде квазипараллельного пучка, за рассеивающей линзой расположены последовательно друг за другом светофильтр, диафрагма, и далее расположенные вплотную друг к другу, также последовательно стеклянная пластинка, градиентная стержневая линза и световод, у диафрагмы пропускание максимально в центре и плавно спадает до нуля к краям.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит эллиптическое зеркало 1, источник некогерентного оптического излучения 2, рассеивающую 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, световод 8.

При отсутствии напряжения на источнике некогерентного оптического излучения 2, оптическое излучение в световоде отсутствует.

При поступлении напряжения излучение от источника некогерентного оптического излучения 2, расположенного в заднем фокусе эллиптического зеркала 1, 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 попадает на стеклянную пластинку 6. В стеклянной пластинке 6, за счет эффекта самофокусировки пучок света сжимается в пучок диаметром, равным диаметру градиентной стержневой линзы 7 и далее уже в градиентной стержневой линзе 7, этот пучок фокусируется в пятно, диаметр которого равен диаметру световода 8.

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 световод 8 может достигать ~90%, так как потери энергии некогерентного излучения обусловлены только поглощением в оптических элементах, в том числе в стеклянной пластинке, где происходит самофокусировка. Предлагаемый способ ввода некогерентного оптического излучения в световод и устройство для его осуществления позволяет существенно снизить габариты осветительной системы и сделать их более экономичными за счет повышения эффективности ввода некогерентного излучения в световод и обеспечить в нем использование не световодного кабеля, а световода.

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 от источника некогерентного излучения в световод содержит 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. Также в него введены рассеивающая линза, светофильтр, диафрагма, причем рассеивающая линза установлена в переднем фокусе эллиптического зеркала так, что излучение источника некогерентного оптического излучения, сконцентрированное эллиптическим зеркалом и рассеивающей линзой, выходит из нее в виде квазипараллельного пучка. За рассеивающей линзой расположены последовательно друг за другом светофильтр, диафрагма, и далее расположенные вплотную друг к другу также последовательно стеклянная пластинка, градиентная стержневая линза и световод. 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 от источника 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 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, светофильтр, диафрагма, причем рассеивающая линза установлена в переднем фокусе эллиптического зеркала так, что излучение источника некогерентного оптического излучения, сконцентрированное эллиптическим зеркалом и рассеивающей линзой, выходит из нее в виде квазипараллельного пучка, за рассеивающей линзой расположены последовательно друг за другом светофильтр, диафрагма, и далее расположенные вплотную друг к другу также последовательно стеклянная пластинка, градиентная стержневая линза и световод, у диафрагмы пропускание максимально в центре и плавно спадает до нуля к краям.