Потери света в световодах

Светопропускание световода зависит от прозрачности материала, совершенства отражающих поверхностей, степени просачивания света через оболочку, френелевых потерь на торцах.

Формула для определения светопропускания волокна имеет вид:

, (2.46)

где N - число отражений в световоде, d - длина хода луча в световоде.

Первый член в выражении (2.46) определяет френелевские потери на торцах, второй - потери при внутренних отражениях, третий - потери на поглощение в массе стекла.

Потери при полном внутреннем отражении при одном отражении равны нулю. При многократном отражении потери есть, коэффициент отражения практически равен ρ = 0.999999÷0.999. За счет большого числа отражений эти потери могут быть значительные.

Определим число отражений N в световоде.

Рис. 2.72. Определение числа отражений и длины хода луча в световоде.

Из рис. 2.72 с учетом (2.43), (2.44) следует:

.

Определим длину хода луча в световоде. Из рис. 2.72 с учетом (2.43) и (2.44) получаем:

.

Рассмотрим пример. Пусть световод имеет n_c = 1.6, n_M = 1.52, A = 0.5, d_c = 30 мкм, тогда для l = 250 мм получаем τ ≈ 0.5, а для l = 2 м - τ ≈ 0.3.

Волоконные детали

Волоконные детали могут быть в виде жгутов постоянного и переменного сечения, гибкие и жесткие, с регулярной укладкой и переплетением, граданы и т.д.

Законы геометрической оптики справедливы для световодов и волокон, диаметр которых превышает 5 - 6 мкм. Волокна, параллельно уложенные и спеченные, образуют многожильные световоды. Изображение, спроектированное на входной торец, передается на выходной. Жгуты обладают гибкостью, их изгиб не нарушает передачу изображения.

Отдельный световод может передавать информацию только о величине светового потока, падающего на входной торец. Распределение освещенности в плоскости выходного торца не зависит от распределения освещенности на входном торце. Отдельный световод трансформирует не более одного элемента изображения. Чтобы передать все изображение необходимо воспользоваться пучками световодов.

Изображение напоминает по своей структуре мозаичную картину.

Жгут, относительное расположение световодов которого на обоих торцах одинаковое, называется жгутом с регулярной укладкой. Эти жгуты наиболее распространены и применяются для передачи изображения.

Цилиндрическая форма волокон не является единственной, волокна могут быть конической формы. Блок, составленный из конических волокон - фокон, может создавать то или иное увеличение.

Рассмотрим разрешающую способность жгутов (рис. 2.73).

Рис. 2.73. Разрешающая способность волоконного жгута.

Каждое волокно передает один элемент изображения. Максимальная пространственная частота штрихов решетки не должна превышать N = 1 / (2·d₀). Жгуты имеют разрешающую способность от 20 до 100 лин/мм.