ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА
раздел оптики,
в к-ром рассматривается передача света и изображения по светопроводам
и
волноводам оптического диапазона, в частности по многожильным световодам
и пучкам гибких волокон. В. о. возникла лишь в 50-е гг. 20 в.
В волоконно-оптич. деталях световые сигналы
передаются по световодам с одной поверхности (торца световода) на другую
- выходную как совокупность элементов изображения, каждый из к-рых передаётся
по своей световедущей жиле (рис. ). В волоконных деталях обычно применяют
стеклянное волокно, световедущая жила к-рого (сердцевина) имеет высокий
показатель преломления и окружена стеклом - оболочкой с более низким показателем
преломления. Вследствие этого на поверхности раздела сердцевины и оболочки
лучи претерпевают полное внутреннее отражение и распространяются только
по световедущей жиле. Несмотря на множество таких отражений, потери в световодах
обусловлены гл. обр. поглощением света в массе стекла жилы. Коэфф. пропускания
световодов в видимой области спектра составляет 30-70% при длине 1 м.
Диаметр
световедущих жил в деталях различных назначений составляет от неск. микрон
до сантиметра. Распространение света по световодам, диаметр к-рых велик
по сравнению с длиной волны, происходит по законам геометрической оптики,
поболее тонким же волокнам (порядка длины волны) распространяются лишь
отд. типы волн или их совокупности, что рассматривается в рамках волновой
оптики.
Поэлементная передача изображения волоконной
деталью: - изображение, поданное на входной вогнутый торец; 2 - светопроводя-щая
жила; 4 3 - изолирующая прослойка; 4- мозаичное изображение, переданное
на выходной торец.
Для передачи изображения применяются жёсткие
многожильные световоды и жгуты с регулярной укладкой волокон. На входной
торец изображение проецируется объективом, а на выходном наблюдается в
окуляр. Качество изображения в таких приборах определяется диаметром световедущих
жил, их общим числом и совершенством изготовления. Обычно разрешающая
способность таких жгутов составляет 10-50 линий На 1 мм, а в
жёстких многожильных световодах и спечённых из них деталях - до 100 линий
на 1 мм. Дефекты таких деталей, где бы они ни находились на длине
световедущих жил, передаются по жилам на выходной торец и портят изображение.
Это затрудняет изготовление высококачеств. деталей.
Пластины, вырезанные поперёк из плотно
спечённых волокон, служат фронтальными стёклами кинескопов и переносят
изображение на их внеш. поверхность, что позволяет контактно его фотографировать.
При этом до плёнки доходит осн. часть света, излучаемого люминофором, а
освещённость на ней создаётся в десятки раз большая, чем при съёмке фотоаппаратом
с объективом.
Числовая апертура волоконных деталей
обычно лежит в пределах 0,4-1,0. Сужающиеся пучки световодов - фоконы (фокусирующие
конусы) -собирают на узком торце световой поток, падающий на широкий торец.
При этом на выходе возрастают освещённость и наклон лучей. Повышение концентрации
возможно до тех пор, пока числовая апертура конуса лучей на выходе не достигает
числовой апертуры световода. Дальнейшее уменьшение диаметра выходного торца
приводит к выходу части лучей из боковой поверхности световода или же возвращению
их к широкому торцу.
В. о. применяют почти во всех отраслях
науч. исследований. Выпускают сотни типов оптич. и электронно-оптич. приборов
с такими деталями. Жёсткие прямые или заранее изогнутые одножильные световоды
и жгуты из волокон диаметром 15-50 мкм применяют в мед. приборах
холодного света для освещения носоглотки, желудка и т. д. В таких приборах
свет от электрич. лампы собирается конденсором на входном торце световода
или жгута и по нему подаётся в освещаемую полость; это позволяет удалить
от неё лампу - источник нагревания. Световоды с заданным переплетением
применимы в скоростной киносъёмке, для регистрации треков ядерных частиц,
как преобразователи сканирования в фототелеграфии и телевизионной измерит,
технике, как преобразователи кода и как шифровальные устройства. Созданы
активные (лазерные) волокна, работающие как квантовые усилители и
квантовые
генераторы света, предназначенные для быстродействующих вычислительных
машин и выполнения функций логических элементов, ячеек памяти и
др. Волокна, закреплённые одним концом (подобно косой щётке ), - септроны
- позволяют анализировать спектры звуковых частот, выделять голоса из шума
толпы, создавать устройства, управляющие машинами от голосовых сигналов,
и т. д.
Волоконные детали изготовляются из особо
чистых материалов. Из расплавов подходящих марок стёкол вытягиваются световод
и волокно. Предложен новый оптич. материал - кристалловолокно, выращиваемое
из расплава. В нём световодами являются нитевидные кристаллы, а прослойками
- добавки, вводимые в расплав.
Лит.: К а и а н и Н. С., Волоконная
оптика, пер. с англ., М.. 1969; Вейнберг В. Б. иСаттаров Д. К., Оптика
световодов, М., 1969. В. Б. Вейнберг.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я