Компактное устройство ввода излучения шаровых ламп в световод
Владельцы патента RU 2696936:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к волоконно-оптической технике. Устройство ввода некогерентного оптического излучения в световод содержит последовательно установленные на одной оптической оси и оптически связанные зеркало, источник некогерентного оптического излучения, линзу и световод. Дополнительно введены светофильтр, стеклянная пластинка со значительной зависимостью показателя преломления от температуры, градиентная стержневая линза, линза снабжена катадиоптрическим кольцом и у линзы имеется цилиндрическое отверстие на оптической оси, зеркало выполнено в виде контротражателя с внутренним зеркальным покрытием, в боковое отверстие которого установлена линза с катадиоптрическим кольцом, а источник некогерентного оптического излучения расположен внутри контротражателя так, что его оптическая ось совпадает с оптической осью контротражателя и линзы, расположенных на одной линии. Градиентная стержневая линза, пластинка со значительной зависимостью показателя преломления от температуры и световод расположены друг за другом, а светофильтр расположен перед пластинкой со значительной зависимостью показателя преломления от температуры. Технический результат заключается в повышении эффективности ввода излучения от источника некогерентного оптического излучения в световод. 1 ил.
Изобретение относится к волоконно-оптической технике и предназначено для использования при создании волоконно-оптических интроскопов и источников дистанционного электропитания на базе световодов.
Известно устройство, содержащее линзу и сферическое зеркало, расположенные на одной оптической оси с источником некогерентного оптического излучения и световодом по разные стороны от источника некогерентного оптического излучения (Миров П.И,, Кеткович А.А., Саттаров Д.В. Волоконно-оптическая интроскопия. - Л.: Машиностроение. - 1987. - 286 с.).
Это устройство обладает низкой эффективностью ввода излучения в световод из-за широкой диаграммы направленности источника некогерентного оптического излучения и его низкой яркости.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности ввода излучения от источника некогерентного оптического излучения в световод.
Задача, на решение которой направлено техническое решение, достигается тем, что в известном устройстве ввода некогерентного излучения в световод, содержащее последовательно установленные на одной оптической оси и оптически связанные, зеркало, источник некогерентного оптического излучения, линзу и световод, дополнительно введены светофильтр, стеклянная пластинка со значительной зависимостью показателя преломления от температуры, градиентная стержневая линза, линза снабжена катадиоптрическим кольцом и у линзы имеется цилиндрическое отверстие на оптической оси, зеркало выполнено в виде контротражателя с внутренним зеркальным покрытием в боковое отверстие которого установлена линза с катадиоптрическим кольцом, а источник некогерентного оптического излучения расположен внутри контротражателя так, что его оптическая ось совпадает с оптической осью контротражателя и линзы, расположенных на одной линии, причем градиентная стержневая линза, пластинка со значительной зависимостью показателя преломления от температуры и световод расположены друг за другом, а светофильтр расположен перед пластинкой со значительной зависимостью показателя преломления от температуры.
На чертеже приведена структурная схема устройства.
Устройство содержит контротражатель с зеркальным покрытием 1, источник некогерентного оптического излучения 2, линзу с катадиоптрическим кольцом 3, светофильтр 4, стеклянная пластинка 5 со значительной зависимостью показателя преломления от температуры, градиентная стержневая линза 6, световод 7.
Стрелками показан ход световых лучей.
При отсутствии напряжения на источнике некогерентного оптического излучения 2, оптическое излучение в световоде отсутствует.
При поступлении напряжения на источник некогерентного оптического излучения 2, его излучение, сконцентрированное контротражателем с зеркальным покрытием 1 и линзой с катадиоптрическим кольцом 3, выходит из нее в виде квазипараллельного пучка и пройдя через светофильтр 4, который пропускает только ту часть излучения, которая определяется полосой его пропускания. Затем излучение попадает на стеклянную пластинку 5 со значительной зависимостью показателя преломления от температуры. В стеклянной пластинке 5, за счет эффекта самофокусировки пучок света сжимается в квазипараллельный пучок диаметром, равным диаметру градиентной стержневой линзы 6 и далее уже в градиентной стержневой линзе 6, этот пучок фокусируется в пятно, диаметр которого равен диаметру световода 7.
При практической реализации предлагаемого устройства стеклянная пластинка может быть выполнена, например, из стекла ТФ-105 у которого
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 (Сигал Г.Б., Сорокин Ю.М. Нелинейная рефракция в поле нелазерных источников. Журнал технической физики. 1980, т. 50, N 4, с. 832-835).
Для стекла ТФ-105 для μ=0,5 и PKP=10 Вт. Этот уровень мощности легко достигается при использовании в качестве источника некогерентного излучения шаровую ксеноновую лампу ДКсШ200 мощностью 200 Вт,
При практической реализации устройства, если использовать в его составе шаровую ксеноновую лампу ДКсШ200 мощностью 200 Вт, с учетом того, на стеклянную пластинку со значительной зависимостью показателя преломления от температуры поступает примерного 90% излучения лампы, и с учетом потерь оптического излучения в оптических элементах, мощность излучения, введенная в световод, может достичь 150 Вт.
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 устройстве эффективность ввода некогерентного излучения в световод 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 устройство ввода некогерентного оптического излучения в световод позволяет существенно снизить габариты осветительных системы и сделать их более экономичным за счет повышения эффективности ввода некогерентного излучения в световод.
Устройство ввода некогерентного оптического излучения в световод, содержащее последовательно установленные на одной оптической оси и оптически связанные зеркало, источник некогерентного оптического излучения, линзу и световод, отличающееся тем, что дополнительно введены светофильтр, стеклянная пластинка со значительной зависимостью показателя преломления от температуры, градиентная стержневая линза, линза снабжена катадиоптрическим кольцом и у линзы имеется цилиндрическое отверстие на оптической оси, зеркало выполнено в виде контротражателя с внутренним зеркальным покрытием, в боковое отверстие которого установлена линза с катадиоптрическим кольцом, а источник некогерентного оптического излучения расположен внутри контротражателя так, что его оптическая ось совпадает с оптической осью контротражателя и линзы, расположенных на одной линии, причем градиентная стержневая линза, пластинка со значительной зависимостью показателя преломления от температуры и световод расположены друг за другом, а светофильтр расположен перед пластинкой со значительной зависимостью показателя преломления от температуры.
