Типи волокон. Принципи дії. Принцип поширення світла по волокну

Волоконні компоненти медичних приладів

Оптичне волокно — скляний пруток звичайно круглого поперечного перерізу діаметром від 5—6 мкм до 0,3 мм із полірованими бічною поверхнею й торцями, призначений для передачі випромінювань оптичного діапазону на основі явища повного внутрішнього відбиття від бічної поверхні. Волокна збираються в джгути, які можуть згинатися без порушення пропускання випромінювання при мінімальному радіусі кривизни вигину, що перевищує в 50 разів (при вигині в гарячому стані) і 300 разів (при вигині в холодному стані) діаметр окремого волокна. Для забезпечення умов повного внутрішнього відбиття й зменшення втрат випромінювання оптичне волокно роблять складеним. Воно складається із серцевини, виконаної з матеріалу з більшим показником заломлення і оболонки з матеріалу з малим показником заломлення. Оболонка охороняє поверхню серцевини від ушкоджень, забруднень і перешкоджає розсіюванню й проникненню випромінювання із сусідніх волокон.

Хід променя крізь циліндричний світловод із прямими торцями, розташований у повітрі, показаний на рис. 1.51.

Р

Рис. 1.51 Рис. 1.52

Показники заломлення серцевини й оболонки позначені n₂ і п₃, кути падіння й заломлення променя на вхідному торці та , а кути падіння та відбиття променя від поверхні оболонки ε₂ , відповідно. Якщо вхідний і вихідний торці світловода в однакових середовищах, то кут променя з віссю на виході світловода дорівнює куту променя з віссю на вході.

Залежно від матеріалів серцевини й оболонки розрізняють світловоди: скляні (серцевина й оболонка зі скла), склополімерні (серцевина зі скла, оболонка із пластмаси), полімерні (серцевина із пластмаси, оболонка з інших матеріалів), кварцові (серцевина із кварцу).

Існують інфрачервоні світловоди, серцевина яких прозора для ІЧ-випромінювання. Для пропускання випромінювання в УФ-, видимому й ІЧ-діапазонах використовують поліхроматичні світловоди, прозорі в спектральному діапазоні 0,18 - 5 мкм.

Розрізняють ступінчаті (рис. 1.52 а) і градієнтні (рис. 1.52 б) світловоди. У ступінчатих світловодах, виконаних з матеріалу з постійним показником заломлення, світлові промені поширюються по траєкторії, що представляє собою ламану лінію. Показник заломлення градієнтних світловодів, називаних граданами або селфоками, плавно зменшується від центра до краю, внаслідок чого промені, що поширюються уздовж світловода, мають плавну траєкторію. Перевагою граданів у порівнянні зі ступінчатими світловодами є зменшення розсіювання світла внаслідок відсутності різкої границі розділення світловода із середовищем.

Поперечний переріз світловодів може мати круглу, прямокутну, шестигранну й іншу більше складну форму.

Залежно від упорядкованості укладання пучків волокон на вхідному й вихідному торцях розрізняють світловоди регулярні, призначені для передачі зображення, і нерегулярні — для передачі потоку випромінювання. Для круглих волокон використають квадратне укладання (центри волокон утворять квадрати, рис.1.53 а), гексагональне укладання (центри волокон перебувають у вершинах рівносторонніх трикутників, рис. 1.53 б).

Рис. 1.53 Рис. 1.54

Гексагональне укладання більш раціональне, воно забезпечує мінімальний неробочий простір між волокнами й більшу стійкість окремих волокон у пучку. Суцільне укладання можливе при шестигранній формі поперечного переріза волокон.

За площею поперечного переріза обох торців розрізняють циліндричні (рис. 1.51) і конічні (рис. 1.54) світловоди. Останні, що складаються із звужуючихся або регулюючихся до вихідного торця волокон, називають фоконами (рис. 1.54, а) або афоконами (рис. 1.54, 6) відповідно.

За формою торцевих поверхонь світловоди бувають:

1. Прості (оба торця мають круглу або прямокутну форму).

2. Стрічкові (із круговим і прямокутним торцями рис.1.55, а).

3. Кільцеві (один або обидва торці мають форму кільця рис. 1.55, б).

4. Розщеплені (містять один вхідний і кілька вихідних торців рис. 1.55, в).

Рис. 1.55

За гнучкістю пучків волокон світловоди ділять на гнучкі й жорсткі. Запечені пучки волокон утворять волоконні блоки, з яких виготовляють вакуумно-щільні пластини, що передають зображення з однієї своєї поверхні на іншу.

Дата добавления: 2014-01-07