Основные положения. Направляющие оптические системы с многократным полным внутренним отражением, концентрирующие излучение в сравнительно узком канале, называются световодами. Световоды изготавливаются либо в виде отдельных тонких волокон, либо в виде регулярного набора волокон. В данной работе исследуется многоволоконный световод, который в дальнейшем для краткости будет называться световодом.
Волокна световода соединены только на концах, в результате чего он обладает гибкостью. Торцы регулярного световода шлифуются и с его помощью изображение может передаваться с входного торца на выходной. Такие световоды находят в настоящее время применение в науке, технике и медицине для передачи изображения на расстояние.
Для полного внутреннего отражения в световоде необходимо, чтобы угол падения излучения на входной торец a был мал (рис. 2.1). При превышении некоторого критического угла aкр, полное внутреннее отражение прекращается и излучение частично уходит сквозь боковую поверхность волокна. Такое излучение называют внеапертурным ( Рвн ).
Рис. 2.1. Распространение излучения в световоде
Для усиления явления внутреннего отражения световодные волокна часто покрывают оболочкой с показателем преломления n2, меньшим показателя преломления стекла n1. В этом случае часть потока может теряться, попадая в "светоизолирующую" оболочку ( Роб ). Так как полное внутреннее отражение носит неидеальный характер, то часть потока будет теряться при многократных отражениях внутри световода ( Ррас ). Кроме того, частично поток отражается от входного торца световода ( Ротр ). Таким образом, связь между входным Рвх и выходным потоком Рвых выразится как:
Рвх = Рвн + Роб + Ррас + Ротр + Рвых.
С ростом a все составляющие потерь растут. Особо резкий рост их будет при нарушении условий полного внутреннего отражения
a ³ aкр = arc sin ( n2 / n1 ).
При нормальном падении излучения на входной торец световода "входное" излучение без искажения передается на выход световода; при наклонном падении излучения на отдельное волокно выходной поток из него в значительной мере концентрируется по краям, формируя в итоге светящийся конус (рис. 2.1). При сложении излучения многих волокон выходной поток, начиная с определенного расстояния l, будет иметь в поперечном сечении вид кольца с возрастающим в направлении распространения радиусом, а Рвн и Роб будут выходить с краев выходного торца, образуя дополнительный световой фон в виде слабо светящегося кольца.
Таким образом, при нормальном падении лазерного пучка в выходном излучении качественно сохраняется вид радиального распределения интенсивности. Оно имеет вид светящегося круга со слабый кольцевым фоном. При наклонном падении яркий светящийся круг на выходе световода переходит в кольцо со слабым фоном.
Поскольку при многократном внутреннем отражении азимутальный поворот отдельных участков лазерного потока различен, лазерные лучи проходят до выхода из световода различные пути и теряют пространственную когерентность. О степени когерентности можно судить по дифракции излучения на некоторой щели: для когерентного потока это будут чередующиеся максимумы и минимумы интенсивности излучения, для некогерентного - дифрагирующий поток спадает по некоторой монотонной кривой.
2.2. Описание лабораторной установки
Установка состоит из газоразрядного лазера, укрепленного на оптической скамье соосно с входным торцом световода (рис. 2.2).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.