Исследование профиля показателя преломления волоконных световодов методом ближней зоны

Большую роль при измерениях методом ближнего поля играет выбор оптимального значения длины световода L. При малых L измерение профиля показателя преломления искажается модами утечки, а при больших L искажения вносят дифференциальное затухание мод и межмодовая связь через рассеяние. На практике  берут L = 1м. Данный метод прост, не требует специальной аппаратуры. Недостатком данного метода является то, что результатом измерения служит относительное измерение показателя преломления.

Дополнительным методом по отношению к методу ближней зоны для измерения показателя преломления является метод преломленного ближнего поля. При этом измеряется свет, не распространяющийся по световоду. Для реализации данного метода световой пучок сфокусирован в малое пятно на расстоянии r от оси волокна, причем угол сходимости пучка больше, чем предельный угол, при котором луч может быть захвачен сердцевиной. Часть света, вошедшего в волокно, распространяется в сердцевине, часть выходит из сердцевины. На фотоприемное устройство не попадает  излучение,  обусловленное утекающими модами, за счет установки непрозрачного экрана. Волокно должно быть погружено в масло для предотвращения отражения от поверхности оболочки.

 

 

 

 

 

Рисунок 4.3 – Метод преломленного ближнего поля

n(r) – n₂ = n₂Cos θ_min (Cos θ_min – Cos θ_max)·[(P(a) – P(r))/P(a)],         (18)

где P(r) – уровень излучения в точке  r

P(a)] – уровень излучения на границе раздела  сердцевина/оболочка

Для измерения профиля показателя преломления используется также метод дальней зоны. Под распределением дальнего поля понимается распределением световой мощности, излучаемой с конца световода под углом θ по отношению к оси световода. Угловую зависимость интенсивности излучения определяют достаточно далеко от выходного торца световода. Распределение интенсивности в дальней зоне измеряется либо для коротких световодов (L = 2м), либо для длинных (L >1км). Для измерения распределения дальнего поля может быть использована установка, подобная той, которая применяется для измерения распределения ближнего поля. Нет необходимости только в микроскопе для наблюдения за торцом световода, а фотоприемное устройство должно иметь возможность поворота по кругу относительно выходного конца световода. Таким образом, измеряется световая мощность в зависимости от угла θ. Результатом измерений чаще является гауссово распределение интенсивности дальнего поля. По этим результатам можно рассчитать числовую апертуру световода, используя максимальный угол излучения θ_max. Для определения этого угда либо прокладывается касательная к кривой интенсивности, и ее точка пересечения с абциссой считается  как θ_max, либо за θ_max берется угол при 10 процентной интенсивности.  Недостатком данного метода является необходимость подготовки хорошего торца ВС.

                  NA = Sin θ_max.                                         (19)

 

Рисунок 4.4 – Измерение распределения дальнего поля

Большая точность измерения профиля показателя преломления обеспечивается интерферометрическими методами. Используют два интерферометрических метода: метод интерфометрии среза волокна и метод интерферометрии при поперечном освещении. Первый метод наиболее простой и точный, но требует разрушения волокна и тщательную подготовку образца. В данном методе световая волна, проходящая через срез волокна параллельно его оси, претерпевает сдвиг фазы, величина которого пропорциональна оптической длине пути L, равной произведению толщины среза d и показателя преломления n(r), т.о.:

L=n(r)d.                               (20)

Сдвиг фазы w световой волны равен произведению k=2p/λ и оптической длины пути:

w= n(r)d(2p/λ).                                 (21)

В одном плече интерференционного микроскопа помещают  срез волокна, а в другом – однородную эталонную пластинку с показателем преломления n_2. Если срез волокна и эталонная  пластинка были бы идентичны, световые волны в обоих плечах интерферометра имели бы одинаковые оптические длины пути и, интерферируя, создавали бы на выходе равномерно освещенное поле по всей ширине светового пучка, усиливая, или ослабляя друг друга. Это затрудняет измерение, поэтому поворотом зеркал интерферометра наклоняют фазовые фронты в двух плечах относительно друг друга, так что на выходе образуется система параллельных полос. Замена однородной пластины в одном из плеч интерферометра срезом