УСТРОЙСТВО ВВОДА ОТ ИСТОЧНИКА НЕКОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В СВЕТОВОД

Название	УСТРОЙСТВО ВВОДА ОТ ИСТОЧНИКА НЕКОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В СВЕТОВОД
Разработчик (Авторы)	Кирин Игорь Григорьевич
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2805372
Дата регистрации	16.10.2023
Правообладатель	федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет"
Область применения (класс МПК)	G02B 6/42 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к волоконно-оптической технике и предназначено для использования в различных волоконно-оптических системах, использующих некогерентные источники излучения, в том числе в интроскопах, источниках дистанционного электропитания на базе световодов.

Известно устройство ввода некогерентного излучения в световод, содержащее последовательно установленные на одной оптической оси и оптически связанные эллиптическое зеркало, в заднем фокусе которого располагается источник некогерентного оптического излучения, а в переднем фокусе установлены вплотную друг к другу стеклянная пластинка со значительной зависимостью показателя преломления от температуры, для обеспечения самофокусировки пучка света, и торец световодного кабеля (Патент РФ N 2171485 от 23.02 2022 г., опубликован 14.02.2023 Бюл. N5).

Это устройство обладает низкой эффективностью ввода излучения в световод из-за того, что эффект самофокусировки предполагает пучки, у которых интенсивность максимальна в его центре и плавно спадает до нуля на краях. В противном случае благодаря эффекту самофокусировки вместо одного квазипараллельного пучка возникает несколько пучков, их число при флуктуации светового потока, окружающей температуре меняется, что, в конечном счете, приводит к снижению эффективности ввода излучения в световод. Кроме того, в этом устройстве ввода излучения в световод нет возможности вводить в световод только части излучения в пучке с заданной спектральной областью, в нем используется не световод, а световодный кабель.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности ввода излучения в световод от некогерентного источника с заданной спектральной областью.

Задача, на решение которой направлено техническое решение, достигается тем, что в известном устройстве ввода некогерентного излучения в световод, содержащем последовательно установленные на одной оптической оси и оптически связанные эллиптическое зеркало, в заднем фокусе которого располагается источник некогерентного оптического излучения, а в переднем фокусе установленные вплотную друг к другу стеклянная пластинка со значительной зависимостью показателя преломления от температуры, для обеспечения самофокусировки пучка света, и торец световодного кабеля, введены рассеивающая линза, светофильтр, диафрагма, фокон, вместо световодного кабеля использован световод, причем рассеивающая линза установлена в переднем фокусе эллиптического зеркала так, что излучение источника некогерентного оптического излучения, сконцентрированное эллиптическим зеркалом и рассеивающей линзой, выходит из нее в виде квазипараллельного пучка, за рассеивающей линзой расположены последовательно друг за другом светофильтр, диафрагма, и далее расположенные вплотную друг к другу, также последовательно стеклянная пластинка, градиентная стержневая линза и световод, у диафрагмы пропускание максимально в центре и плавно спадает до нуля к краям.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит эллиптическое зеркало 1, источник некогерентного оптического излучения 2, рассеивающую линзу 3, светофильтр 4, диафрагму 5, пропускание которой максимально в центре и плавно спадает до нуля к краям, собирающую линзу 6, стеклянную пластинку со значительной зависимостью показателя преломления от температуры 7, световод 8.

При отсутствии напряжения на источнике некогерентного оптического излучения 2, оптическое излучение в световоде отсутствует.

При поступлении напряжения излучение от источника некогерентного оптического излучения 2, расположенного в заднем фокусе эллиптического зеркала 1, сконцентрированное этим эллиптическим зеркалом, попадает на

рассеивающую линзу 3, выходит из нее в виде квазипараллельного пучка и попадает на светофильтр 4, который пропускает только ту часть излучения, которая определяется полосой его пропускания. Затем излучение проходит через диафрагму 5, пропускание которой максимально в центре и плавно спадает до нуля к краям. Пройдя эту диафрагму 5, поперечное сечение пучка имеет максимальную интенсивность в его центре и плавно спадает до нуля к краям. Затем это излучение попадает на стеклянную пластинку 6. В стеклянной пластинке 6, за счет эффекта самофокусировки пучок света сжимается в пучок диаметром, равным диаметру градиентной стержневой линзы 7 и далее уже в градиентной стержневой линзе 7, этот пучок фокусируется в пятно, диаметр которого равен диаметру световода 8.

При практической реализации устройства стеклянная пластинка 4 может быть выполнена, например из стекла ТФ-105, у которого

(Сигал Г. Б., Сорокин Ю.М. Нелинейная рефракция в поле нелазерных источников. Журнал технической физики. 1980, т. 50, N 4, с. 832-835).

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.

Для стекла ТФ-105 для μ=0,5 и РКР=10 Вт. Этот уровень мощности легко достигается при использовании в качестве источника некогерентного излучения галогенной лампы, например типа КГМ 6-25+25-2, мощностью 25 Вт, или КГМ - 15 - 100 мощностью 100 Вт с помощью системы сферическое зеркало - линза, если использовать в составе устройства, реализующего предлагаемый способ, зеркало со сферической формой и линзу с эллипсоидальной поверхностью. 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 способе эффективность ввода некогерентного излучения в световод 8 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 способ ввода некогерентного оптического излучения в световод и устройство для его осуществления позволяет существенно снизить габариты осветительной системы и сделать их более экономичными за счет повышения эффективности ввода некогерентного излучения в световод и обеспечить в нем использование не световодного кабеля, а световода.

Формула изобретения

Устройство ввода от источника некогерентного излучения в световод, содержащее последовательно установленные на одной оптической оси и оптически связанные эллиптическое зеркало, в заднем фокусе которого располагается источник некогерентного оптического излучения, а в переднем фокусе установленные вплотную друг к другу стеклянная пластинка со значительной зависимостью показателя преломления от температуры для обеспечения самофокусировки пучка света, отличающееся тем, что в него введены рассеивающая линза, светофильтр, диафрагма, причем рассеивающая линза установлена в переднем фокусе эллиптического зеркала так, что излучение источника некогерентного оптического излучения, сконцентрированное эллиптическим зеркалом и рассеивающей линзой, выходит из нее в виде квазипараллельного пучка, за рассеивающей линзой расположены последовательно друг за другом светофильтр, диафрагма, и далее расположенные вплотную друг к другу также последовательно стеклянная пластинка, градиентная стержневая линза и световод, у диафрагмы пропускание максимально в центре и плавно спадает до нуля к краям.

Изобретение "УСТРОЙСТВО ВВОДА ОТ ИСТОЧНИКА НЕКОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В СВЕТОВОД" (Кирин Игорь Григорьевич) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога