SU1293583A1 - Устройство дл измерени распределени показател преломлени по сечению сердечника двухслойного световода - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть исполь зовано при измерении распределени  показател  преломлени  по сечению многомодовых световодов, а также стержневых градиентных линз в про- цессе их изготовлени . Повьпиение точности и оперативности измерений, а также надежности устройства достигаетс  за счет того, что исследуемый световод 3 помещают в фокусе оптической системы 2, выполненной в виде цилиндрических линз, поперечные оси которых составл ют с осью световода одинаковый угол в пределах 30-75 в камеру 4 с иммерсионной жидкостью с показателем преломлени , равным /юказателю преломлени  оболочки световода . Преломленные световодом лучи подают на плоскость многоэлементного фотоприемника 5 и создают изображение . Точки изображени  с максимальной  ркостью образуют кривую изображени , положение которой отыскиваетс  с помощью блока электронной обработки 6. 3 ил. б сл с 00 ел 00 .;

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано при измерении распределени  показател  преломлени  по сечению многомодовых световодов и заготовок, а также стержневых градиентных линз в процессе их изготовлени .

Цель изобретени  - повышение точности и оперативности измерений, а также надежности устройства.

На фиг.1 изображена структурна  схема устройства; на фиг.2 - ход лучей в световоде; на фиг. 3 - пример структурной схемы блока электронной обработки.

Устройство содержит расположенные последовательно на одной оптической оси источник 1 излучени , оптическую систему 2, котора  формирует пучок лучей, исследуемый световод 3. Световод помещают в иммерсионную камеру 4 в виде параллелепипеда с прозрачными стенками, который заполнен иммерсионной жидкостью с показателем преломлени , равным показателю преломлени  оболочки световода. Прозрачные стенки камеры и ось световода перпендикул рны направлению распространени  зондирующего пучка В камере за световодом по ходу лучей расположен двухкоординатный пози- ционно-чувствительный фотоприемник 5 который электрически соединен с блоком 6 электронной обработки.

f,

Устройство работает следующим образом .

Излучение от источника 1 проходит через цилиндрическую линзу 2, при этом пучок излучени  вследствие нак лона цилиндрической линзы и ее свойств разноситс  в плоскости двух координат ХУ (ось X совпадает с осью световода, ось У проходит через точку пересечени  оси световода с направлением распространени  излучени )

При освещении световода 3 пучком лучей каждый из них испытывает различное преломление и отклонение от своего пр молинейного распространени  в зависимости от точки вхождени  в Световод. Так как лучи пучка разнесены цилиндрической оптической системой 2 в плоскости двух координат вдоль пр мой, составл ющей острый угол oi с осью световода, можно определить ординату у; точки входа любого луча в световод умножением

5

0

5

соответствующей ей абсциссы х;, на тангенс

Преломленные световодом лучи падают на плоскость фотоприемника 5 и создают изображение. Точки изображени  с максимальной  ркостью образуют кривую изображени , положение которой отыскиваетс  с помощью блока 6 электронной обработки анализом освещенности отдельных элементов многоэлементного фотоприемника. Дл  однородного на исследуемом участке световода вдоль оси X преломленные лучи не отклон ютс  в направлении этой оси, т.е. абсциссы точек падени  лучей X; совпадают с абсциссами точек падени  соответствующих преломленных лучей Xj на фотоприемник. Ординаты соответствующих точек у (у ) определ ютс  из кривой изображени  дл  каждой абсциссы х 5,

Определение распределени  показател  преломлени  п (г) сердечника световода производитс  блоком элект- ронной обработки с использованием выражени 

W-,). (О

35

30 где iij - показатель преломлени  оболочки световода и иммерсионной жидкости; L - рассто ние от оси световода

до фотоприемника; , а - радиус сердечника световода; г - минимальное рассто ние от

оси световода до траектории луча;

у - ордината вход щего в свето- 40 вод луча;

У (у) - ордината преломленного луча в ПЛ9СКОСТИ фотоприемника .

Блок электронной обработки осу- 45 ществл ет периодический или по заданной программе опрос освещенности отдельных элементов фотоприемника 5 и выбор элементов с максимальной освещенностью , дл  чего напр жение 50 и(х,у ) с выхода фотоприемника поступает на схему 7 определени  максимальной величины. Координаты элементов фотоприемника х;, у. с максимальным выходным напр жением, а сле- 55 довательно, с максимальной освещенностью , запоминаютс  запоминающим устройством 8 и используютс  дл  определени  искомого распределени  показател  преломлени . Блок электронной обработки содержит также генратор 9 тактовых импульсов, управл ющее устройство 10, арифметическо логическое устройство 11 и устройство 12 ввода-вывода.

Узел может быть выполнен по схем определени  экстремальных величин, основанной на использовании диодных избирательных схем, включенных на входе интегрального операционного усилител , работающего в режиме повторител . Устройства 8-11  вл ютс  традиционными дл  микропроцессорной техники и могут быть выполнены, например , на микросхемах серии К580. В качестве устройства 12 может использоватьс  дисплей, телетайп или графопостроитель.

Источник излучени  может быть когерентным или некогерентным и в качестве него может использоватьс , например, малогабаритный лазер типа ЛГН-105. Оптическа  система может быть выполнена по структурной схеме коллиматор - фокусирующий объектив из цилиндрических линз так, что в фокусе объектива помещен исследуемы световод и цилиндрические линзы своими поперечными ос ми одинаково наклонены к оси световода под углом oi 30-75°.

Выбор угла наклона в пределах об 30-75° произволен. При больших углах изображение значительно рас- т гив.аетс , выбор углов меньше указанных значений не целесообразен (особенно дл  тонких световодов) из-за конечной толщины сфокусированного пучка лучей.

Оптимальна  углова  ориентаци  цилиндрической линзы относительно световода определ етс  его диаметром , поперечной и продольной неодно- родност ми, расположением и размерами фотоприемника. Реальные световоды имеют диаметр от 0,1 мм (многомодовы оптические волокна) до 1-2 мм (градиентные стержневые линзы) и более (заготовки волокон).

Минимальное значение угла об определ етс  продольной неоднородностью световода по градиенту д и по диаметру 5.р на его участке длиной 2a-ctg«:, и допустимой погрешностью измерений от их вли ни . Оценочные расчеты показывают, что погрешность измерени  распределени  показател 

преломлени  мсжет достигать .

10

J5

0

5

значени  6 6 1о 6 д.51,%.

При больших значени х ei ограничиваетс  количество К точек измерени j так как оно св зано с конечной толщиной b зондирующего пучка лучей соотношением К 2а-соза /Ь, что также снижает точность измерений.

Камера может быть изготовлена из оптического стекла. Иммерсионной жидкостью дл  ее заполнени  может служить глицерин или прозрачные растворы масел с подход щим показателем преломлени . В качестве фотоприемника может исполг.зоватьс  многоэлементный двумерный твердотельный приемник изображени  на основе элементов с зар довой св зью.

Устройство позвол ет измер ть также диаметр сердечника световода. Дл  этого определ ют абсциссы х;, С; точек на кривой изображени , дл 

которых У(У) у,- при X; 0,

у (У ) yj при xj .

Э

Тогда искомый диаметр сердечника световода

2а (х,- xptgoC |У; - У | . (2)

0Начальную корректировку хода лучей в устройстве просто осуществить исключением световода из камеры.

В предлагаемом устройстве осуществл етс  освещение всего поперечJ ного сечени  световода без использовани  сканировани , что повышает его оптико-механическую надежность, с мгновенным полгучением точной информации о положени х лучей обоих пуч0 ков, что вместе с упрощением определени  необходимых в выражении (1) величин не менее чем на пор док повышает оперативность измерени  распределени  показател  преломлени  све5 товода и в 3-5 раз снижает погрешность измерений за счет усреднени  результатов.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  распределени  показател  преломлени  по сечению сердечника двухслойного световода , содержащее источник излучени  5 и расположенные последовательно по ходу излучени  фокусирующую оптическую систему, камеру, заполненную иммерсионной жидкостью с показателем преломлени , равным показателю пре0

   5129

   ломлени  оболочки световода, с установленным в фокусе оптической системы держателем исследуемого световода , обеспечивающим перпендикул рность оси световода направлению рас- пространени  излучени  и параллельность ее боковым стенкам камеры, и позиционно-чувствительный фотоприем- .ник, электрически соединенный с блоком электронной обработки и регистра- ции, о тличающеес  тем.

   36

   что, с целью гювг шечи  точности и оперативности измерений, а также надежности устройства, фокусирующа  оптическа  система выполнена в виде цилиндрической линзы, поперечна  ось которой составл ет с боковыми стенками камеры в плоскости, перпендикул рной направлению распространени  излучени , угол 30-75 , а позиционно- чувствительный фотоприемник выполнен двухкоордин атным.

   Фиг.2

   f -y

   XI

   Ш

   8

   11

   12

   Редактор Е.Копча

   Составитель С.Голубев

   Техред М.ХоданичКорректор О.Лугова 

   Заказ 377/46Тираж 777Подписное

   ВНШПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4

   (pi/8. J