Устройство для измерения распределения показателя преломления по сечению сердечника двухслойного световода

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано при измерении распределения показателя преломления по сечению многомодовых световодов, а также стержневых градиентных линз в процессе их изготовления. Повьпиение точности и оперативности измерений, а также надежности устройства достигается за счет того, что исследуемый световод 3 помещают в фокусе оптической системы 2, выполненной в виде цилиндрических линз, поперечные оси которых составляют с осью световода одинаковый угол в пределах 30-75 в камеру 4 с иммерсионной жидкостью с показателем преломления, равным /юказателю преломления оболочки световода . Преломленные световодом лучи подают на плоскость многоэлементного фотоприемника 5 и создают изображение . Точки изображения с максимальной яркостью образуют кривую изображения , положение которой отыскивается с помощью блока электронной обработки 6. 3 ил. б сл с 00 ел 00 .;

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (50 4 6 01 N 21/41

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3893614/31-25 (22) 06. 05. 85 (46) 28. 02. 87. Бюл. № 8 (7 1 ) Кие в ский политехнический ин ститут им.50-летия Великой Октябрь— ской социалистической революции (72) А. А. Краснопрошина, В. А. Скаржепа и Ю.И.Сачко (53) 535.024(088.8) (56) Chu P.L.,Pevi D. Holographic

measurement of refractive-index

profile of optical fibre preform.—

Electronics Letters, 1980, vol. 16, N 23, р.876-877.

Natkins Ь.S. Laser beam nefraction

traversely through à graded-index and

gradient profile — Applied Optics, 1979, vol.18, N 13, р.2214-2222. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

ПО СЕЧЕНИЮ СЕРДЕЧНИКА ДВУХСЛОЙНОГО

СВЕТОВОДА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении распределения показателя преломления по сечению многомодовых световодов, а также стержневых градиентных линз в процессе их изготовления. Повышение точности и оперативности измерений, а также надежности устройства достигается за счет того, что исследуемый световод 3 помещают в фокусе оптической системы 2, выполненной в виде цилиндрических линз, поперечные оси которых составляют с осью световода одинаковый угол в пределах 30-75 в камеру 4 с иммерсионной жидкостью с показателем преломления, равным показателю преломления оболочки световода. Преломленные световодом лучи подают на плоскость многоэлементного фотоприемника 5 и создают изображение. Точки изображения с максимальной яркостью образуют кривую изображения, положение которой отыскивается с помощью блока электронной обработки 6. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении распределения показателя преломления по сечению многомодовых световодов и заготовок, а также стержневых градиентных линз в процессе их изготовления.

Цель изобретения — повышение точности и оперативности измерений, а также надежности устройства.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 — ход лучей в световоде; на фиг. 3 — пример структурной схемы блока электронной обрабо тки.

Устройство содержит расположенные последовательно на одной оптической оси источник 1 излучения, оптическую систему 2, которая формирует пучок лучей, исследуемый световод 3. Световод помещают в иммерсионную камеру

4 в виде параллелепипеда с прозрачными стенками, который заполнен иммерсионной жидкостью с показателем преломления, равным показателю преломления оболочки световода. Прозрачные стенки камеры и ось световода перпендикулярны направлению распространения зондирующего пучка.

В камере за световодом по ходу лучей расположен двухкоординатный позиционно-чувствительный фотоприемник 5, который электрически соединен с блоком 6 электронной обработки.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от источника 1 проходит через цилиндрическую линзу 2„ при этом пучок излучения вследствие нак— лона цилиндрической линзы и ее свойств разносится в плоскости двух координат ХУ (ось Х совпадает с осью световода, ось У проходит через точку пересечения оси световода с направлением распространения излучения)

При освещении световода 3 пучком лучей каждый из них испытывает различное преломление и отклонение от своего прямолинейного распространения в зависимости от точки вхождения в световод. Так как лучи пучка разнесены цилиндрической оптической системой 2 в плоскости двух координат вдоль прямой, составляющей острый угол 0 с осью световода, можно определить ординату у; точки входа .любого луча в световод умножением

93583 2 соответствующей ей абсциссы х, на тангенс угла .

Преломленные световодом лучи падают на плоскость фотоприемника 5 и создают изображение. Точки изобра— жения с. максимальной яркостью образуют кривую изображения, положение которой отыскивается с помощью блока б электронной обработки анализом ос10 вещенности отдельных элементов многоэлементного фотоприемника. Для однородного на исследуемом участке световода вдоль оси Х преломленные лучи не отклоняются в направлении этой оси, т.е. абсциссы точек падения лучей х; совпадают с абсциссами точек падения соответствующих прелому ленных лучей х, на фотоприемник.

Ординаты соответствующих точек у (у ) определяются из кривой изображения

% для каждой абсциссы х . = х..

1 Ф

Определение распределения показателя преломления n (r) сердечника

25 световода производится блоком электронной обработки с использованием выражения где n — показатель преломления обо—

7 лочки световода и иммерсионной жидкости;

L — расстояние от оси световода до фотоприемника; а — радиус сердечника световода;

r — минимальное расстояние от оси световода до траектории луча; у — ордината входящего в свето40 вод луча;

Ф у (у) — ордината преломленного луча в плоскости фотоприемника.

Блок электронной обработки осу45 ществляет периодический или по заданной программе опрос освещенности отдельных элементов фотоприемника 5 и выбор элементов с максимальной ос— вещенностью, для чего напряжение

u(x,у ) с выхода фотоприемника поступает на схему 7 определения максимальной величины. Координаты элементов фотоприемника x„, у. с максимальным выходным напряжением, а следовательно, с максимальной освещенностью, запоминаются запоминающим устройством 8 и используются для определения искомого распределения показателя преломления. Блок элект3 12935 ронной обработки содержит также генератор 9 тактовых импульсов, управляющее устройство 10, арифметическологическое устройство 11 и устройство 12 ввода-вывода.

Узел может быть выполнен bio схеме определения экстремальных величин, основанной на использовании диодных избирательных схем, включенных на входе интегрального операционного 10 усилителя, работающего в режиме повторителя. Устройства 8-11 являются традиционными для микропроцессорной техники и могут быть выполнены, например, на микросхемах серии К580. 15

B качестве устройства 12 может использоваться дисплей, телетайп или графопостроитель.

Источник излучения может быть ко20 герентным или некогерентным и в качестве него может использоваться, например, малогабаритный лазер типа

ЛГН-105. Оптическая система может быть выполнена по структурной схеме коллиматор — фокусирующий объектив из цилиндрических линз так, что в фокусе объектива помещен исследуемый световод и цилиндрические линзы своими поперечными осями одинаково на— клонены к оси световода под углом ф, = 30-75

Выбор угла наклона в пределах сс = 30-75 произволен. При больших углах изображение значительно растягивается, выбор углов меньше указанных значений не целесообразен (особенно для тонких световодов) из-за конечной толщины сфокусированного пучка лучей.

Оптимальная угловая ориентация цилиндрической линзы относительно световода определяется его диаметром, поперечной и продольной неоднородностями, расположением и размера- 45 ми фотоприемника. Реальные световоды имеют диаметр от 0,1 мм (многомодовые оптические волокна) до 1-2 мм (градиентные стержневые линзы) и более (заготовки волокон).

83 преломления и< жет достигать значеГ = Ь .10 "Ь,. 8, Е ), При больших значениях ограничивается количество К точек измерения, так как оно связано с конечной толщиной Ь зондирующего пучка лучей соотношением К = 2а cosM/Ь, что. также снижает точность измерений.

Камера может быть изготовлена из оптического стекла. Иммерсионной жидкостью для ее заполнения может служить глицерин или прозрачные растворы масел с подходящим показателем преломления. В качестве фотоприемника может использоваться многоэлементный двумерный твердотельный приемник изображения на основе элементов с зарядовой связью.

Устройство позволяет измерять также диаметр сердечника световода.

Для этого определяют абсциссы х

Ф р точек на кривой изображения, для которых у (у; ) = у; при х 0, + у (у ) = у при х фО.

Тогда искомый диаметр сердечника све товода

2а = (; —;)tgоС= lу; — у j. (2)

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

В предлагаемом устройстве осуществляется освещение всего поперечного сечения световода без использования сканирования, что повьппает его оптико-механическую надежность, с мгновенным получением точной информации о положениях лучей обоих пучков, что вместе с упрощением определения необходимых в выражении (1) величин не менее чем на порядок повышает оперативность измерения распределения показателя преломления световода и в 3-5 раз снижает погрешность измерений за счет усреднения результатов.

Формула изобретен ия

Минимальное значение угла с определяется продольной неоднородностью световода по градиенту 9> и по диаметру 5в на его участке длиной

2а ctg о . и допустимой погрешностью измерений от их влияния. Оценочные расчеты показывают, что погрешность измерения распределения показателя

Устройство для измерения распределения показателя преломления по сечению сердечника двухслойного световода, содержащее источник излучения и расположенные последовательно по ходу излучения фокусирующую оптическую систему, камеру, заполненную иммерсионной жидкос тью с пс казателем преломления, равным показателю пре5 1293583 6 ломления оболочки световода„с уста- что, с целью повышения тс чности и новленным в фокус фо е оптической систе- оперативности измерений, а также мы держателем исследуемого светово- надежности устройства, фокусирующая да, обеспечивающим перпендикуляр- оптическая система выполнена в ниде ность оси световода направлению рас- g цилиндрической линзы, поперечная ось пространения излучения и параллель- которой составляет с боковыми стенность ее боковым стенкам камеры, и ками камеры в плоскости, перпендипозиционно-чувствительный фотоприем- кулярной направлению распространения о ник, электрически соединенный с бло- излучения, угол 30-75, а позиционноком электронной обработки и регистра- 10 чувствительный фотоприемник выполнен ции, о т л и ч а ю щ е е с я тем, двухкоординатным.

Составитель С. Голубев

Редактор Е. Копча Техред N.Ходанич Корректор О.Луговая

Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 377/46

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4