Устройство для измерения распределения показателя преломления по сечению сердечника двухслойного световода

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (И 4,6 01 И 21/4 ПИСА ОБ ени онически ликой Октябрьй революцииина, В.А.Скаржеий, а Но сче-п Ьге рге 1980, ч х гш.16 г Ьеаш ргадед пег гасс 1 -пйех ап Орс 1 ся, -2222.НИЯ РАСОМЛЕНИЯ СЛОЙНОГО рр 11 е р.221 ИЗИЕР Я ПРЕ А ДВУ нои яркостью обжения, положенися с помощью блботки 6. 3 ил. ение относится ике и может бы измери- испольГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛПО СЕЧЕНИЮ СЕРДЕЧНИКСВЕТОВОДА(57) Изобреттельной техн зовано при измерении распреде показателя преломления по сеч многомодовых световодов, а та стержневых градиентных линз в цессе их изготовления. Повыше ности и оперативности измерен также надежности устроиства достигается за счет того, что исследуемыйсветовод 3 помещают в фокусе оптической системы 2, выполненной в видецилиндрических линз, поперечные осикоторых составляют с осью световодаодинаковый угол в пределах 30-75в камеру 4 с иммерсионной жидкостьюс показателем преломления, равнымпоказателю преломления оболочки световода. Преломленные световодом лучиподают на плоскость многоэлементногофотоприемника 5 и создают изображение. Точки изображения с максимальзуют кривую изобракоторой отыскивает- а электронной обраИзобретение 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 свето- вода 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 о с осью световода, можно определить ординату у; точки входа .любого луча в световод умножением 93583 2соответствующей ей абсциссы х, натангенс угла .Преломленные световодом лучи г- дают на плоскость фотоприемника 5и создают изображение, Точки изображения с.максимальной яркостью обрачуют кривую изображения, положениекоторой отыскивается с помощью блокаб электронной обработки анализом ос вещенности отдельных элементов многоэлементного фотоприемника. Для однородного на исследуемом участке световода вдоль оси Х преломленные лучине отклоняются в направлении этойоси, т,е. абсциссы точек падениялучей х, совпадают с абсциссами точек падения соответствующих преломуленных лучей х, на фотоприемник.Ординаты соответствующих точек у (у )определяются из кривой изображения%для каждой абсциссы х . = х1Определение распределения показателя преломления и (г) сердечника 25световода производится блоком элект-ронной обработки с использованиемвыражения где и - показатель преломления обо -7лочки световода и иммерсионной жидкости;Е - расстояние от оси световодадо фотоприемника;а - радиус сердечника световода;г - минимальное расстояние отоси световода до траекториилуча;у - ордината входящего в свето вод луча;у (у) - ордината преломленного луча в плоскости фотоприемника.Блок электронной обработки осу ществляет периодический или по заданной программе опрос освещенностиотдельных элементов фотоприемника 5и выбор элементов с максимальной ос -вещенностью, для чего напряжениеи(х,у ) с выхода фотоприемника поступает на схему 7 определения максимальной величины. Координаты элементов фотоприемника х, у. с максимальным выходным напряжением, а следовательно, с максимальной освещенностью, запоминаются запоминающимустройством 8 и используются для определения искомого распределенияпоказателя преломления, Блок электопределения 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 К 580. 15 В качестве устройства 12 может использоваться дисплей, телетайп или графопостроитель.Источник излучения может быть ко 20 герентным или некогерентным и в качестве него может использоваться,например, малогабаритный лазер типаЛГН. Оптическая система можетбыть выполнена по структурной схемеколлиматор - фокусирующий объективиз цилиндрических линз так, что вфокусе объектива помещен исследуемыйсветовод и цилиндрические линзы своими поперечными осями одинаково на - клонены к оси световода под углом 0 = 30-75Выбор 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. 40Оптимальная угловая ориентация цилиндрической линзы относительно световода определяется его диаметром, поперечной и продольной неоднородностями, расположением и размера ми фотоприемника. Реальные световоды имеют диаметр от 0,1 мм (многомодовые оптические волокна) до 1-2 мм (градиентные стержневые линзы) и более (заготовки волокон). 50 Минимальное значение угла сс, определяется продольной неоднородностью световода по градиентуи по диаметру 3 в на его участке длиной 2 а сСд 6.и допустимой погрешностью измерений от их влияния. Оценочные расчеты показывают, что погрешность измерения распределения показателя 55 3 12935 ронной обработки содержит также генератор 9 тактовых импульсов, управляющее устройство 10, арифметическологическое устройство 11 и устройство 12 ввода-вывода.5Узел может быть выполнен по схеме преломления и жет достигать значе- , Г = 6 .г 0 "Ь, Я, ЕХ 3.При больших значенияхограничивается количество К точек измерения, так как оно связано с конечной толщиной Ь зондирующего пучка лучей соотношением К2 а сов о/Ь, что.также снижает точность измерений.Камера может быть изготовлена из оптического стекла. Иммерсионной жидкостью для ее заполнения можетслужить глицерин или прозрачные растворы масел с подходящим показателемпреломления. В качестве фотоприемника может использоваться многоэлементный двумерный твердотельный приемникизображения на основе элементов сзарядовой связью.Устройство позволяет измерятьтакже диаметр сердечника световода,Для этого определяют абсциссы хФточек на кривой изображения, длякоторых у (у;) = у; при х ФО,у (у) =у прих 0,3Тогда искомый диаметр сердечникасветовода2 а = (х; - х )сд ОС=у - у(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 ияУстройство 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 жидкостью с псказателем преломления, равным показателю пре5 1293583 6 ломления оболочки световодас уста- что, с целью повьидения точности и новленным в фокусфо е оптической систе- оперативности измерений, а также мы держателем исследуемого светово- надежности устройства, фокусируюпая да, обеспечивающим перпендикуляр- оптическая система выполнена в ниде ность оси световода направлению рас-цилиндрической линзы, поперечная ось пространения излучения и параллель- которой составляет с боковыми стен- ность ее боковым стенкам камеры, и ками камеры в плоскости, перпендипозиционно-чувствительный фотоприем- кулярной направлению распространенияо ник, электрически соединенный с бло- излучения, угол 30-75, а позиционноком электронной обработки и регистра чувствительный фотоприемник выполнен ции, о т л и ч а ю щ е е с я тем, двухкоординатным,ставитель С. Г ехред М.Ходанич убев Корректор О.Лугов едактор Е.Копч Тираж 777 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Р