Волоконно-оптическое устройство для передачи изображения объекта (его варианты)

(19) (31) 4(С( С 03 Н ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕ МИТЕТ СССР НИЙ И ОТКРЫТИЙИЗОБРЕТЕН И ОПИСАН Волоконные иэобра 1979(54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБЬЕКТА (ЕГО ВАРИАНТЫ ).(57) 1Волоконно-оптическое устройство для передачи изображения объекта, содержащее оптически связанные освещающий источник, волоконно оптический тракт из многомодовых волокон, передающую оптическую систему и корректирующую голограмму, а также опорный источник, когерентный с освещающим источником и оптически связанный с корректирующей голограммой, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения поли зрения и увеличения глубины изображаемого пространства при одновременном устранении мозаичной структуры изображения, на выходе волоконно-оптического трактаустановлена планшайба нэ одномодовых волокон, причем отношение радиуса сердцевины одномодового волокнапланшайбы к его числовой апертурепревосходит отношение радиуса сердцевины волокна волоконно-оптическоготракта к его числовой апертуре в 12,3 раза,2. Волоконно-оптическое устройство для передачи изображения объекта,содержащее оптически;связанные освещающий источник, волоконно-оптический тракт иэ многомодовых волокон,передающую оптическую систему икорректирующую голограмму, а такжеопорный источник, когерентный с освещающим источником и оптически связанный с корректирующей голограммой,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью расширения функциональных:возможностей, расширения поля зрения.и увеличения глубины изображаемогопространства при одновременном устранении мозаичной структуры иэображения, выходной конец волоконно-оптического тракта выполнен с плавнымпереходом от многомодовых волокон кодномодовым, причем отношение рвдиуса сердцевины одномодового волокнак его числовой апертуре превосходитотношение радиуса сердцевины многомрдового волокна на входе волоконнооптического тракта к его числовойапертуре в 1-2,3 раза.Изобретение относится к радиофизике, включая квантовую радиофизику, а именно,к волоконно-оптическим устройствам, предназначенным для получения изображений объекта. 5Известна волоконно-оптическое устройство, позволяющее передать иэображение объекта, в котором устранена мозаичная структура, обычно присущая волоконно-оптическим уст ройствам. Оно состоит иэ объектива, волоконно-оптического тракта, шумового фильтра и оптической системы. Шумовой фильтр "вырезает" из пространственного спектра иэображения, 15 передаваемого по тракту, частоты, соответствующие мозаичной структуре Г 13.Недостатком этого устройства является неполное устранение мозаичной 20 структуры изображения и уменьшение контраста на пространственных частотах, близких к устраняемым, что приводит к уменьшению поля зрения и глубины изображаемого пространства. 25Известно также волоконно-оптическое устройство для наблюдения изображений объекта со спектральным устранением мозаичной структуры в иэображении, состояще из объектива, спект З 0 ральной призмы, превращающей изображение каждой точки объекта в спект" ральную полоску, волоконно-оптического тракта, передающего изображение, второй спектральной призмы на еговыходесворачивающей в точку линейный спектр и восстанавливающей первоначальное изображение объекта 1.21,Недостатком данного устройства является неполное устранение мозаичной структуры, так как в изображении видны тонкие линии, соответствующие прослойкам между волокнами. Кроме того, по краям поля зрения видна радужная кайма, уменьшающая 45 поля зрения устройства.Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности явля ется. волоконно-оптическое устройство для передачи изображения объекта с голографической коррекцией волн, позволяющее одновременно устранять мозаичную структуру изображения и обходиться беэ объектива .на входе волоконно-оптического тракта. Это устройство содержит волоконно-оптический тракт из многомодовых волокон когерентные между собой освещающий и опорный источники, передающую оптическую систему, корректирующуюголограмму 3 1,Недостатками этого устройстваявляются малое поле зрения 10-15 )и глубина изображаемого пространства 15-20 мм ), обусловленные тем,что при смещениях точки иэображенияот положения освещающего источникана стадии записи корректирующей голограммы на величину, большую указанных, существенно изменяется модовый состав излучения волокон тракта, и корректирующая голограмма неформирует изображение объекта. Модовый состав излучения на выходе во-.локонно-бптического тракта существенно зависит также от изгибов волоконно-оптического тракта и других егонеоднородностей, поэтому устройство применимо лишь для жестких илинеподвижных трактов,Цель изобретения - расширениефункциональных воэможностей, расширение поля зрения и глубины изображаемого пространства при одновремен.ном устранении мозаичной структурыизображения.Поставленная цель достигаетсятем, что в волоконно-оптическом устройстве для передачи изображенияобъекта, содержащем оптически связанные освещающий источник, волоконно-оптический тракт из многомодовыхволокон, передающую оптическую систему и корректирующую голограмму, атакже опорный источник, когерентныйс освещающим источником и оптическисвязанный с корректирующей голограммой, на выходе волоконно-оптическоготракта установлена планшайба иэ одномодовых волокон, причем отношениерадиуса сердцевины одномодового волокна планшайбы к его числовой апертуре превосходит отношение радиусасердцевины волокна волоконно-оптического тракта к его числовой апертуре в 1-2,3 раза.По второму варианту выходной ко-нец волоконно-оптического тракта выполнен в виде плавного перехода отмногомодовых волокон к одномодовым,причем отношение радиуса сердцевиныодномодового волокна к его числовойапертуре превосходит отношение радиуса сердцевины многомодового волокнана входе волоконно-оптического тракта к его числовой апертуре в 1-2,3 разаз 115896Указанные границы изменения соот ношений радиусов сердцевины волокон и их апертур обеспечивает наиболее выгодный энергетический режим работы устройства, т.е. наибольшую мощность 5 на выходе планшайбы ( плавного перехода) и наибольшую яркость изображения. Поскольку модовый состав излучения планшайбы не зависит от смещений предметной точки, та.: как план шайба состоит.из одномодовыхволокон, то.поле зрения устройства расширяется, а глубина изображаемого объекта увеличивается. Так как модовый состав излучения на выходе планшайбы 15 не зависит от характеристик волоконно-оптического тракта, его изгибов и неоднородностей, то предлагаемое устройство пригодно и для гибкихволоконно-оптических трактов. Влия ние плавного перехода на работу устройства аналогично влиянию планшайбы; поскольку модовый состав излучения выходного торца тракта не зависит от смещений предметной точки, так как 25 тракт на выходном конце представляет собой жгут одномодовых волокон,При указанном отношении, равном 1, вклад в основную моду планшайбы (выходного конца плавного перехода ) вносится только основной модой тракта, увеличение мощности не происходит, При соотношении отношений радиу сов к числовой апертуре, равном 2 3.,9 ф ъ вклад основной моды тракта становит- ся столь малым, что потеря мощности уже не компенсируется вкладом мод высших порядков тракта, поэтому увеличения мощности не происходит. гдерадиусы сердцевины одномодового волокна и волокна30тракта выходного и входного конца плавного переходя)соответственно,И;, ЧЯ - числовые апертуры соответ 2ствующих волокон (волокон35 на выходе и входе плавногоперехода).На фиг. изображена оптическаясхема волоконно-оптического устройства для получения изображения объекта,40 выполненного по варианту 1, на фиг.2оптическая схема волоконно-оптического устройства для получения изображения объекта, выполненного по ва-.рианту 2.45 Волоконно-оптическое устройстводля передачи изображения объекта,выполненное по варианту(фиг.1),содержит оптически связанные освещающий источник 1, волоконно-опти 50 ческий тракт 2 из многомодовых волокон, передающую оптическую систему 3и корректирующую голограмму 4атакже опорный источник 5, когерентный с освещающим источником 1 и оп 55 тически связанный с корректирующейголограммой 4, и планшайбу 6, установленную на выходе волоконно-оптического тракта 2. Если указанное соотношение между отношением радиуса сердцевины волокна к его числовой апертуре волоконно-оптического тракта и планшайбы. (по 1-му варианту ) или плавного перехода (по 2-му варианту ) находится в переделах 1-2,3то радиус пятна основной моды волокна планшайбы (по 1-му варианту ) или выходного конца плавного перехода (по 2 му варианту ) больше радиуса пятна ос новной моды тракта, вклад в основ- ную моду планшайбы (по 1 варианту ) или выходного конца плавного перехода (по 2 варианту) вносят основная мода тракта и моды высших порядков. Это обеспечивает увеличение мощности на выходе устройства. 7 4Указанные числовые соотношения получены на основании выведенной Формулы 1(р)Н р (01 Н(О) ( где РрР - мощность осноВной иоды в одномодовом волокне и волокне,тракта соответственно. Ю/ - отйошение радиусов основных мод планшайбы(выходногоконца плавного перехода)Волоконно-,оптическое устройство, выполненное по варианту 2 (Фиг.2 ) аналогично устройству по варианту 1, но отличается отсутствием планшайбы 5 и выполнением выходного конца волоконно-оптического тракта 2 в виде плавного перехода 7 от многомодовых волокон к одномодовым.Устройство по варианту 1 работает следующим образом.Предварительно осуществляется запись корректирующей голограммы 4. При этом освещающий источник 1 размещается на. оси входного участка волоконно-оптического тракта 2 на расстоянии не менее 10-20 диаметров входного конца тракта, а на голограмму 4 направляется излучение опорного источника 5, которое, взаимодействуя с излучением, прошедшим волоконно-оптический тракт 2, планшайбу 6 и оптическую систему 3, формирует интерференционную картину, соответствующую корректирующей голограмме 4, После обработки корректирующая голограмма 4 устанавливается в свое первоначальное положение опорный источник 5 выключается, а освещающий источник 1 направляется на объект, Далее предлагаемое устройство работает на передачу изобраФ жения объекта. На,входной конец волокойно-оптического тракта 2 падает рассеянное объектом излучение освещающего источника 1 и передается на его выходной конец. Излучение волокна волоконно-оптического тракта 2 возбуждает соответствующее волокно планшайбы 6 и преобразуется в однородное излучение его выходного конца, обусловленное единственной его направляемой модой. Зто излучение направляется оптической системой 3 в плоскость корректирующей голограм. мы 4, дифрагируя на ней, Формирует изображение объекта. Поскольку модовый состав излучения планшайбы 6 не зависит от смещений предметной точки в поперечном и продольном направлениях, то расширяется поле зрения и глубина изображаемого пространства.Устройство по варианту 2 (Фиг.2 ) работает аналогичным образом. Так как выходной конец волоконно-оптического тракта 2 выполнен в виде плавного перехода 7 от многомодовых волокон к одномодовым и при прохождении излучения через плавный переход происходит преобразование его в одномодовое, как в устройстве по . варианту 1, модовый состав излучения выходного конца тракта не зависит от смещения предметной точки в поперечном и продольном направлениях и таким образом расширяется поле зрения и глубина изображаемого пространства.П р и м е р 1, Рассматривается работа устройства в случае, когда отношение радиуса сердцевины одномодового волокна к его числовой апертуре равно отношению радиуса сердцевины волокна тракта к его числовой апертуре. В этом случае величина1 и отношение мощностей также равно 1. Мощность на выходе планшайбыравна сумме мощностей основных мод волокон тракта.П ри м е р 2. Рассматривается работа устройства в случае, когда указанное отношение равно 1,4, При этом согласно (1) мощность излучения на выходе одномодового волокна (выходного участка плавного перехоца )превосходит мощность основной моды волокна тракта (входного участка плавного перехода ) в 2,6 раза, таким образом увеличивается мощность излучения на выходе планшайбы.П р и м е р 3. Рассматривается работа устройства в случае, когда укаэанное отношение равно 2,3, При этом согласно (1) величина ) = 1, т.е. мощность на выходе планшайбы (плавного перехода) равна сумме мощностей основных волокон тракта, каки в примере 1.П р и м е р 4 Рассматриваетсяработа устройства в случае, когдауказанное отношение равно 0,8, Приэтом согласно (1)= 0,6, вклад модвысших порядков мал и мощность навыходе планшайбы (плавного перехода)меньше суммы мощностей основных модволокон тракта. Такой режим работыустройства энергетически невыгоден,так как приводит к потерям мощности.П р и м е р 5. Рассматриваетсяработа устройства в случае, когдауказанное соотношение равно 3, Приэтом0,1, вклад мод высших порядков уже не компенсирует уменьшениявклада основной моды. Мощность на выходе планшайбы меньше суммы мощностей основных мод волокон тракта. Такойоставитель Е.А ехред М.Кузьма онова Корректор А.Обруч Редактор А.Долин Тираж 448НИИПИ Государственного комитетао делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская н акая 35844 ПодписноеСР иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 7 .11 589 режим работы устройства энергетически невыгоден. Изобретение позволяет за счет преобразования излучения многомодовых волокон тракта в излучении одномодовых волокон и устранения таким обра 67 8зом зависимости восстановления предметной волны.от смещения предметнойточки от положения освещающего источника на стадии записи корректирующей голограммы расширить поле зренияв 2-2,5 раза и глубину изображаемогопространства в 3 5 раз.