зовать одно из самых важных достоинств волоконных световодов и изделий из них, а именно ие просто канализировать свет, а передавать изображение с достаточно высокой разрешающей способностью. Наличие оболочки у каждого из моноволокон, из которых изготовлено то или иное изделие, препятствует взаимному просачиванию света из волокна в волокно. Если толщина оболочки каждого волокна примерно составляет длину волны распространяющегося по волокну света, то просачивание практически отсутствует. На практике толщину оболочки чаще делают раза в два меньше указанной; при этом качество изображения остается достаточно хорошим.

Рис. 21. Ход светового луча в стеклянном оптическом волокне. / - оболочка волокна с показателем преломления п; 2 - внутренняя жила волокна диаметром с показателем преломления л; 3 - траектория светового луча; П(= 1 - коэффициент преломления во.здуха; а -угол падения светового луча на входной торец волокна: Оцакс ~ "™мз-">"Ь1й апертурный угол; а, -угол между образующей цилиндра волокна н раправлением светового луча.

В некоторых изделиях волоконной оптики волокна имеют еще и вторую оболочку, как правило, черного цвета, поглощающую свет, так или иначе просочившийся из центральных жил световодов. Отметим, что использование изделий из стекловолокон, у которых имеются вторые оболочки, обладающие сильным поглощением в видимом участке спектра, оказывается очень желательным в различных индикационных панелях или табло, располагающихся в местах с нормальной освещенностью. Использование, например, плоских планшайб в экранах телевизоров позволило бы получить четкое изображение в условиях нормального дневного освещения.

Трудности изготовления стеклянных волокон заключаются в специфике технологии. Часто оказывается, что спектральные хавактери-стики массивных стекол и волокои, изготовленных из них, сильно различаются. Связано это, по-видимому, со структурными изменениями материала, происходящими при изготовлении волокна. Трудности заключаются еще и в том, что стекла для жилы и оболочки нужно подбирать не только по спектральным характеристикам и соответствующим коэффициентам преломления. Для получения высоксь качественного волокна, обладающего к тому же достаточно высокой механической прочностыо, материалы жилы и оболочки должны соответствовать друг другу по вязкости, те.чпературе плавления и коэффициенту термического расширения. Кроме того, они должны быть химически совместимы. Все это влияет на целый ряд характе-

ристик световодов к других изделий, выполненных из группы волокон.

Механическая прочность моноволокон оценивается тем выше, чем при меньшем радиусе кривизны при его изгибе и, с другой стороны, при большем усилии на разрыв наступает его разрушение.

Характеристики световодов. Основными оптическими характеристиками световодов являются апертур-ный угол, светопропускание и разрешающая способность.

Максимальный апертурный угол Омане-это наибольший угол между лучом в воздухе и нормалью к торцу световода, прн котором луч, претерпевая многократное полное внутреннее отражение от оболочки, пройдет по жиле моноволокна. Как видно из рнс. 21, для меридионального луча (луча, лежащего в плоскости, проходящей через ось моноволокна) этот угол

; = arcsin [/"«ж-Поб-

О 0,5 1

Рис. 22. Зависимость максимального апертуриого угла а от отношения гЩя<-

1 - оболочка волокна; 2 - жила волокна (в поперечном сечении).

Если луч лежит в параллельной плоскости на расстоянии rRm (рис. 22), где Rm - радиус жилы волокна, то он встретит поверхность оболочки под меньшим углом. Это означает, что для такого луча условие полного внутреннего отражения будет выполняться при больших углах наклона, чем для меридионального луча. Следовательно, максимальный апертурный угол для меридионального луча всегда меньше, чем для прочих лучей. Для лучей, не лежащих в меридиональной плоскости, максимальный апертурный угол может в пределе достигать 90°, что и показано на рис. 22.

Немеридиональные лучи распространяются в волокне по спиралеобразной ломаной траектории, что приводит к значительной деполяризации излучения на выходном конце световода. Деполяризация растет с увеличением количества отражений, т. е. с у.меньшением отношения длины волокон к диаметру их жилы. Это затрудняет использование световодов из волокон круглого сечения для передачи поляризованных световых потоков, что необходимо учитывать при разработке оптических и оптико-электронных схем.

Светопропускание элементарного волокна или световода определяется отношением Ф1/Ф0, где Ф1 - световой поток на выходе световода, а Фо - световой поток, падающий на вход световода в пределах его световой апертуры.

Потери световой энергии в моноволокне складываются из поглощения света самим стеклом жилы, а также поглощением на границе жилы и оболочки при отражениях. Поэтому светопропускание зависит в определенной степени от апертуриого угла световода, т. е. 30

от соотношения показателей преломления жилы и оболочки. Поглощение уменьшается с уменьшением конусности падающего на входной торец световода луча.

Светопропускание световода всегда меньше, чем светопропуска-ние моноБОЛокна, что связано в основном со степенью заполнения сечения световода световедущими жилами. Свет, попавший в пространство между жилами, в значительной степени поглощается и рассеивается.

В конических моновологнах (монофоконах) и изделиях из них (фоконах) потери света зависят от того, какой торец фокона входной, а какой выходной. Потери от торца с большим диаметром к меньшему значительно меньше, чем от меньшего к большему. Это связано со значительной разницей в апертурных углах (светопропускание сильно зависит от геометрических соотношений конических волокон).

Как уже говорилось, светопропускание моноволокна всегда больше, чем светопропускание световода из-за того, что световой поток, топавший на торцы оболочек, практически теряется. Поэтому если известно светопропускание отдельных волокон, из которых изготовлен световод (или планшайба, фокон и т. п.), то пропускание последнего можно вычислить, зная коэффициент (долю) отражения от торцов и коэффициент заполнения световода. Учет этих потерь, дает уменьшение светопропускания световода примерно на 10- 20% по сравнению со светопропусканнем отдельного волокна.

Спектральная характеристика светопропускания должна учитывать спектральные свойства материала жилы и спектральную характеристику потерь, возникающих на границе жилы и оболочки волокна.

Разрешающая способность световода, определяемая тем же методом, что и для обычной оптики, характеризуется числом оптических линий на 1 мм поля изображения. Очевидно, что чем меньше диаметр волокон и чем плотней укладка их концов, тем выше разрешающая способность световодов. Если диаметр волокна близок к длине волны света, то волокно будет обладать волноводными свойствами. При этом в зависимости от соотношении диаметра волокна и длины волны светового потока потери в световоде могут быть либо очень велики, либо, наоборот, очень малы. Однако изготовление волокон малого диаметра и их регулярная укладка достаточно сложны. Поэтому получение волоконных световодов с большой разрешающей способностью затруднительно. Большинство из полученных в настоящее время световодов имеет максимальную разрешающую способность порядка ста, а лучшие образцы - несколько сотен линий на миллиметр.

При использовании световодов необходимо принимать во внимание также их импульсные свойства. Размазывание световых сигналов при прохождении через световод происходит в большей илн меньшей мере в зависимости от апертурного угла или конусности падающего на торец световода луча, от длины световода и от отношения его длины к диаметру жилы.

Если, например, на входной торец световода падают идеальные прямоугольные импульсы света с конусностью, например, 2а°, причем угол а меньше апертурного угла, то размытость сигнала определяется величиной запаздывания между пучком света, распространяющимся вдоль осевой линии световода, и пучком, распространяющимся под углом а к этой осевой линии. В первом случае пучок света