Микрооптические элементы и устройства для волоконно-оптических измерительных систем

• Автор: Соколовский, Александр Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 225 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ЛУЧЕВАЯ ТЕОРИЯ ВВОДА ИЗЛУЧЕНИЯ В МНОГОМОДОВЫЕ ВОЛОКНА
1.1 .ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ
1.2 АПЕРТУРНЫЕ ОБЪЕМЫ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН
1.3 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВОЗБУЖДЕНИЯ ВОЛОКНА ЛАМБЕРТОВЫМ ИСТОЧНИКОМ
1.4 ВЛИЯНИЕ СМЕЩЕНИЙ ВОЛОКНА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВВОДА ИЗЛУЧЕНИЯ
1.4.1 СМЕЩЕНИЯ ДВУХСЛОЙНОГО ВОЛОКНА
1.4.2 СМЕЩЕНИЯ ФОКУСИРУЮЩЕГО ВОЛОКНА
1.5. РАДИАЛЬНЫЕ СМЕЩЕНИЯ ИСТОЧНИКА
1.6. ВВОД ИЗЛУЧЕНИЯ В СВЕТОВОДЫ ОТ ИСТОЧНИКОВ ПОЛОСКОВОЙ ГЕОМЕТРИИ
1.6.1 ВЛИЯНИЕ ПРОДОЛЬНЫХ И ПОПЕРЕЧНЫХ РАЗЪЮСТИРОВОК НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВВОДА ИЗЛУЧЕНИЯ ОТ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ ПОЛОСКОВОЙ ГЕОМЕТРИИ
2.СОГЛАСОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ТРАКТОВ
2.1 КОЛЛИМИРОВАНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ФОКОНАМИ
2.2. ФОКУСИРОВКА ИЗЛУЧЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ФОКОНАМИ
2.3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ФОКОНОВ
2.4 НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СВОЙСТВ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ФОКОНОВ
2.4.1. КОЛЛИМИРУЮЩИЕ ФОКОНЫ
2.4.2 ФОКУСИРУЮЩИЕ ФОКОНЫ
2.5 КОЛЛИМИРОВАНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ПОЛУСФЕРИЧЕСКИМИ ЛИНЗАМИ НА ТОРЦЕ ВОЛОКНА
2.5.1. ОТРАЖЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ПОЛУСФЕРИЧЕСКИМИ ЛИНЗАМИ НА ТОРЦЕ ВОЛОКНА
2.6 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОЛИНЗ НА ТОРЦЕ ВОЛОКНА
2.7 ПРЕОБРАЗОВАНИЕ НЕПАРАКСИАЛЬНЫХ СВЕТОВЫХ ПУЧКОВ ГРАДИЕНТНЫМИ ЛИНЗАМИ
3.ВОЛОКОННЫЕ РАЗВЕТВИТЕЛИ
3.1. ШЛИФОВАННЫЕ МНОГОМОДОВЫЕ РАЗВЕТВИТЕЛИ X ТИПА
3.2.СПЛАВНЫЕ МНОГОМОДОВЫЕ РАЗВЕТВИТЕЛИ У ТИПА
3.3. СТАБИЛИЗАТОР МОДОВОГО СОСТАВА ИЗЛУЧЕНИЯ
3.3.1 СМЕСИТЕЛЬ МОД
3.4 ШЛИФОВАННЫЕ ОДНОМОДОВЫЕ РАЗВЕТВИТЕЛИ
3.4.1. РАЗВЕТВИТЕЛИ С ТУННЕЛЬНОЙ СВЯЗЬЮ
3.4.3. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОДНОМОДОВОГО ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ОТВЕТВИТЕЛЯ
3.4.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОДНОМОДОВЫХ
ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ
4. КОЛЬЦЕВЫЕ ВОЛОКОННЫЕ СИСТЕМЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ВОЛОКОННЫХ ИНТЕРФЕРОМЕТРОВ
4.1 .КОЛЬЦЕВЫЕ ВОЛОКОННЫЕ СИСТЕМЫ
4.1.1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЛЕЕВСКОГО РАССЕЯНИЯ В КОЛЬЦЕВОЙ СИСТЕМЕ
4.1.2.СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕРЬ В СВЕТОВОДАХ С ПОМОЩЬЮ КОЛЬЦЕВЫХ СИСТЕМ

4.2 ОДНОВОЛОКОННЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
4.2.1. РАСЧЕТ АМПЛИТУДНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ИНТЕРФЕРИРУЮЩИХ СВЕТОВЫХ ВОЛН
4.2.2. РАСЧЕТ ВИДНОСТИ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ КАРТИНЫ. 12С
4.2.3. ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИМ ИНТЕРФЕРОМЕТРОМ ФИЗО
4.3. ЭЛЕМЕНТЫ ФУРЬЕ-СПЕКТРОМЕТРОВ. 13С
5. ВОЛОКОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, УПРАВЛЯЕМЫЕ ОПТИЧЕСКИМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
5.1 ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛЕНОК У02
5.2 ВОЛОКОННЫЕ МОДУЛЯТОРЫ С ОПТИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ. 14С
5.3. ВОЛОКОННЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ НА ОСНОВЕ ПЛЕНОК У02
5.4 ОПТИЧЕСКАЯ БИСТАБИЛЬНОСТЬ ПЛЕНОК У02
6 ВОЛОКОННЫЕ ЗОНДЫ ДЛЯ ФОТОМЕТРИИ РАССЕИВАЮЩИХ СРЕД И ИХ ПРИМЕННИЕ В СИСТЕМАХ МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
6.1 ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ И ЖГУТОВ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ РАССЕЯННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
6.1.1 ОДИНОЧНЫЙ СВЕТОВОД
6.1.2 ВОЛОКОННЫЙ ЖГУТ
6.2 ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ДАТЧИКИ СОСТОЯНИЯ БИОТКАНЕЙ
6.2.1. ДАТЧИК ЭНДОГЕННОЙ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ БИОТКАНИ
7.ЭЛЕМЕНТЫ ГИБРИДНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ
7.1 ПРЕДЕЛЬНЫЕ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНЫЕ УРОВНИ МОЩНОСТИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
7.2.ОДНОЭЛЕМЕНТНЫЙ ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСРУКТУР АЬОААБ
7.3.ТЕХНОЛОГИЯ СБОРКИ ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
8.ВОЛОКОННЫЕ ДАТЧИКИ
8.1 .ДАТЧИКИ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
8.1.1 .ОДПОВОЛОКОННЫЕ ДАТЧИКИ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОТРАЖАТЕЛЬНОГО ТИПА
8.1.2. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АМПЛИТУДНЫХ ДАТЧИКОВ
ОТРАЖАТЕЛЬНОГО ТИПА
8.2 АНАЛИЗАТОР СОСТАВА ГАЗОВОЙ БИНАРНОЙ СМЕСИ
8.3.ВОЛ ОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК МЕТАНА
8.4.ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ
8.4.1. ДАТЧИКИ НА ОСНОВЕ ПЛЕНОК У02
8.4.2 ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННОГО ГЕНЕРАТОРА
РЕ Л АКС АЦИОШ1ЫХ КО Л ЕБ АНИЙ
8.4.3.ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ПОТОКА ГАЗА НА ОСНОВЕ ПЛЕНОК У02
8.5 МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОПТОЭЛЕКТРОННАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
ДЛЯ ТРЕХФАЗНЫХ СЕТЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.
Актуальность темы.
Волоконно-оптические измерительные системы представляют собой отдельный класс измерительных систем. Они обладают набором особых свойств, которым не обладают системы других типов. Эти свойства обусловлены высокой помехозащищенностью волоконного тракта передачи оптического сигнала, гальванической развязкой точек измерения и индикации, возможностью использования самого волокна в качестве первичного преобразователя измеряемой величины.
Конфигурация конкретной измерительной системы, использующей оптическое волокно либо в качестве тракта передачи излучения, либо в качестве элемента первичного преобразователя (датчика), подвержена значительным изменениям, обусловленным спецификой решаемой измерительной задачи.
В связи с этим является актуальной проблема создания волоконных элементов и устройств, которые бы являлись основными строительными «кубиками» при создании любой волоконно-оптической измерительной системы.
Элементная база волоконно-оптических измерительных систем включает в себя устройства согласования элементов оптического тракта, устройства деления, переключения и модуляции оптического сигнала. Эти устройства, выполняемые чаще всего на основе волоконных световодов, отличаются миниатюрными размерами, поскольку должны сопрягаться со световодами, характерные размеры световедущих жил которых 3-100 мкм, и требуют ие только разработки специфических методов расчета их оптико-физических характеристик, но и детального исследования особенностей их применения в волоконно-оптических измерительных системах.
Исторически, развитие волоконных систем начиналось с использованием многомодовых волоконных световодов, что было обусловлено более простыми требованиями к их соединению, а также существовавшими источниками и приемниками излучения. Многомодовые волоконные световоды, широко применяются и в настоящее время для решения многих прикладных задач в метрологии, связи и промышленности. В связи с этим разработка микрооптических элементов и устройств для многомодовых волоконных систем является весьма актуальной проблемой.
Волоконные микрооптические элементы и устройства во многих случаях
' с 1„ I, )
0 5/0 2/а

Рис. 1.3 Зависимость потерь при вводе излучения в фокусирующее волокно от

при различных значениях параметра

Рис. 1.4 Зависимость потерь при вводе излучения в волокно от светодиода «баррасовского» типа от величины зазора между источником и волокном. Сплошные линии - расчет,
о -двухслойное волокно, эксперимент [5], х - фокусирующее волокно, эксперимент [5]