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硬光纖傳像元件技術指標解讀

瀏覽次數: 日期:2017年11月14日 11:46

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0 引言

纖維光學是近幾十年來從近代光學領域發展起來的一門分支學科,光纖傳像元件是纖維光學的一種典型元件,同時具有傳光和傳像的特性,與普通的玻璃和透鏡系統相比,在光學上具有零厚度、集光性能好、分辨率高,無失真地傳遞圖像等優點,目前已在光和圖像的傳遞以及視覺信息的傳遞等領域中得到了廣泛的應用。

光纖傳像元件是由大量高折射率的芯料玻璃、低折射率的皮料玻璃和光吸收玻璃材料組成。經過材料玻璃的組合拉制、排列、熔壓、扭轉或拉伸而成的具有一定厚度的硬性光纖元件。具有代表性的硬光纖傳像元件有光纖面板、光纖倒像器和光纖光錐(如圖1所示)。

1 光纖傳像元件的實物圖

1 光纖傳像元件主要技術指標解讀

1.1性能指標

1 數值孔徑NA是表征收集輸入光能力的物理量。n1為芯料玻璃的折射率,n2為皮料玻璃的折射率。光纖傳像元件產品在加工過程發生的光纖彎曲變形、端面傾斜和光纖變為錐狀都會降低其實際的數值孔徑。

2)透過率是指出射光通量與入射光通量之比,是定量描述光纖傳光能力的物理量。影響光纖傳像元件透過率的因素很多,主要為材料吸收、芯皮界面和元件端面反射損耗、數值孔徑、纖維填充系數、纖維的排列方式等。受到玻璃材料、內部結構、制作工藝、產品高度的影響。

3)像對比度是評價傳像質量的一個重要指標。光纖傳像產品的對比度主要受雜散光的影響。通常采用在纖維間插入光吸收絲來提高圖像對比度,然而吸收絲的加入會降低元件的透過率,所以通常要根據不同的使用環境采用不同的吸收絲方案。

4)分辨率是單位長度內包含可分辨的黑白“線對”的對數,單位是lp/mm(線對/毫米)。它表征的是光學系統對傳遞圖像的一種細節分辨能力,分辨率越高,能夠分辨影像細節的能力越強。光纖元件的分辨率取決于光纖的排列結構和單光纖直徑。目前光纖結構主要為正六邊形排列。其極限分辨率,D是單光纖的直徑。

5)其他性能指標光纖傳像產品還包括熱穩定性、耐熱性、化學穩定性、化學相容性、電絕緣性、真空氣密性等以滿足不同的使用場合的應用。

1.2質量指標

1)斑點:是指小于產品平均漫射透過率70%的區域。主要是光纖存在缺陷造成的傳光損耗,其中光纖直徑越小,光纖越容易產生缺陷,形成斑點。

2)雞絲:指復絲邊界的透過率低于周圍區域透過率70%的絲狀區域,其寬度定義為不大于兩單纖維尺寸的黑色纖維絲。主要是復絲界面存在缺陷引起的傳光損耗。

3)蛇形畸變:是對所傳遞的直線圖像發生彎曲的位移。主要是光纖在排列方向發生了彎曲變形引起的一種傳像變形的缺陷,示意圖如圖2,其大小一般表示為

2 蛇形畸變示意圖

4)剪切畸變:是對傳遞的直線圖像產生明顯錯位的偏移。主要是光纖在排列方向出現錯位而引起的一種傳像間斷的缺陷,示意圖如圖3。

3 剪切畸變示意圖

5)放大率:是輸出像的長度與輸入物的長度之比。決定于產品輸出和輸入兩端面的纖維直徑大小。對于光纖面板和光纖倒像器,理想狀態下的放大率是11;對于光纖光錐,其放大率一般是輸入輸出兩端面的直徑之比。

(6)像位移:是輸出圖像相對輸入圖像發生偏移的一種傳像缺陷,其示意圖見圖4,虛像為物的位置,經常傳遞后,成像在實線的位置,其像位偏移大小是△X,一般會隨著產品的高度增加而增加。

4 像位移示意圖

(7)表面質量:產品表面的光潔度、擦痕、破點等。

    具體的其他質量指標,詳細可參考GB/T 20244-2006

所屬類別: 光纖傳像

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