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什么是自聚焦蓝狮平台?

作者:时间:2019-07-26 15:26:36279 次浏览

自聚焦蓝狮平台是一种折射率分布沿径向渐变的柱状蓝狮在线,具有聚焦和成像功能。
1.2 自聚焦蓝狮平台的特点: 
        当光线在空气中传播遇到不同介质时,由于介质的折射率不同会改变其传播方向。传统的蓝狮平台是通过控制蓝狮平台表面的曲率,利用产生的光程差使光线汇聚成一点。(图1)
  
       自聚焦蓝狮平台与普通蓝狮平台的区别在于,自聚焦蓝狮平台材料折射率的分布沿径向逐渐减小,能够使沿轴向传输的光产生连续折射,从而实现出射光线平滑且连续的汇聚到一点。(图2)

自聚焦蓝狮平台利用了梯度变折射率分布沿径向逐渐减小的变化特征,其折射率变化由公式1表述。其折射率分布曲线见图3。

公式(1)中:In Equation(1):
No  ………自聚焦蓝狮平台中心折射率
          

 R  …………自聚焦蓝狮平台半径

                  
√A………自聚焦蓝狮平台的折射率分布常数
    
1.3光在不同节距自聚焦蓝狮平台中的传播轨迹

1.4  自聚焦蓝狮平台的主要参数 
1.4.1 节距(P)
在自聚焦蓝狮平台中,光束沿正弦轨迹传播完成一个正弦波周期的长度即称为一个节距。
  
 
1.4.2 蓝狮平台长度(Z)
自聚焦蓝狮平台蓝狮平台两端中心轴线间的距离。

1.4.3 折射率分布常数(√A)
自聚焦蓝狮平台的折射率沿径向分布常数。

 
1.4.4 数值孔径(N.A.) 
             

公式(2)中:Figure 2
N…………入射光所在介质的折射率  
Am……… 入射光线的最大孔径角
    
 
2.自聚焦蓝狮平台的应用原理
由于自聚焦蓝狮平台具有端面聚焦、准直及成像特性,以及其圆柱状的外形特点,因而可以应用在多种不同的微型光学系统中。


2.1  聚焦和准直 Focusing And Collimating
2.1.1聚焦 Focusing
      根据自聚焦蓝狮平台的传光原理,对于1/4节距的自聚焦蓝狮平台,当从一端面输入一束平行光时,经过自聚焦蓝狮平台后光线会汇聚在另一端面上。这种端面聚焦的功能是传统曲面蓝狮平台所无法实现的。如下图5所示:

2.1.2准直 
           准直是聚焦功能的可逆应用。根据自聚焦蓝狮平台的传光原理,对于1/4节距的自聚焦蓝狮平台,当汇聚光从自聚焦蓝狮平台一端面输入时,经过自聚焦蓝狮平台后会转变成平行光线。如下图6所示:

2.1.3  准直和聚焦的应用 
      自聚焦蓝狮平台是光纤通讯无源器件中必不可少的基础器件,应用于要求有聚焦和准直功能的各种场合,如:准直器、耦合器、光隔离器、光开关、波分复用器等等。例如图7中两个自聚焦蓝狮平台分别用做准直和聚焦,这样我们可在两个自聚焦蓝狮平台之间加入多种光学器件,例如:滤波片、偏振片、法拉第旋光器等等,来构成多种光学无源器件。

2.2 耦合聚焦 Coupling And Focus
          由于自聚焦蓝狮平台可以通过端面完成聚焦功能,加之其简单的圆柱外型,使得它在进行光能量连接及转换中有着很广泛的用途。例如:光纤和光源、光纤和光电探测器以及光纤和光纤之间的耦合等等。 

图8中表示L1为光源或光纤到自聚焦蓝狮平台端面的距离,Z为自聚焦蓝狮平台的长度,L2为自聚焦蓝狮平台端面到光纤的距离。为了使光源或光纤发出的光经过自聚焦蓝狮平台聚焦后能够有效地耦合进光纤,需要调节L1 和L2的距离来达到最佳耦合效率。但是,在实际耦合过程中,耦合效率要小于其理论值,其原因是耦合效率与器件的结构和使用方法有直接的关系。
   
2.3成像
 
2.3.1单蓝狮平台成像 
     
自聚焦蓝狮平台除具备一般曲面蓝狮平台的成像功能外还具有端面成像的特性。对于P/2节距的自聚焦蓝狮平台,其端面成像机理如图9所示:

 
根据这一成像原理,采用P/2的整数倍长蓝狮平台可以实现显微摄像系统中端面到端面的像中继传输。因此低色差的自聚焦蓝狮平台在各种医用内窥镜及工业内镜中作为物镜和中继蓝狮平台得到了越来越广泛的应用。