Структура волокон
«Световодность» отдельного волокна может быть нарушена, если два волокна будут соприкасаться друг с другом на протяжении какогото расстояния. Свет будет «просачиваться» из одного волокна в другое через границу соприкосновения. Это явно нежелательно, но, к счастью, утечку света можно очень сильно уменьшить. Один из способов состоит в том, что стеклянное волокно покрывают оболочкой из стекла с меньшим показателем преломления, чем у самого волокна. Условия полного отражения при этом сохраняются, а утечка ликвидируется. Технически это достигается путем вытягивания в тонкие нити стеклянных стержней, покрытых стеклом с меньшим показателем преломления. Практически можно изготовлять удовлетворительные волокна толщиной до 1/400 см. Ниже мы увидим, что, чем тоньше волокно, тем больше четкость изображения. Такие тонкие волокна очень гибки и вместе с тем достаточно прочны, чтобы выдержать изгибы скручивания без механических повреждений, а это очень важно в ряде практических применений.
Возьмем теперь несколько волокон, с большой тщательностью уложим их сторона к стороне и запакуем в связку. Представим себе, что мы расположили волокна в связке в виде прямого (нескрученного) троса с квадратным поперечным сечением размером 2,5 X 2,5 см. Если каждое волокно имеет в поперечнике 4/400 см, то нам потребуется миллион волокон. Если нужное нам сечение должно составлять в поперечнике всего 0,25 см, нам все же понадобится 10000 волокон.
Обмотаем теперь нашу связку клейкой лентой; тогда у нас будет гибкий стеклянный трос. Пусть оба конца связки имеют квадратное сечение и будут гладко отполированы. Теперь при помощи линзы направим на одну из лицевых поверхностей нашего световода светящийся знак X. В те волокна, на концы которых упадет яркое изображение, войдет свет. Каждое волокно независимо от своего соседа и безотносительно к тому, как согнут или скручен трос, передает, заак по трубке, упавшее на нее количество света. Ясно, что на другом конце также появится яркий знак X. Не важно, как мы скручивали или сгибали (или даже завязывали узлом) трос: на дальнем конце появляется то же самое, хотя и зеркально перевернутое изображение.
Четкость деталей изображения зависит от размера волокон, плотности их упаковки, отсутствия «утечки» света и, наконец, корреляции волокон на обоих концах. Ясно, что волокна не должны перекрещиваться друг с другом до их связывания в пучок, и если волокно находится в какойто клетке «шахматнойдоски» на одном конце световода, оно должно оказаться в том же самом месте «шахматной доеки» поверхности другого'*'! конца. Пучок, в котором волокна на одном конце точно согласованы с волокнами на другом конце, называется когерентным. Это довольно свободное толкование слова «когерентный», но смысл понятия достаточно ясен.
Связку стеклянных волокон можно использовать не для передачи изображения, а только для передачи света. Тогда нет необходимости обращать внимание на точнейшую геометрическую выверку расположения волокон. Такие связки волокон называют некогерентными, их легче сделать и гораздо дешевле, чем когерентные.
Хотя это направление еще молодо, уже появился ряд сообщений о применениях оптических волокон в технике и в медицине. В продаже появились гибкие световоды длиной в несколько метров. В более .длинных волокнах становятся заметными потери света на поглощение, если не уделяется особого внимания отбору очень чистого стекла. Тем не менее возможно пропускание в 50% в световодах длиной в полметра, и даже через 1,5метровую волоконную систему проходит 25% света. Прозрачность связки волокон не так хороша, как у отдельного волокна, так как возникают три дополнительных источника потерь света: вопервых, не используется площадь между волокнами; вовторых, изза загрязнения волокон и частичной утечки света; втретьих, изза оборванных волокон или обломанных концов. Если учесть все перечисленные трудности, то .следует признать,% что пропускание световодов оказывается вполне удовлетворительным.
Основы волоконной оптики
Некоторые приложения волоконной оптики: лампы