光纤面板 Fiber-optic plates

2022-11-29 16:44:24 浏览:427

定义

包含许多光纤的透明板。

光纤板,有时也称为光纤面板,是由许多光纤组成的透明板。 正面和背面通常为矩形或圆形。 在某些情况下,它们做得非常大,覆盖数十甚至数百平方厘米。 厚度可能只有几毫米,但也可以使用长度为数厘米的设备。 乍一看,一些光纤板看起来像在圆柱形基板上制成的激光镜。

最重要的属性是从输入面到输出面的一对一图像传输,这是通过光纤将许多输入点连接到相应的输出点来实现的。

与许多光纤束相比,光纤板通常包含更小的光纤,以实现相应的更高空间分辨率。 然后,这种板中可能包含数百万根纤维。

光纤面板 Fiber-optic plates

图1:光纤板的示意图前视图和侧视图。深灰色部分表示传输有用光的光纤芯。小的暗部是吸收纤维,引入以消除非引导光。一个真正的板有更多的核心。

光纤板的制造

光纤板可以通过以下方式制造:

  • 第一步,从普通纤维预制棒中拉出单纤维。 与普通纤维制造相比,人们将纤维拉到更大的直径,例如 2 毫米。
  • 然后,通过组装例如200根单纤维来生产多纤维预制棒,切割成合适的长度,例如2米。 该预制棒再次被拉伸以产生多纤维。 每根纤维的尺寸也相应减小。
  • 人们可以再次重复该过程,即将一定数量的多纤维组装到预制棒上并绘制。 由此产生的多光纤可以包含数千个光纤芯。
  • 为了制造大直径的光纤板,现在人们将许多多光纤组装到一个大滚球上。 然后将该滚球切成适当长度的切片,以获得板的粗糙形式。
  • 最后,界面需要通过研磨(用于表面生成,不一定产生平坦表面)和抛光进行进一步加工。

使用的光纤可以是完全不同的类型。 可以使用阶跃折射率多模光纤(通常是二氧化硅光纤),例如,其数值孔径为0.2或0.4。 当使用高折射率核心玻璃时,数值孔径甚至可以达到1量级。 高数值孔径板通常用于成像。

为了获得最佳图像性能,通常会在上述预制件中插入某种吸收体(见图1)。 这种壁外吸收体(EMA)的功能是消除任何不受光纤芯引导的光,因此对成像没有用处。 这种吸收剂可以以黑色纤维的形式引入,以取代一些引导纤维,或者在成像光纤之间的间隙位置引入更细的黑色纤维。 另一种可能性是在成像光纤周围使用环形吸收层。

一些光纤面板是锥形的,即在高温下拉制以获得逐渐减小的直径。 光纤锥度可用于将图像与较小的图像传感器匹配,例如,通过应用一些放大倍率。 有关更多详细信息,请参阅有关光纤锥度的文章。

光纤板的应用

大多数光纤板用于成像应用:例如,在夜视设备和X射线探测器中。 这些板通常由相当小的有序纤维制成,提供准确的图像传输。 与基于透镜或镜子的传统成像光学器件相比,这种设备可能非常短;因此术语零厚度图像转移。

通过使用锥形面板(光纤锥度)可以实现某种(去)放大。 此外,可以使用180°扭曲装置实现图像反转(用于补偿物镜的图像反转,例如在夜视设备中)。

面板的基本功能通常是提供一些电气隔离,例如在荧光屏和图像传感器之间。 (请注意,此类设备通常在高电压下运行,例如在夜视设备的图像增强器中。 对于X射线探测器,它们还可以为图像传感器提供一些辐射保护,特别是当由含铅玻璃制成时。

可以将荧光粉直接沉积在光纤面板上,以实现光与光纤的最佳耦合。 但请注意,并非所有眼镜都与荧光粉兼容。

对于高图像分辨率,需要非常细的纤维。 某些设备允许分辨率优于每毫米 100 行。 这比基于镜头的传输光学器件要低,但带有光纤面板的解决方案可以更紧凑 - 不需要对焦距离 - 并且基本上没有图像失真。 此外,透光率可以相当高。

当将面板耦合到图像传感器(例如CCD芯片)时,通常不能将一根光纤与一个探测器像素相关联,因为光纤排列不能足够规则。 相反,每个像素使用几根光纤,因此每个像素可以接收大致相同数量的光。 剩余的偏差会导致可能令人不安的摩尔纹图案,人们试图将其最小化,例如,故意在传感器表面和面板之间创建某种角度。

作          者: 泮桥成像光电商城

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