定义
锥形以获得一定图像放大倍率的光纤板。
普通的光纤板(面板)提供无放大倍率的图像传输。 然而,可以对板进行锥形,以便获得直径和相应纤维间距的变化。 这种光纤锥度提供图像的一些放大或放大,具体取决于使用哪一侧作为输入侧。 由于所用纤维的数值孔径通常相当大,因此在短长度上实现较大的锥度比是没有问题的。
大多数光纤锥度保留了该区域的形状 - 例如,它们是圆形到圆形或方形到方形的类型,并保留了纵横比。 然而,还有其他光纤锥度,例如从圆形转换为方形或圆形到矩形,或用于改变纵横比(变形锥度)。
光纤光锥通常用于可见光,有时也用于近红外光。
请注意,单根光纤也可以逐渐变细;请参阅有关锥形光纤的文章。
光纤光锥的制造
锥形通常是这样完成的,即将相对较长的光纤滚球的末端夹紧并缓慢拉开,同时中间部分在电环炉中加热,使其变软。 这导致中间区域的直径减小,而夹紧端保持原始直径。 然后可以在中间切割所得设备以获得两个光纤锥度。 锥度比可以在相对较宽的范围内调节。
图1:光纤锥度的制造。
在制造过程中必须小心,以避免图像失真。 具有矩形横截面的板难以锥形;形状可能会有一些变形,这会导致这种变形,例如枕形类型。 重力的影响也可能令人不安。 锥度工艺需要优化,以尽量减少这种不利影响。 例如,锥形区域的温度应相当均匀。
当使用由特殊锥形玻璃制成的板时,锥形过程更容易控制,该玻璃降低了粘度的温度依赖性。
也可以在锥形过程中扭曲设备以获得一定量的图像旋转。
减小数值孔径
请注意,锥度的数值孔径有效减小,因为导光的角度分布在芯径减小的区域增加。 数值孔径减少由两端的直径之比给出,假设中间没有直径较小的零件。 当使用输入部分的完整(原始)数值孔径发射光时,会损失锥形中的一些光,或者(如果设备中不包含壁外吸收器)该光在某些区域漫射。 对于大锥度比,这种效果会大大降低透光率或降低图像质量。
减少菲涅耳反射损耗
由于核心玻璃的折射率通常相当高(例如约1.8),表面的菲涅耳反射非常强:每个表面的折射率约为8%,而普通二氧化硅纤维的折射率约为3.5%。 因此,人们经常在表面上涂上增透膜。 或者,可以将光纤锥度与一些浸没介质(例如硅脂)结合使用。
应用
光纤工作台主要用于需要调整图像尺寸的成像应用。 例如,可以将光从X射线闪烁体晶体传输到微通道板探测器的入口。 此外,可以将图像从图像增强器的荧光屏传输到较小的图像传感器(见图2)。
图2:设置带有光纤锥度的图像增强器,用于将光耦合到 CCD 图像传感器。
在一些需要非常大输入区域的科学和医疗应用中,人们使用锥形阵列,即多个光纤锥度并排粘合在一起。 键合间隙可以保持相当小,例如小于100μm。 例如,每个锥度可以耦合到CCD传感器。 请注意,如果不进行锥形,就无法获得大而不间断的图像区域,因为CCD传感器不会在其整个区域上提供像素。
参考文献
[1] Schott North America, "An introduction to fiber optic imaging"