Soczewka światłowodowa

Soczewki światłowodowe

Soczewki światłowodowe, znane również jako soczewki GRIN (Gradient Index) lub SELFOC, są wykonane ze szkła o zmiennym współczynniku załamania światła w funkcji odległości od osi soczewki. Ich konstrukcja przypomina krótkie odcinki światłowodów gradientowych, co umożliwia krzywoliniowy bieg promieni świetlnych. Współczynnik załamania ma formę krzywej dzwonowej, osiągając maksimum w osi soczewki.

Wzór na współczynnik załamania

Profil rozkładu współczynnika załamania można w przybliżeniu opisać równaniem:

$N(r)\; =\; N\_0\backslash left(1-\backslash frac\{A\}\{2\}r^2\backslash right),$

gdzie:

• $A=g^2$ – stała rozkładu współczynnika załamania,
• $g$ – stała rozkładu,
• $r$ – odległość od osi soczewki,
• $N\_0$ – współczynnik załamania na osi soczewki.

Pełne równanie na profil rozkładu współczynnika załamania brzmi:

$N^2(r)=N^2\_0(1\; –\; g^2\; +\; h\_4\; g^4\; +\; h\_6\; g^6\; +\; \dots \; ),$

gdzie $h\_4$ i $h\_6$ to współczynniki rozwinięcia. Typowe wymiary soczewek to długość od 3 do 30 mm oraz średnica od 1 do 2 mm.

Podstawowe zastosowania soczewek światłowodowych

• Transformacja apertury numerycznej (NA) – Kształtowanie kąta rozbieżności źródła światła, co zwiększa efektywność sprzężenia optycznego między źródłem a światłowodem.
• Ogniskowanie i kolimacja – Umożliwiają tworzenie wiązki równoległej.
• Tworzenie obrazu – Wykorzystywane w urządzeniach takich jak skanery, kserokopiarki oraz drukarki.
• Sprzęgacz kierunkowy – Może działać jako sprzęgacz kierunkowy w systemach optycznych.
• Multipleksowanie obrazu – Umożliwia efektywne przesyłanie informacji świetlnych.

Soczewki światłowodowe mają szerokie zastosowanie w technice światłowodowej oraz w różnych urządzeniach optycznych, co czyni je kluczowym elementem w nowoczesnej technologii optycznej.