ПЕРЕСТРАИВАЕМОЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЕ ФОКУСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
VARIABLE FIBER OPTICAL FOCUSING DEVICE

Изобретение относится к устройствам для фокусировки лазерного излучения, предназначено для интегрирования в волоконно-оптические системы, где требуется оперативная подстройка фокусирующих свойств волоконных световодов.
Известны перестраиваемые объективы с переменным фокусным расстоянием (Miniature zoom lens / A. Komatsu, A. Shimizu, К. Honda // U.S. patent, 2006. - US 7136232), содержащие несколько подвижных оптических компонент с положительной и отрицательной оптической силой, при изменении расстояния между которыми происходит изменение фокусного расстояния системы в целом.
Недостатком таких устройств при их использовании совместно с оптоволоконными системами являются большие потери энергии света при вводе-выводе оптического излучения в световоды.
Прототипом изобретения является устройство для фокусировки излучения волоконного лазера по патенту RU №2398665 от 22.11.2008, МПК B23K 26/073, опубл. 10.09.2010), содержащее последовательно расположенные и оптически связанные между собой оптический блок с изменяемым фокусным расстоянием и оптический кабель и обеспечивающее подстройку фокусного расстояния под изменяющееся расстояние до объекта.
Недостатками прототипа являются увеличение времени подстройки фокусного расстояния из-за инерционности механической системы, обусловленной большими габаритами и весом подвижных частей оптического блока, а также большие потери света из-за френелевских отражений на торце световода и на поверхностях линз оптического блока.
Поставлена задача уменьшить габариты, вес деталей оптического блока, а также снизить потери световой энергии.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве, содержащем последовательно расположенные и оптически связанные между собой оптический блок с изменяемым фокусным расстоянием и оптический кабель, согласно изобретению оптический блок выполнен в виде волоконного световода с ферромагнитным покрытием, вокруг которого расположены жестко закрепленные на общем основании электромагниты.
Кроме того, оптическая связь волоконного световода с оптическим кабелем осуществляется сваркой.
Дополнительно, световод является частью оптического кабеля.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан главный вид устройства, на фиг. 2 устройство показано в разрезе.
Устройство содержит оптический кабель 1, оптически связанный с ним световод 2 с ферромагнитным покрытием 3 и защитным покрытием 4, электромагниты 5, расположенные вокруг световода и жестко закрепленные на общем основании 6.
Принцип действия заявляемого устройства основан на изменении показателя преломления материала световода в результате воздействия на его поверхность сил притяжения ферромагнитного покрытия световода электромагнитами. При радиальном растяжении, осуществляемом заявляемым устройством, изменение показателя преломления материала световода приблизительно пропорционально квадрату радиуса. Следовательно, это изменение приведет к возникновению в световоде линзоподобной градиентной среды, то есть изменению оптической силы и соответственно фокусного расстояния оптической системы.
Устройство работает следующим образом: свет, распространяющийся в волоконном кабеле 1, проходит в световод 2, который либо приварен к оптическому кабелю, либо является его частью. В световоде 2 происходит фокусировка света с определенным периодом, определяемым параметрами световода 2. Электромагниты 5, воздействуя на ферромагнитное покрытие 3, осуществляют локальное растяжение материала световода 2 от центра вдоль радиальной координаты, в результате чего показатель преломления наружных слоев уменьшается в большей степени, чем внутренних, а именно пропорционально квадрату радиальной координаты. Таким образом, создается квадратичный профиль показателя преломления, соответствующий градиентной линзоподобной среде. Изменяя ток в электромагнитах 5, меняют силу воздействия на световод 2 и регулируют оптическую силу получающейся градиентной линзы, тем самым меняя ее фокус.
Таким образом, в оптическом блоке заявляемого устройства с изменяемым фокусным расстоянием по сравнению с прототипом отсутствуют линзы, что существенно уменьшает габариты, вес устройства и потери световой энергии. Положительный эффект при этом достигается за счет того, что устраняются потери света из-за френелевских отражений на торце световода и на поверхностях линз оптического блока. Кроме того, вследствие отсутствия механического перемещения линз, время подстройки фокусного расстояния устройства сокращается.