光纤光锥光学特性研究与测试

第１章绪论

１．１光纤光锥光学特性研究的背景及意义

１．１．１光纤光锥简介

光纤光锥是由成千上万根光学纤维经规则排列、加热、加压融合、扭转、拉锥等一系列工艺制成，其中每一根纤维由高折射率的芯玻璃和低折射率的包皮玻璃构成，入射光依据全反射原理从每根纤维的一端传向另一端。光纤传像元件包括光纤面板、光纤倒像器、光纤光锥。光纤光锥是光纤面板的一种特殊形式。

图１．ｉ光纤面板图１．２光纤光锥

光纤面板如图１．１所示，由数千万根直径为５～６ｌＪｍ的光导纤维规则排列后，加温、加压熔合而成。它在光学上具有零厚度，有很高的集光能力和分辨率，可无失真地传递高清晰度图像，是性能优越的光电成像和图像传输器件。主要用于微光像增强器的输入窗或输出窗和ＣＲＴ象管的显示屏，对改善器件的像质起着无法替代的作用““２Ｍ“¨”。

光纤光锥如图１．２所示，是另一种形式的光纤面板，也是由直径为５～６ｐｍ的光导纤维规则排列，每根纤维均匀拉伸成锥型的图像传输器件。目前世界上最大的商用光纤光锥直径能达２００ｒａｍ删。

光纤光锥具有将图像放大和缩小特定倍数的作用，可以获得短的物像距。理论上，光锥的大端和小端的直径之比可以达到４０：１，但由于制造过程中技术的限制，实际的光纤光锥的大端和小端直径比的范围为２：１到１０：１”１。

１．１．２光纤光锥应用

目前光纤光锥的主要用途是将图像从像增强器耦合到ＣＣＤ（电荷耦合器件）上或作为图像放大缩小器件。

１）光纤光锥与ＣＣＤ的耦合

ＩＣＣＤ图像传感器已经广泛的应用于微光夜视、目标识别及探测、激光制导、机器人视觉以及高分辨率ｘ射线医学成像等领域。利用光学中继元件，将微光管光纤面板荧光屏输出的图像耦合到ＣＣＤ的光敏面上，如图１．３所示，实现微光摄像和高分辨率成像。在设计或采用光学中继元件时，必须考虑尽可能的收集从增强器输出的光子能量，并且能够以最小的像差投影到ＣＣＤ的光敏面上。像增强器和ＣＣＤ耦合的最常用的方法就是利用成像物镜或者是采用光锥作为中继元件吲。图１．４是一个光学中继器与ＣＣＤ耦合的示意图，荧光屏发出的光分布于１８０。半个空间，可以看作是一个朗伯源，利用物镜作为中继元件只能传输其小部分的光子能量。如图１．４（ａ），透镜与ＣＣＤ耦合的效率仅为５％，而高质量光锥与ＣＣＤ耦合时的耦合效率能达到７０％Ｃ９１。

图１．３光纤光锥与ＣＣＤ耦台实物图