5.2 Оптическое волокно
Типичное оптическое волокно с оболочкой состоит из стеклянной или кварцевой сердцевины, диаметр которой равен 4 – 100 мкм. Сердцевина окружена стеклянной, кварцевой или полимерной оболочкой, показатель преломления у которой немного меньше, чем у сердцевины. Внешний диаметр волокна равен 100 – 200 мкм (стандартное волокно для связи имеет диаметр 125 мкм).
Если луч света, преломившись на границе раздела: воздух - сердцевина на торце волокна, затем попадает на границу сердцевина - оболочка под углом большим критического (рис 5.2.а), происходит полное внутренне отражение. В связи с цилиндрической симметрией волокна полное внутренне отражение этого луча имеет место и на нижней границе сердцевины, луч оказывается таким образом, захваченным сердцевиной. Траектория луча, каналируемого вдоль сердцевины, имеет зигзагообразный характер, полное внутренне отражение происходит в каждой точке излома. Лучи, изображенные на рисунке, всегда пересекают ось волокна, их называют меридиональными.
Кроме меридиональных существуют лучи, которые распространяются внутри сердцевины, не пересекая ось волокна. Такие лучи называют косыми, они распространяются таким образом, что их траектории не лежат в одной плоскости, в отличие от меридиональных лучей (рис.5.2.б). Часть косых лучей постоянно теряет энергию по мере распространения вдоль волокна. Во всех случаях когда длина волокна достаточно велика (километр и более), вклад этой части косых лучей в перенос энергии минимален. В то же время на малых расстояниях измеряемых метрами, косые лучи могут переносить (в зависимости от условий ввода излучения) достаточно большую часть общей мощности.
Рисунок 5.2 – Траектории меридиональных (а) и косых (б) лучей в оптическом волокне
6 Люминофоры
Люминофорами называются вещества, способные излучать свет под действием различного рода возбуждений. По способу возбуждения люминофоры могут быть разделены на следующие классы:
фотолюминофоры - возбуждение происходит ультрафиолетовым или видимым светом;
катодолюминофоры - возбуждение происходит пучком электронов;
электролюминофоры - возбуждение происходит электрическим полем;
рентгенолюминофоры - возбуждение происходит рентгеновскими лучами;
радиолюминофоры - возбуждение происходит корпускулярным излучением естественных или искусственных радиоактивных препаратов.
Люминофоры в настоящее время имеют широкое применение в различных областях техники. Наиболее массовое использование люминофоры находят в люминосцентных лампах - самых экономичных источниках света. Люминофоры используют для изготовления экранов электроннолучевых трубок, применяемых в различных областях техники: осцилоскопических, осцилографических и радиолокационных; для электроннооптических преобразователей - приборы ночного видения, для индикации ядерных излучений. Широко применяются люминофоры для изготовления светящихся красок временного и постоянного действия.
Для изготовления люминофоров используются химические соединения самого различного состава, в частности фосфаты, сульфиды, селениды, силикаты, окислы, германиты, фольфроматы и ряд других.
Появление у неорганических веществ люминосцентных свойств связано с образованием в кристаллической решетке люминисцирующего соединения тех или иных нарушений. Такие нарушения, всегда имеющиеся в реальных кристаллах, в люминофорах создаются искусственно за счет образования в кристаллической решетке дефектных мест (неактивированные или самоактивированные люминофоры), либо чаще всего внедрением в решетку посторонних примесных атомов - активаторов путем диффузии извне. В результате этих процессов в люминофоре создаются центры свечения.
Технология люминофоров относится к разделу тонкого неорганического синтеза и характеризуется следующими особенностями:
использованием веществ высокой степени чистоты;
строгой регламентацией методов получения, в частности процесса формирования люминофоров при высокой температуре;
сравнительно небольшими масштабами производства.
В литературе химический состав люминофоров обозначается формулами типа: MeRּA, где MeR - основа люминофора, А - активатор, например ZnSּCu, ZnSeּCdSe.Ag и другие. Кроме этого обозначения, в литературе встречаются и другие ZnS:Cu или ZnS-Cu. При необходимости указания химического состава люминофоров, в скобках приводится весовое содержание компонентов в процентах, например ZnSe(60)ּCdSe(40)ּAg(0,02) или дается молярный состав 0,3ZnSeּ0,7CdSeּ0,02Ag.