首页  技术文章  玻璃光纤在照明方面的应用

玻璃光纤在照明方面的应用

发布时间:2020-09-09 09:13:43 浏览量:33


摘要:利用光纤的传光功能,将光纤与可见光源或者激光光源相结合,可以实现照明、装饰以及光信号与高功率能量的传输与控制,这

是光纤应用的一个重要分支领域,而且随着建筑业新型照明装饰等潜在的巨大需求被开发,光纤在照明装饰、能量信号传输与控制这一

领域将实现快速增长趋势。


一、玻璃光纤在照明方面的应用

玻璃光纤是由高折射率的光学玻璃作为纤芯,低折射率玻璃作为包层,采用双坩埚法或棒管法拉制而成的阶跃式多模光纤。玻璃光纤的

优点有以下几点:(1)玻璃光纤的数值孔径较大、接受角一般>70°,与光源的耦合效率高;(2)玻璃光纤低衰减损耗,在

380~1300 nm 的光谱范围内具有较高的传输效率,其衰减一般微300~600 dB/km;(3)玻璃光纤的柔软性好,可自由弯曲,光纤

强度>150 kg/mm2。在照明领域方面,可以将玻璃光纤制备成光纤束,我们称其为传光束,传光束是由光纤无规则随机排列而成,

因此,这种光纤束只能传光不能传像。


根据不同的应用场景,可以将光纤束两端的制备成各种形状,也可以将光纤支撑刚性的导光棒。


二、玻璃光纤传光束

传光束一般是由多根玻璃光纤排列组合而成,传光束的两端用光学胶水粘合,外面加装保护结构。传光束的透过率一般每米>50%,其耐温性取决于胶粘剂和护套的材料,耐温范围一般为-40℃-250℃,最小弯曲半径30 D。在日常的生产生活中比较常见的光纤束种类有一下几种:

(1)常规传光束。常规传光束的输入输出端均为圆形光束,又称一进一出“单一光导”,它与冷光源相结合适合观察空间狭小、有障

碍等困难条件下的照明。如用于医疗观察仪器的照明,最具代表性的是采用柔性传像束与导光束的各种医用内窥镜(胃镜、腹腔镜、肛

肠镜等)。采用光纤照明的优点时,光源外置患者体外,并聚焦于导光束的输入端,热量可以采取隔热片或介质膜反射器从光纤束中排

除,从而保证患者体内不受光源灼伤。此外,这种方式照明所获得的照度比传统照明系统高的多,显著提高了体内检查诊断与手术效

果。


图1.常规传光束在医疗领域的应用


(2)分支光导结构。传光束可以分为一系列的输入与输出分支光导,即将传光束的单端结构变为多端结构,最终输出端各个分支光输

出的面积和为输入面积的总和。这种分支光导最简单的结构即为一进二出的Y型光纤,广泛用于多种光纤传感器中;此外,还有使用于

各种不同应用需要的一进多出或多进多出等各种形式分支光导结构。分支光导结构应用的典型例子如汽车飞机中的多个仪表盘可以利用

分支光导实现多点的弱光照明。

 

图2.分支光导光纤束


(3)变形传光束。变形传光束即输出截面相对于输入截面形状变换的传光束,对其设计的唯一要求是,输出端面与输入端面光束的截

面积相等。这种变形传光束通常是作为两个不同形状光学系统之间转换的接口件,或者是根据系统对照明器件结构的特殊要求,一般多

是从圆形转换为其他形状,这种变形传光束,由于其输出端面的形状面积与照明的面积相匹配,因而将提高光能的传输照明效率,并将

紧凑照明结构。


图3.变形光束输出端面结构示意图 


结语:光纤照明具有发光点小型化、重量轻等特点,并且可以做到无紫外线、红外线光,在一些特殊领域有着广泛的应用前景。此外,

光纤照明系统在工作时不会产生电火花以及电击危险,因此可以被应用于化工、石油、天然气平台等有火灾、爆炸危险或潮湿多水的特

殊场所。


能实现上述功能的材料有:玻璃光纤、石英光纤、液芯光纤和塑料光纤。不同的材料由于其性能的差异,各有其合适的应用领域与场

合。其应用的领域主要有:仪器、设备、兵器装备与汽车内部仪表盘照明,室内绿色照明,大功率激光传输治疗以及电力系统等工业用

光信号传输与控制。