Рассмотренные световоды имеют постоянное по всей длине сечение. Они
передают изображение предмета или светового сигнала без изменения формы
и масштаба. Вполне очевидно, что, изменив сечение световода, можно
преобразовать выходной поток. На этом принципе работают волоконные
преобразователи. Простейший из них - фокон - представляет собой световод
с уменьшающимся по оси диаметром (рис. 28, а). Благодаря такой форме
фокон концентрирует световой поток в меньшем объеме и, что особенно
важно, равномерно распределяет энергию по всему выходному торцу. В свою
очередь, расширяющийся фокон увеличивает диаметр потока, одновременно
уменьшая его расходимость. Фокон с регулярной укладкой волокон подобно
линзе уменьшает или увеличивает изображение.
Рис. 28. Волоконные преобразователи:
а - фокон: 0 - связка фоконов; в - световод типа <паук>; г -
преобразователь потока с круглым сечением в кольцевой; д - то же, в
прямоугольный; е - то же, в виде букв (цифр): ж - то же, в спираль; з -
то же, в многострочный прямоугольник
Рис. 29. Схема градана (селфока)
Наряду с изменением масштаба световоды могут преобразовывать и форму
светового потока. Например, поток с круглым сечением преобразуют в
квадратный, прямоугольный, кольцевой и даже более сложной формы - в виде
букв или цифр (рис. 28, д, е, г). Можно преобразовывать световую строку
в спираль или многострочный прямоугольник (рис. 28, ж, з). Очень
удобными оказались световоды, разводящие свет по нескольким каналам, с
их помощью удалось создать много компактных и легких конструкций. Такие
световоды изготовляют в виде связки фоконов (рис. 28, б) либо в виде
гибкого жгута, по форме напоминающего паука (рис. 28, в).
С помощью световодов преобразуют также изображение предметов, не нарушая
при этом целостности картин, например, изменяют размер изображения
только в одном направлении. Если попытаться с их помощью прочитать
текст, то буквы будут казаться более узкими или более широкими, чем в
оригинале. В классической оптике эти функции выполняет цилиндрическая
линза. Это далеко не единственный пример волоконных трансформаторов. С
помощью фокона с регулярной укладкой, например, можно исправлять
кривизну поверхности изображения. Для этого необходимо, чтобы один торец
фокона полностью повторял форму плоскости изображения, а другой был
плоский. Такие фоконные линзы в последнее время стали широко применять с
широкоугольными объективами.
Напомним, что в традиционных волоконных световодах показатель
преломления изменяется на границе сердцевина - оболочка скачком,
ступенчато. В связи с этим лучи в них распространяются по ломаной линии
(рис. 27). В последние годы появился совершенно новый тип волоконных
световодов, именуемый граданами или селфоками (рис. 29). Чем интересны
граданы? Как правило, это одножильные световоды, без оболочек, с
неодинаковым по сечению показателем преломления. Показатель преломления
градана меняется плавно от оси к периферии, поэтому траектория луча
криволинейна и не имеет изломов. Если в обычных световодах каждое
волокно передает лишь один элемент изображения, то градан воссоздает
изображение всего предмета. Причем изгиб волокна практически не
сказывается на качестве изображения. Граданы называют <гибкими линзами>
из-за их удивительного свойства самофокусировки. В зависимости от закона
изменения показателя преломления они собирают или, наоборот, рассеивают
световые лучи. Варьируя длину градана, можно менять его фокусное
расстояние. С помощью градана можно получать изображение увеличенное или
уменьшенное, действительное или мнимое, прямое или перевернутое. Однако
граданы, как и все световоды, не способны самостоятельно передавать
изображение удаленного предмета. Изображение проектируют на его входной
торец, а градан передает его на свой выход.
Итак, рассмотренные основные виды световодов имеют необычные и
практически полезные свойства. Однако не следует думать, что световоды
могут вытеснить классическую оптику. При всех неоспоримых достоинствах
волоконные световоды уступают оптическим системам в качестве
изображения. Особенности волоконной оптики не позволяют передавать
изображение мелких деталей. Обломанные или частично прозрачные жилы
приводят к потере элементов изображения. Волоконные световоды в отличие
от элементов классической оптики не способны самостоятельно передавать
изображение удаленных предметов. Исключение составляет фоконный
объектив, но и он передает изображение удтолько на свой выходной торец.
Самофокусирующиеся световоды, граданы, также не формируют изображение, а
передают то, что спроектировано на входной торец. И тем не менее
существует ряд областей науки и техники, где волоконная оптика является
незаменимой.
