Express method for measuring the refractive index of transparent fibres

Bibliographic Details
Title:	Express method for measuring the refractive index of transparent fibres
Source:	Український метрологічний журнал / Ukrainian Metrological Journal; № 3 (2022); 43-48 Украинский метрологический журнал / Ukrainian Metrological Journal; № 3 (2022); 43-48 Ukrainian Metrological Journal; No. 3 (2022); 43-48
Publisher Information:	National Scientific Centre "Institute of Metrology", 2022.
Publication Year:	2022
Subject Terms:	refractive index, transparent fibre, measurement, focusing, cylindrical lens, показник заломлення, прозоре волокно, вимірювання, фокусування, циліндрична лінза, показатель преломления, прозрачное волокно, измерение, фокусировка, цилиндрическая линза
Description:	An express method for measuring the refractive index, which is one of the main optical parameters of transparent fibres, is suggested. The method uses focusing properties of a cylindrical lens, which such a fibre is. The possibility to accurately measure such characteristics of optical fibres as the shell and core diameters, numerical aperture, refractive index profile, loss, and dispersion is equally important for fibre manufacturers and designers of optical communication systems who should choose the fibre that meets their requirements best. Almost all measurement methods use the refraction of light rays at the interface between the media. To do this, one should make samples of given shape and size, which are individual for each measuring instrument. The suggested method takes into account the fact that when light strikes upon a refractive cylinder (glass rod, fibreglass), the focusing occurs perpendicular to its axis with a focal region where light rays converge. Behind this region, the rays diverge again. The position of the focal region is determined by the refractive index of the cylinder. It can be inside the cylinder, outside it, or on the surface of the cylinder. During the observation of the fibre using a microscope, one can see that the light, which has passed through the fibre, forms a bright band on its backside against a dark background. The bandwidth depends on the refractive index of the fibre. The calculations using the methods of geometric optics were carried out. These methods may be applied over a wide range of fibre diameters. Using strict formulas of diffraction theory, the distribution of radiation energy in the fibre and its vicinity was calculated. A digital analysis of the resulting pattern was carried out. The results of the analysis coincided with the results obtained using the methods of geometric optics. An algorithm for determining the refractive index was worked out. The measurements of the refractive indices of artificial and natural fibres like fibreglass, webs and human hair (blonde-haired person, brown-haired person, grey hair) were provided. Запропоновано експрес-метод вимірювання показника заломлення, який є одним з основних оптичних параметрів речовини, прозорих волокон. Метод використовує фокусуючі властивості циліндричної лінзи, якою є таке волокно. Можливість точно вимірювати характеристики оптичного волокна, такі як діаметри оболонки й серцевини, числову апертуру, профіль показника заломлення, втрати й дисперсію, однаково важлива як для виробників волокна, так і для розробників оптичних систем зв’язку, яким слід обирати волокно, що найбільше відповідає поставленим вимогам. Практично всі методи вимірювань використовують заломлення світлових променів на межі поділу середовищ. Для цього виготовляються зразки заданої форми та розмірів відповідно конкретного вимірювального приладу. Узапропонованому авторами методі використовується той факт, що при падінні світла на заломлюючий циліндр (скляний стрижень, скловолокно) перпендикулярно його осі відбувається фокусування. Утворюється фокальна область, до якої сходяться світлові промені. За цією областю промені знову розходяться. Положення фокальної області визначається показником заломлення циліндра. Вона може знаходитися всередині циліндра, поза ним або на поверхні циліндра. Під час спостереження за волокном під мікроскопом світло, що проходить через волокно, утворює на задньому боці світлу смугу на темному тлі. Ширина лінії залежить від показника заломлення волокна. У цій роботі проведено розрахунки за допомогою методів геометричної оптики. Метод може застосовуватись у великому діапазоні значень діаметрів волокон. За точними формулами теорії дифракції розраховано розподіл енергії випромінювання у волокні та його околиці. Проведено цифровий аналіз отриманої картини. Результати аналізу збіглися з результатами, отриманими на основі геометричної оптики. Розроблено алгоритм визначення показника заломлення. Проведено вимірювання показників заломлення штучних та природних волокон – скловолокна, павутини та волосся людини (блондина, шатена, брюнета, сивини). Предложен экспресс-метод измерения показателя преломления прозрачных волокон. Возможность точно измерять такие характеристики оптического волокна, как диаметры оболочки и сердцевины, числовую апертуру, профиль показателя преломления, потери и дисперсию, одинаково важна как для изготовителей волокна, так и для разработчиков оптических систем связи, которым следует выбирать волокно, максимально отвечающее поставленным требованиям. Практически все методы измерений используют преломление световых лучей на границе раздела сред. В предложенном авторами методе используется тот факт, что при падении света на преломляющий цилиндр (стеклянный стержень, стекловолокно) перпендикулярно его оси происходит фокусировка. Во время наблюдения за волокном под микроскопом свет, проходящий через волокно, образует на его задней стороне светлую полосу на темном фоне. Ширина полосы зависит от показателя преломления волокна. Проведены расчеты с помощью методов геометрической оптики. По строгим формулам теории дифракции рассчитано распределение энергии излучения в волокне и его окрестности. Проведен цифровой анализ получившейся картины. Результаты анализа совпали с результатами, полученными на основе геометрической оптики. Разработан алгоритм определения показателя преломления. Проведены измерения показателей преломления стекловолокна, паутины и волос человека (блондина, шатена, брюнета, седины).
Document Type:	Article
File Description:	application/pdf
Language:	English
ISSN:	2306-7039 2522-1345
Access URL:	http://umj.metrology.kharkov.ua/article/view/269771
Accession Number:	edsair.scientific.p..b9d5f7c949f45df0764a9b3f63c7d4d0
Database:	OpenAIRE

Description
ISSN:	23067039 25221345