Из истории развития полых световодов

Идея создания и использования полых световодов, позволяющих отдалить источник излучения (часто имеющий недопустимо высокую температуру, яркость, нерациональное светораспределение и пожаровзрывои электроопасность) от освещаемого объекта, имеет более чем столетнюю историю. В последней четверти XIX века, особенно в начале 1880-х годов, исследователи в России и США рассматривали в теоретическом плане, а некоторые реализовали на практике идею транспортирования светового потока от мощных электрических дуг по зеркализованным изнутри металлическим трубам.

Такой подъем работ в этом направлении практически одновременно в разных странах показал, насколько назрела задача транспортирования и перераспределения в пространстве световых потоков от единственных в то время источников — мощных электрических дуг.

Однако пути технического прогресса после создания ламп накаливания и распределительных электрических сетей пошли по другому направлению, и полые световоды как средство транспортирования излучения на большие расстояния от источников были забыты на долгие годы. Краткая история изобретений в этой сфере представлена ниже.

1874 Известный изобретатель В.Н. Чиколев на Охтинском пороховом заводе под Санкт-Петербургом оборудовал осветительную установку (рис. 1) с полыми торцевыми световодами в виде зеркализованных изнутри труб, по которым во взрывоопасные помещения передавался свет от электрической дуги, установленной вне здания на специальной вышке. 1878 В США Нил и Лэйк получили патенты на свои устройства. М.Т. Нил предложил не только способы транспортирования, деления и перераспределения светового потока источников света с помощью зеркал, линз и светорассеивающих элементов, но и высказал мысль об использовании выделяемого мощными лампами тепла.

В.Р. Лэйк предлагал использовать свое устройство для освещения шахт, подземных многоярусных туннелей и многоэтажных зданий. В его патенте речь шла о формировании параллельных пучков света от оптической системы с мощным источником с введением света в торцы труб при полной взрывои пожаробезопасности устройства.

1879 Молера и Кебриан опубликовали свои идеи в калифорнийском научно-техническом журнале и описали осветительную установку многоэтажного конторского здания, освещаемого с помощью мощной дуги (со стоящими под углом электродами) и несколькими линзами Френеля, направляющими в трубы световодов весь свет, генерируемый дугой (рис. 2).

1881 Сложное комбинированное осветительное устройство В.Виллера решало проблемы максимально полного использования светового потока источника (направляя его в одну или две стороны и транспортируя по трубам торцевых световодов, разбивая поток на много частей) при помощи излучателей с применением сферических и эллиптических зеркал, конденсорных линз, призм, светорассеивающих элементов.

1965 Г.Б. Бухман (г. Киев, СССР) развил идею полых световодов как средства не только транспортирования света, но и его использования для освещения по всей длине полого световода: свет от мощного источника вводился в торец зеркализованной изнутри трубы, а выходил равномерно по всей длине трубы через часть ее боковой поверхности, не покрытой зеркально отражающим слоем (рис. 3). В последующем такие световоды получили название щелевых световодов, а боковая поверхность, через которую свет выходит в освещаемое пространство, — оптической щели. Бухман впервые разработал методы расчета щелевых световодов.

1975 Ю.Б. Айзенберг и Г.Б. Бухман (СССР) патентуют два фундаментальных для развития полых световодов изобретения новых систем, позволяющих транспортировать с помощью щелевых световодов как солнечный свет, так и свет искусственных источников, а также использовать тепловую энергию, выделяемую мощными лампами (рис. 4). Протяженные полые световоды было предложено изготавливать из тонкой и прочной пленки из специальной пластмассы.

1978 Ю.Б. Айзенберг, Г.Б. Бухман и В.М. Пятигорский предложили, запатентовали и реализовали на практике принципиально отличающуюся конструкцию плоских протяженных световодов клинообразной формы, позволяющих создавать большие светящие поверхности (рис. 5(в, д)).

1980 Начало серийного выпуска осветительных устройств с полыми световодами производственным объединением “Ватра” (г. Тернополь, Украина) и Московским опытным светотехническим заводом.

А.А. Коробко, О.Г. Кущ впервые сформулировали теоретические методы компьютерных расчетов щелевых световодов и осветительных установок с ними. Разработаны и внедрены в производство новые специальные материалы (полиэтилентерефталатные пленки) и источники света с пускорегулирующей аппаратурой (металлогалогенные зеркальные лампы), принципы конструирования систем с протяженными полыми световодами и приборы для их фотометрирования, а также специальное технологическое оборудование для их серийного производства.

1981 Изобретение Л.Уайтхедом (Университет Британской Колумбии, Ванкувер, Канада) призматических световодов, в которых использовался эффект полного внутреннего отражения света в продольных по отношению к оси световода призмах с углами 90° при вершинах. Призматические световоды, отличаясь малыми потерями и высокой равномерностью светимости по длине, обеспечивали высокоэффективное транспортирование света от вводного до выходного торца световода (рис. 7).

1985 Создание Р.Аппельдорном и С.Коббом (фирма 3М, США) технологии изготовления рулонной призматической пленки марки SOLF (Scotch Optical Light Film) толщиной 0,5 мм на одном из предприятий фирмы 3М. Этот технологический процесс получил название микрорепликация и сыграл больую роль в дальнейшем развитии полых световодов. Фирма TIR Systems, созданная Л. Уайтхедом и Р. Нодвелом в Ванкувере (Канада), приступила к производству призматических полых световодов (с использованием SOLF).

1994 Организация Технического Комитета ТК 3.30 “Полые световоды” в Международной Комиссии по Освещению (первоначально работавшего — с 1992 г. — в качестве репортерской группы R 3.07).

Результаты всех исследований и открытий российских и украинских ученых в свое время были опубликованы более чем в 70 статьях и 20 патентах США, Германии, Японии, Великобритании, Франции, Италии и других стран, доложены на конгрессах МКО в Лондоне (1975), Венеции (1987), Мельбурне (1991), Дели (1999), Сан-Диего (2003) и на конференциях Lux Europa (1997), Lux Pacifica (1998), Licht (1998), а также на общеамериканских конференциях в Балтиморе (1990) и Сиэтле (1998). Специальный выпуск журнала “Светотехника” (1981, № 11) был посвящен комплексу выполненных работ по световодам. В обобщении накопленного опыта, систематизации материала (терминологии, классификации, библиографии) и популяризации этого нового направления светотехники сыграла большую роль организация в 1994 году — по нашей инициативе, поддержанной фирмами 3М и TIR Systems, — специального Технического Комитета ТК 3.30 “Полые световоды” в Международной Комиссии по Освещению. 18 экспертов из 12 стран провели заседания в Нойссе (Германия), Стокгольме (1994), Вашингтоне (1995), Трондхайме (1997), Нагое (1998) и Ванкувере (1999) и подготовили проект публикации МКО по полым световодам и их применению.