Fiberkoblet laserrefererer til laseren, der bruger glasfiber doteret med sjældne jordarters elementer som forstærkningsmediet.

Der er to hovedmåder for det optiske signal fra laseren at komme ind i fiberen: direkte kobling og linsekobling, og linsekobling er opdelt i enkeltlinsekobling og multilinsekobling. Højere koblingseffektivitet kan opnås ved at bruge linsekobling end direkte kobling. Den største fordel ved dual-linse kobling er, at tolerancen kan spredes, så komponenterne i den optiske vej kan have et større forskydningsrum.

Her er fem praktiske spørgsmål om fiberkobling

1. Hvornår kan NA bruges til nøjagtigt at estimere fibermodtagelsesvinklen?

Den maksimale modtagevinkel for en multimode fiber kan estimeres nøjagtigt af den numeriske apertur (NA), men denne relation er ikke anvendelig for single-mode fiber.Forholdet mellem NA og den maksimale modtagevinkel (θmax) kan beregnes ved geometrisk optik. Se følgende figur for formlen. Hvis det indfaldende lys ses som en stråle, repræsenterer θmax fiberens evne til at opsamle lys uden for aksen: stråler (røde og lyserøde) med en indfaldsvinkel mindre end eller lig med θmax gennemgår total intern refleksion (TIR) ​​ved grænsefladen mellem kerne og beklædning, og er bundet til at forplante sig fremad i kernen. Stråler med en indfaldsvinkel større end θmax (blå) går til sidst tabt på grund af brydning.

Flere indfaldsvinkler og fibertilstand

Stråler med en indfaldsvinkel mindre end eller lig med θmax vil blive koblet til en af ​​multimode-fiberens guidetilstande. Generelt gælder det, at jo mindre indfaldsvinklen er, jo lavere er tilstandsrækkefølgen af ​​exciterede fibre. Det meste af energien er koncentreret i lavordenstilstanden nær midten, og de normalt indfaldende stråler exciterer den lavesteordenstilstand. Det følgende er et diagram over udbredelsen af ​​to multimode optiske fibre.

Single-mode fiber er anderledes

NA beregnet ved ovenstående formel er ikke den maksimale indfaldsvinkel for single-mode fiber, så den kan ikke karakterisere den optiske modtageevne af single-mode fiber. Kun den laveste guidetilstand exciteret af 0-graders indfaldende lys findes i single-mode fiber, og udbredelsesdiagrammet er som følger.

Det er ikke nøjagtigt at estimere divergensvinklen for single-mode fiber output af NA. I dette tilfælde divergerer strålen på grund af diffraktion, og geometrisk optik tager ikke hensyn til denne effekt, så bølgeoptik er nødvendig.

2. Hvorfor er MFD en vigtig parameter for single-mode Fiber Coupled Laser?

Når strålen forplanter sig langs single-mode fiberen, opretholder den en intensitetsprofil tæt på Gauss-formen. Profilens bredde kan karakteriseres ved mode-feltdiameteren (MFD), det vil sige spændvidden, når intensiteten falder til 1/e² af spidsværdien. Tommelfingerregel: MFD'en er omkring 1,15 gange diameteren af ​​fiberkernen.

Jo tættere det indfaldende lys er på det Gaussiske lys, jo højere er koblingseffektiviteten. Hvis det indfaldende lys er Gaussisk, og stråletaljen er lig med fiber-MFD, kan der opnås høj koblingseffektivitet. Ved at erstatte MFD i taljediameteren i den Gaussiske stråleformel kan koblingsparametrene og divergensvinklen for single-mode fiber beregnes nøjagtigt.

Bestem koblingsparametre

Single-mode fiber har kun én guide mode, som kan beskrives af Bessel-funktionen. På grund af den lignende form kan brugen af ​​Gauss-funktionen forenkle fibermønsteret, samtidig med at det giver nøjagtige resultater. Figuren nedenfor viser tilstandsintensitetsprofilen for en single-mode fiber, hvor det indfaldende lys kun kan kobles til guidetilstanden, hvis det matcher det.

Single Mode Fiber Coupled Laser

For at forbedre koblingseffektiviteten af ​​single-mode fiber kræves det, at taljen på den indfaldende gaussiske stråle er placeret ved fiberenden, og intensiteten af ​​taljen og modeintensiteten matcher og falder sammen. Hvis stråletaljediameteren ikke er lig med MFD, stråleintensitetsprofilen ændres eller afviger, eller strålen ikke falder aksialt ind langs fiberen, vil disse forhold reducere koblingseffektiviteten.

3. Kan NA nøjagtigt estimere divergensvinklen for single-mode fiber output?

Der er en stor fejl ved at estimere divergensvinklen for single-mode fiber ved at bruge NA. En mere præcis metode er at bruge Gaussisk stråleudbredelsesteori. Den omtrentlige formel for beregning af fjernfelts divergensvinklen for single-mode fiber er som følger, og resultatet er divergensvinklen eller modtagevinkel i radianer.

Outputtet af single-mode fiber ligner Gaussisk lys, for eksempel har divergensvinklen beregnet af geometrisk optik en stor afvigelse. Divergensvinklen beregnet af geometrisk optik er lig med arcsin(NA), som kun gælder for generel multimode fiber.

Single-mode fiber udsender en gaussisk stråle. Rayleigh-afstanden og stråleradius ved z-punktet beregnes ved henholdsvis følgende to formler.

Derfor kan divergensvinklen for udgangsstrålen fra single-mode fiber simuleres nøjagtigt, som vist i figuren nedenfor. Det er klart, at der er en stor fejl ved beregning af divergensvinklerne ved hjælp af NA i henhold til geometrisk optikteori. I dette eksempel er NA og MFD henholdsvis 0,13 og 6,4 µm. Driftsbølgelængden er 980 nm, og Rayleigh-afstanden er 32,8 µm.

Som det kan ses af figuren, er divergensen af ​​strålen ikke lineær inden for Rayleigh-afstanden, men kan betragtes som tilnærmelsesvis lineær i det fjerne felt. De to vinkler, der er markeret i figuren, er beregnet ud fra hældningen af ​​deres kurver. Hvis ovenstående fjernfelttilnærmelsesformel bruges til at beregne, konverteres resultatet til en vinkel på 5,61 grader med en lille fejl.

4. Hvad er de faktorer, der påvirker koblingseffektiviteten af ​​single-mode fiber?

Koblingseffektiviteten af ​​single-mode fiber kan forbedres ved at justere den indfaldende stråles vinkel, position og intensitetsprofil. Forudsat at fiberendefladen er flad og vinkelret på aksen, kan bjælken nå den højeste koblingseffektivitet, hvis følgende betingelser er opfyldt:

•Gaussisk intensitetsprofil

•Positivt forekomst fra fiberendefladen

•Taljen er placeret for enden af ​​fiberen

• Juster taljens centrum med et kernecenter

•Taljediameteren er lig med fiber MFD

Lyskilder kan begrænse koblingseffektiviteten

Hvis laseren kun udsender den laveste ordens tværgående tilstand, så er outputtet tilnærmelsesvis en gaussisk stråle, som effektivt kan kobles til en single-mode fiber. Koblingseffektiviteten af ​​multi-mode lasere eller bredbåndslyskilder med single-mode fibre er dog meget lav, og det meste af lyset vil blive lækket, selvom det er fokuseret på kerneområdet. Dette skyldes, at kun en del af lyset fra multi-mode-kilden matcher single-mode fiber-guidemønsteret, så multi-mode-kilden kan give højere koblingseffektivitet med multi-mode-fiberen.

5. Er den maksimale modtagevinkel for multi-mode fiber fast?

Problemet afhænger af typen af ​​fiber. For step-index multimode fibre er den maksimale modtagevinkel for hvert punkt på kernen den samme. Imidlertid kan kun kernecentret af den graderede indeks multimode-fiber give den maksimale indfaldsvinkel. Jo længere væk fra midten, jo mindre er den maksimale modtagevinkel og den maksimale modtagevinkel nær beklædningsgrænsefladen har tendens til at 0.

Kontakt information:

Hvis du har nogle ideer, er du velkommen til at tale med os. Uanset hvor vores kunder er, og hvad vores krav er, vil vi følge vores mål om at give vores kunder høj kvalitet, lave priser og den bedste service.