Лазер с оптично влакносе отнася за лазер, използващ стъклени влакна, легирани с редкоземни елементи като усилваща среда.

Има два основни начина за навлизане на оптичния сигнал от лазера във влакното: директно свързване и свързване на лещи, а свързването на лещи се разделя на свързване с една леща и свързване с множество лещи. По-висока ефективност на свързване може да се постигне чрез използване на свързване на лещи, отколкото директно свързване. Основното предимство на свързването с двойна леща е, че толерансът може да бъде разпръснат, така че компонентите в оптичния път да имат по-голямо пространство за изместване.

Ето пет практически въпроса относно свързването на влакна

1. Кога NA може да се използва за точна оценка на ъгъла на приемане на влакното?

Максималният ъгъл на приемане на многомодово влакно може да бъде оценен точно чрез цифровата апертура (NA), но тази връзка не е приложима за едномодово влакно.Връзката между NA и максималния ъгъл на приемане (θmax) може да се изчисли чрез геометрична оптика. Вижте следната фигура за формулата. Ако падащата светлина се разглежда като лъч, θmax представлява способността на влакното да събира светлина извън оста: лъчите (червени и розови) с ъгъл на падане, по-малък или равен на θmax, претърпяват пълно вътрешно отражение (TIR) ​​на интерфейса между сърцевината и обвивката и са длъжни да се разпространяват напред в сърцевината. Лъчи с ъгъл на падане, по-голям от θmax (синьо), в крайна сметка се губят поради пречупване.

Множество ъгли на падане и режим на влакно

Лъчи с ъгъл на падане, по-малък или равен на θmax, ще бъдат свързани към един от водещите режими на многомодовото влакно. Като цяло, колкото по-малък е ъгълът на падане, толкова по-нисък е редът на модата на възбуденото влакно. По-голямата част от енергията е концентрирана в режим от нисък ред близо до центъра, а нормално падащите лъчи възбуждат режима от най-нисък порядък. Следва диаграма на разпространението на две многомодови оптични влакна.

Едномодовото влакно е различно

NA, изчислен по горната формула, не е максималния ъгъл на падане на едномодовото влакно, така че не може да характеризира способността за оптично приемане на едномодовото влакно. В едномодовото влакно съществува само най-ниският водещ мод, възбуден от падаща светлина 0-градус, и диаграмата на разпространение е както следва.

Не е точно да се оцени ъгълът на отклонение на изхода на едномодовото влакно чрез NA. В този случай лъчът се отклонява поради дифракция и геометричната оптика не отчита този ефект, така че е необходима вълнова оптика.

2. Защо MFD е важен параметър за едномодов влакнесто-свързан лазер?

Когато лъчът се разпространява по едномодовото влакно, той поддържа профил на интензитет, близък до формата на Гаус. Ширината на профила може да се характеризира с диаметъра на модовото поле (MFD), тоест ширината на обхвата, когато интензитетът спадне до 1/e² от пиковата стойност. Основно правило: MFD е около 1,15 пъти диаметъра на сърцевината на влакното.

Колкото по-близо е падащата светлина до светлината на Гаус, толкова по-висока е ефективността на свързване. Ако падащата светлина е гаусова и талията на лъча е равна на MFD на влакното, може да се постигне висока ефективност на свързване. Чрез заместване на MFD в диаметъра на талията във формулата на Гаусовия лъч, параметрите на свързване и ъгълът на отклонение на едномодовото влакно могат да бъдат изчислени точно.

Определете параметрите на свързване

Едномодовото влакно има само един водещ режим, който може да бъде описан от функцията на Бесел. Поради сходната форма, използването на функцията на Гаус може да опрости модела на влакното, като същевременно осигурява точни резултати. Фигурата по-долу показва профила на интензитета на режима на едномодово влакно, при което падащата светлина може да бъде свързана към направляващия режим само ако съвпада с него.

Едномодов лазер с оптична връзка

За да се подобри ефективността на свързване на едномодовото влакно, се изисква талията на падащия гаусов лъч да е разположена в края на влакното, а интензитетът на талията и интензитетът на мода съвпадат и съвпадат. Ако диаметърът на талията на лъча не е равен на MFD, профилът на интензитета на лъча се променя или отклонява или лъчът не пада аксиално по протежение на влакното, тези условия ще намалят ефективността на свързване.

3. Може ли NA да оцени точно ъгъла на отклонение на изхода на едномодовото влакно?

Има голяма грешка при оценяването на ъгъла на отклонение на едномодовото влакно чрез използване на NA. По-точен метод е да се използва теорията за разпространение на лъча на Гаус. Приблизителната формула за изчисляване на ъгъла на отклонение в далечното поле на едномодовото влакно е както следва, а резултатът е ъгълът на отклонение или ъгълът на приемане в радиани.

Изходът на едномодовото влакно е подобен на светлината на Гаус, например ъгълът на отклонение, изчислен чрез геометрична оптика, има голямо отклонение. Ъгълът на отклонение, изчислен чрез геометрична оптика, е равен на arcsin(NA), което е приложимо само за общи многомодови влакна.

Едномодовото влакно извежда гаусов лъч. Разстоянието на Релей и радиусът на лъча в точка z се изчисляват съответно по следните две формули.

Следователно ъгълът на отклонение на изходния лъч на едномодовото влакно може да бъде точно симулиран, както е показано на фигурата по-долу. Очевидно има голяма грешка при изчисляването на ъглите на дивергенция с помощта на NA според теорията на геометричната оптика. В този пример NA и MFD са съответно 0.13 и 6.4 µm. Работната дължина на вълната е 980 nm, а разстоянието на Rayleigh е 32,8 µm.

Както може да се види от фигурата, дивергенцията на лъча не е линейна в рамките на разстоянието на Rayleigh, но може да се разглежда като приблизително линейна в далечното поле. Двата ъгъла, отбелязани на фигурата, се изчисляват от наклона на техните криви. Ако горната формула за приближение на далечно поле се използва за изчисляване, резултатът се преобразува в ъгъл от 5,61 градуса с малка грешка.

4. Какви са факторите, които влияят на ефективността на свързване на едномодовото влакно?

Ефективността на свързване на едномодовото влакно може да бъде подобрена чрез регулиране на ъгъла, позицията и профила на интензитета на падащия лъч. Ако приемем, че краят на влакното е плосък и перпендикулярен на оста, лъчът може да достигне най-високата ефективност на свързване, ако са изпълнени следните условия:

•Профил на интензитета на Гаус

•Положителна честота от края на влакното

•Талията се намира в края на влакното

• Подравнете центъра на талията с основния център

• Диаметърът на талията е равен на MFD на влакното

Източниците на светлина могат да ограничат ефективността на свързване

Ако лазерът излъчва само напречен мод от най-нисък порядък, тогава изходът е приблизително гаусов лъч, който може да бъде ефективно свързан в едномодово влакно. Въпреки това, ефективността на свързване на многомодовите лазери или широколентовите светлинни източници с едномодови влакна е много ниска и по-голямата част от светлината ще изтече, дори ако е фокусирана върху сърцевината. Това е така, защото само част от светлината на многомодовия източник съвпада с водещия модел на едномодовото влакно, така че многомодовият източник може да осигури по-висока ефективност на свързване с многомодовото влакно.

5. Максималният ъгъл на приемане на многомодовото влакно фиксиран ли е?

Проблемът зависи от вида на влакното. За многомодови влакна със степенен индекс максималният ъгъл на приемане на всяка точка от сърцевината е един и същ. Въпреки това, само центърът на сърцевината на многомодовото влакно с градуиран индекс може да осигури максималния ъгъл на падане. Колкото по-далеч от центъра, толкова по-малък е максималният ъгъл на приемане и максималният ъгъл на приемане близо до интерфейса на облицовката клони към 0.

Информация за връзка:

Ако имате някакви идеи, не се колебайте да говорите с нас. Без значение къде са нашите клиенти и какви са нашите изисквания, ние ще следваме нашата цел да предоставим на нашите клиенти високо качество, ниски цени и най-доброто обслужване.