Fiberkoblet laserrefererer til laseren som bruker glassfiber dopet med sjeldne jordartselementer som forsterkningsmedium.

Det er to hovedmåter for det optiske signalet fra laseren å komme inn i fiberen: direkte kobling og linsekobling, og linsekobling er delt inn i enkeltlinsekobling og multilinsekobling. Høyere koblingseffektivitet kan oppnås ved å bruke linsekobling enn direkte kobling. Hovedfordelen med dual-linse kobling er at toleransen kan spres slik at komponentene i den optiske banen kan ha større forskyvningsrom.

Her er fem praktiske spørsmål om fiberkobling

1. Når kan NA brukes til å estimere fibermottaksvinkelen nøyaktig?

Den maksimale mottaksvinkelen til en multimodusfiber kan estimeres nøyaktig ved den numeriske blenderåpningen (NA), men denne relasjonen er ikke aktuelt for enkeltmodusfiber.Forholdet mellom NA og maksimal mottaksvinkel (θmax) kan beregnes ved geometrisk optikk. Se følgende figur for formelen. Hvis det innfallende lyset blir sett på som en stråle, representerer θmax fiberens evne til å samle lys utenfor aksen: stråler (røde og rosa) med en innfallsvinkel mindre enn eller lik θmax gjennomgår total intern refleksjon (TIR) ​​ved grensesnittet mellom kjernen og kledningen, og er bundet til å forplante seg fremover i kjernen. Stråler med en innfallsvinkel større enn θmax (blå) går til slutt tapt på grunn av brytning.

Flere innfallsvinkler og fibermodus

Stråler med en innfallsvinkel mindre enn eller lik θmax vil bli koblet til en av guidemodiene til multimodusfiberen. Generelt, jo mindre innfallsvinkelen er, desto lavere er modusrekkefølgen for eksitert fiber. Mesteparten av energien er konsentrert i lavordensmodus nær sentrum, og de normalt innfallende strålene begeistrer lavesteordensmodusen. Følgende er et diagram over forplantningen av to multimodus optiske fibre.

Single-mode fiber er annerledes

NA beregnet ved formelen ovenfor er ikke den maksimale forekomstvinkelen for enkeltmodusfiber, så den kan ikke karakterisere den optiske mottaksevnen til enkeltmodusfiber. Bare den laveste guidemodusen eksitert av 0-graders innfallende lys finnes i enkeltmodusfiber, og forplantningsdiagrammet er som følger.

Det er ikke nøyaktig å estimere divergensvinkelen til enkeltmodusfiberutgang med NA. I dette tilfellet divergerer strålen på grunn av diffraksjon, og geometrisk optikk vurderer ikke denne effekten, så bølgeoptikk er nødvendig.

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

Når strålen forplanter seg langs enkeltmodusfiberen, opprettholder den en intensitetsprofil nær den gaussiske formen. Profilens bredde kan karakteriseres av modusfeltdiameteren (MFD), det vil si spennvidden når intensiteten faller til 1/e² av toppverdien. Tommelfingerregel: MFD er omtrent 1,15 ganger diameteren til fiberkjernen.

Jo nærmere det innfallende lyset er det gaussiske lyset, desto høyere er koblingseffektiviteten. Hvis det innfallende lyset er gaussisk og strålemidjen er lik fiber-MFD, kan høy koblingseffektivitet oppnås. Ved å erstatte MFD i midjediameteren i den Gaussiske stråleformelen, kan koblingsparametrene og divergensvinkelen til enkeltmodusfiber beregnes nøyaktig.

Bestem koblingsparametere

Enkeltmodusfiber har kun én guidemodus, som kan beskrives av Bessel-funksjonen. På grunn av den lignende formen kan bruken av Gauss-funksjonen forenkle fibermønsteret samtidig som det gir nøyaktige resultater. Figuren nedenfor viser modusintensitetsprofilen til en enkeltmodusfiber, der det innfallende lyset bare kan kobles til guidemodus hvis det samsvarer med det.

Single Mode Fiber Coupled Laser

For å forbedre koblingseffektiviteten til enkeltmodusfiber, kreves det at midjen til den innfallende gaussiske strålen er plassert ved fiberenden, og intensiteten til midjen og modusintensiteten samsvarer med og sammenfaller. Hvis strålemidjediameteren ikke er lik MFD, stråleintensitetsprofilen endres eller avviker, eller strålen ikke faller inn aksialt langs fiberen, vil disse forholdene redusere koblingseffektiviteten.

3. Kan NA nøyaktig estimere divergensvinkelen til enkeltmodus fiberutgang?

Det er en stor feil ved å estimere divergensvinkelen til enkeltmodusfiber ved å bruke NA. En mer nøyaktig metode er å bruke Gaussisk stråleutbredelsesteori. Den omtrentlige formelen for å beregne fjernfeltsdivergensvinkelen til enkeltmodusfiber er som følger, og resultatet er divergensvinkelen eller mottaksvinkelen i radianer.

Utgangen av enkeltmodusfiber er lik Gaussisk lys, for eksempel har divergensvinkelen beregnet av geometrisk optikk et stort avvik. Divergensvinkelen beregnet av geometrisk optikk er lik arcsin(NA), som kun gjelder generell multimodusfiber.

Enkeltmodusfiberen sender ut en gaussisk stråle. Rayleigh-avstanden og stråleradiusen ved z-punktet beregnes med henholdsvis følgende to formler.

Derfor kan divergensvinkelen til utgangsstrålen til enkeltmodusfiber simuleres nøyaktig, som vist i figuren nedenfor. Det er åpenbart en stor feil ved å beregne divergensvinklene ved å bruke NA i henhold til geometrisk optikkteori. I dette eksemplet er NA og MFD henholdsvis 0.13 og 6.4 µm. Driftsbølgelengden er 980 nm og Rayleigh-avstanden er 32,8 µm.

Som det fremgår av figuren, er divergensen til strålen ikke lineær innenfor Rayleigh-avstanden, men kan betraktes som tilnærmet lineær i det fjerne feltet. De to vinklene som er markert i figuren, beregnes ut fra stigningen til kurvene deres. Hvis tilnærmingsformelen ovenfor brukes til å beregne, konverteres resultatet til en vinkel på 5,61 grader, med en liten feil.

4. Hva er faktorene som påvirker koblingseffektiviteten til enkeltmodusfiber?

Koblingseffektiviteten til enkeltmodusfiber kan forbedres ved å justere vinkelen, posisjonen og intensitetsprofilen til den innfallende strålen. Forutsatt at fiberendeflaten er flat og vinkelrett på aksen, kan bjelken nå den høyeste koblingseffektiviteten hvis følgende betingelser er oppfylt:

•Gaussisk intensitetsprofil

•Positiv forekomst fra fiberendeflaten

•Mijen er plassert i enden av fiberen

• Juster midjesenteret med et kjernesenter

• Midjediameteren er lik fiber MFD

Lyskilder kan begrense koblingseffektiviteten

Hvis laseren bare sender ut den laveste ordens tverrmodus, er utgangen tilnærmet en gaussisk stråle, som effektivt kan kobles til en enkeltmodusfiber. Koblingseffektiviteten til multimoduslasere eller bredbåndslyskilder med enkeltmodusfibre er imidlertid svært lav, og det meste av lyset vil lekke selv om det er fokusert på kjerneområdet. Dette er fordi bare en del av lyset til multimoduskilden samsvarer med enkeltmodus fiberguidemønsteret, slik at multimoduskilden kan gi høyere koblingseffektivitet med multimodusfiberen.

5. Er den maksimale mottaksvinkelen for flermodusfiber fast?

Problemet avhenger av typen fiber. For trinnindeks multimodusfibre er den maksimale mottaksvinkelen for hvert punkt på kjernen den samme. Imidlertid kan bare kjernesenteret til den graderte indeksen multimode-fiberen gi maksimal innfallsvinkel. Jo lenger unna midten, jo mindre er den maksimale mottaksvinkelen og den maksimale mottaksvinkelen nær kledningsgrensesnittet har en tendens til å 0.

Kontaktinformasjon:

Hvis du har noen ideer, snakk gjerne med oss. Uansett hvor kundene våre er og hvilke krav vi har, vil vi følge vårt mål om å gi våre kunder høy kvalitet, lave priser og den beste servicen.