Fiber Coupled Laserodnosi se na laser koji koristi staklena vlakna dopirana elementima retkih zemalja kao medij za pojačanje.

Postoje dva glavna načina da optički signal iz lasera uđe u vlakno: direktno spajanje i spajanje sočiva, a spajanje sočiva je podijeljeno na spajanje sa jednim sočivom i spajanje sa više sočiva. Veća efikasnost spajanja može se postići korištenjem spajanja sočiva nego direktnog spajanja. Glavna prednost spajanja sa dvostrukom sočivom je da se tolerancija može dispergovati tako da komponente na optičkoj putanji mogu imati veći prostor pomaka.

Evo pet praktičnih pitanja o spajanju vlakana

1. Kada se NA može koristiti za tačnu procjenu ugla prijema vlakana?

Maksimalni ugao prijema multimodnog vlakna može se precizno procijeniti pomoću numeričke aperture (NA), ali ovaj odnos nije primjenjiv na jednomodno vlakno.Odnos između NA i maksimalnog ugla prijema (θmax) može se izračunati geometrijskom optikom. Pogledajte sljedeću sliku za formulu. Ako se upadno svjetlo posmatra kao zrak, θmax predstavlja sposobnost vlakna da prikuplja svjetlost izvan ose: zraci (crveni i ružičasti) sa upadnim uglom manjim ili jednakim θmax prolaze kroz totalnu unutrašnju refleksiju (TIR) ​​na međusklopu između jezgre i omotača, i dužni su da se šire naprijed u jezgru. Zrake sa upadnim uglom većim od θmax (plave) se na kraju gube zbog refrakcije.

Višestruki upadni uglovi i način rada vlakana

Zraci sa upadnim uglom manjim od ili jednakim θmax biće spojeni na jedan od vodećih modova višemodnog vlakna. Generalno, što je manji upadni ugao, to je niži red modova pobuđenog vlakna. Većina energije je koncentrisana u modu nižeg reda blizu centra, a normalno upadne zrake pobuđuju mod najnižeg reda. Slijedi dijagram propagacije dva multimodna optička vlakna.

Jednomodno vlakno je drugačije

NA izračunat prema gornjoj formuli nije maksimalni upadni kut jednomodnog vlakna, tako da ne može okarakterizirati sposobnost optičkog prijema jednomodnog vlakna. U jednomodnom vlaknu postoji samo najniži vodeći način pobuđen 0-stepenom upadnom svjetlošću, a dijagram propagacije je sljedeći.

Nije tačno procijeniti ugao divergencije jednomodnog izlaznog vlakna prema NA. U ovom slučaju, snop se divergira zbog difrakcije, a geometrijska optika ne uzima u obzir ovaj efekat, pa je potrebna valna optika.

2. Zašto je MFD važan parametar za single-mod Fiber Coupled Laser?

Kada se snop širi duž jednomodnog vlakna, on održava profil intenziteta blizu Gaussovog oblika. Širina profila se može okarakterisati prečnikom polja moda (MFD), odnosno širinom raspona kada intenzitet padne na 1/e² vršne vrednosti. Opće pravilo: MFD je oko 1,15 puta veći od prečnika jezgre vlakna.

Što je upadno svjetlo bliže Gausovoj svjetlosti, to je veća efikasnost spajanja. Ako je upadno svjetlo Gaussovo, a struk zraka jednak MFD vlaknima, može se postići visoka efikasnost spajanja. Zamjenom MFD-a u prečnik struka u formuli Gaussovog snopa, parametri spajanja i ugao divergencije jednomodnog vlakna mogu se precizno izračunati.

Odredite parametre spajanja

Jednomodno vlakno ima samo jedan vodeći način, koji se može opisati Beselovom funkcijom. Zbog sličnog oblika, upotreba Gaussove funkcije može pojednostaviti uzorak vlakana uz pružanje preciznih rezultata. Slika ispod prikazuje profil intenziteta moda jednomodnog vlakna, u kojem se upadno svjetlo može spojiti u vodeći način samo ako mu odgovara.

Single Mode Fiber Coupled Laser

Da bi se poboljšala efikasnost spajanja jednomodnog vlakna, potrebno je da se struk upadnog Gaussovog snopa nalazi na kraju vlakna, a da se intenzitet struka i intenzitet moda poklapaju i poklapaju. Ako prečnik struka snopa nije jednak MFD-u, profil intenziteta snopa se mijenja ili odstupa, ili snop ne pada aksijalno duž vlakna, ovi uvjeti će smanjiti efikasnost spajanja.

3. Može li NA precizno procijeniti ugao divergencije jednomodnog izlaznog vlakna?

Postoji velika greška u procjeni ugla divergencije jednomodnog vlakna korištenjem NA. Preciznija metoda je korištenje Gaussove teorije širenja zraka. Približna formula za izračunavanje ugla divergencije dalekog polja jednomodnog vlakna je sljedeća, a rezultat je ugao divergencije ili ugao prijema u radijanima.

Izlaz monomodnog vlakna sličan je Gaussovom svjetlu, na primjer, ugao divergencije izračunat geometrijskom optikom ima veliko odstupanje. Ugao divergencije izračunat geometrijskom optikom jednak je arcsin(NA), što je primjenjivo samo na opća multimodna vlakna.

Jednomodno vlakno daje Gausov snop. Rayleighovo rastojanje i poluprečnik snopa u z tački se izračunavaju prema sljedeće dvije formule.

Stoga se ugao divergencije izlaznog snopa jednomodnog vlakna može precizno simulirati, kao što je prikazano na donjoj slici. Očigledno, postoji velika greška u izračunavanju uglova divergencije koristeći NA prema teoriji geometrijske optike. U ovom primjeru, NA i MFD su 0.13 i 6.4 µm, respektivno. Radna talasna dužina je 980 nm, a Rayleighova udaljenost je 32,8 µm.

Kao što se može vidjeti sa slike, divergencija zraka nije linearna unutar Rayleighove udaljenosti, ali se može smatrati približno linearnom u dalekom polju. Dva ugla označena na slici izračunata su iz nagiba njihovih krivulja. Ako se za izračunavanje koristi gornja formula za aproksimaciju dalekog polja, rezultat se konvertuje u ugao od 5,61 stepen, sa malom greškom.

4. Koji su faktori koji utiču na efikasnost spajanja jednomodnih vlakana?

Efikasnost spajanja jednomodnog vlakna može se poboljšati podešavanjem ugla, položaja i profila intenziteta upadnog snopa. Pod pretpostavkom da je krajnja strana vlakna ravna i okomita na osu, greda može postići najveću efikasnost spajanja ako su ispunjeni sljedeći uvjeti:

•Gausov profil intenziteta

• Pozitivan upad sa krajnje strane vlakna

•Struk se nalazi na kraju vlakna

• Poravnajte centar struka sa središnjim središtem

•Prečnik struka je jednak MFD vlaknima

Izvori svjetlosti mogu ograničiti efikasnost spajanja

Ako laser emituje samo poprečni mod najnižeg reda, onda je izlaz približno Gausov snop, koji se može efikasno spojiti u jednomodno vlakno. Međutim, efikasnost spajanja višemodnih lasera ili širokopojasnih izvora svjetlosti s jednomodnim vlaknima je vrlo niska, a većina svjetlosti će procuriti čak i ako je fokusirana na područje jezgre. To je zato što samo dio svjetlosti višemodnog izvora odgovara uzorku vodiča jednomodnog vlakna, tako da višemodni izvor može pružiti veću efikasnost spajanja s višemodnim vlaknom.

5. Da li je maksimalni ugao prijema višemodnog vlakna fiksiran?

Problem zavisi od vrste vlakana. Za višemodna vlakna sa indeksnim korakom, maksimalni ugao prijema svake tačke na jezgri je isti. Međutim, samo središte jezgre multimodnog vlakna sa stepenastim indeksom može obezbijediti maksimalni upadni ugao. Što je udaljeniji od centra, manji je maksimalni ugao prijema i maksimalni ugao prijema u blizini interfejsa obloge teži 0.

Kontakt informacije:

Ako imate bilo kakvu ideju, slobodno nam se obratite. Bez obzira gdje se nalaze naši kupci i koji su naši zahtjevi, mi ćemo slijediti naš cilj da našim kupcima pružimo visok kvalitet, niske cijene i najbolju uslugu.