Волоконно-оптический лазеротносится к лазеру, в котором в качестве усиливающей среды используется стекловолокно, легированное редкоземельными элементами.

Существует два основных способа ввода оптического сигнала от лазера в волокно: прямая связь и связь с линзой, а связь с линзой делится на связь с одной линзой и связь с несколькими линзами. Более высокая эффективность связи может быть достигнута при использовании линзовой связи, чем при прямой связи. Основное преимущество соединения с двумя линзами заключается в том, что допуск может быть рассредоточен, так что компоненты на оптическом пути могут иметь большее пространство смещения.

Вот пять практических вопросов о соединении оптоволокна

1. Когда можно использовать NA для точной оценки угла приема волокна?

Максимальный угол приема многомодового волокна можно точно оценить по числовой апертуре (NA), но это соотношение неприменимо к одномодовому волокну.Соотношение между числовой апертурой и максимальным углом приема (θmax) можно рассчитать с помощью геометрической оптики. Формулу смотрите на следующем рисунке. Если падающий свет рассматривать как луч, θmax представляет собой способность волокна собирать внеосевой свет: лучи (красный и розовый) с углом падения, меньшим или равным θmax, подвергаются полному внутреннему отражению (ПВО) на границе раздела. между сердцевиной и оболочкой и должны распространяться вперед в сердцевине. Лучи с углом падения больше θmax (синий) в конечном итоге теряются из-за преломления.

Несколько углов падения и мода волокна

Лучи с углом падения меньше или равным θmax будут связаны с одной из направляющих мод многомодового волокна. Как правило, чем меньше угол падения, тем ниже порядок моды возбужденного волокна. Большая часть энергии сосредоточена в моде низшего порядка вблизи центра, и нормально падающие лучи возбуждают моду низшего порядка. Ниже представлена ​​схема распространения двух многомодовых оптических волокон.

Одномодовое волокно отличается

Числовая апертура, рассчитанная по приведенной выше формуле, не является максимальным углом падения одномодового волокна, поэтому она не может характеризовать оптическую приемную способность одномодового волокна. В одномодовом волокне существует только самая низкая направляющая мода, возбуждаемая падающим светом 0- градусов, и диаграмма распространения выглядит следующим образом.

Неточно оценивать угол расхождения одномодового волокна на выходе с помощью NA. В этом случае пучок расходится за счет дифракции, а геометрическая оптика этот эффект не учитывает, поэтому нужна волновая оптика.

2. Почему MFD является важным параметром для одномодового волоконно-оптического лазера?

При распространении пучка по одномодовому волокну он сохраняет профиль интенсивности, близкий к гауссовой форме. Ширину профиля можно охарактеризовать диаметром поля моды (MFD), то есть шириной пролета, когда интенсивность падает до 1/e² от пикового значения. Эмпирическое правило: MFD примерно в 1,15 раза больше диаметра сердцевины волокна.

Чем ближе падающий свет к гауссовскому свету, тем выше эффективность связи. Если падающий свет является гауссовым, а перетяжка луча равна МФД волокна, можно достичь высокой эффективности связи. Подставляя MFD в диаметр перетяжки в формуле гауссова луча, можно точно рассчитать параметры связи и угол расхождения одномодового волокна.

Определить параметры связи

Одномодовое волокно имеет только одну ведущую моду, которая может быть описана функцией Бесселя. Из-за схожей формы использование функции Гаусса может упростить рисунок волокна, обеспечивая при этом точные результаты. На рисунке ниже показан профиль интенсивности моды одномодового волокна, в котором падающий свет может быть включен в направляющую моду только в том случае, если он соответствует ей.

Одномодовый волоконно-оптический лазер

Для повышения эффективности связи одномодового волокна требуется, чтобы перетяжка падающего гауссова пучка располагалась на конце волокна, а интенсивность перетяжки и интенсивность моды совпадали и совпадали. Если диаметр перетяжки луча не равен MFD, профиль интенсивности луча изменяется или отклоняется, или пучок не падает в осевом направлении вдоль волокна, эти условия снижают эффективность связи.

3. Может ли NA точно оценить угол расхождения выходного сигнала одномодового волокна?

Существует большая ошибка в оценке угла расхождения одномодового волокна с использованием NA. Более точным методом является использование теории распространения гауссова луча. Приблизительная формула для расчета угла расхождения одномодового волокна в дальней зоне выглядит следующим образом, и результатом является угол расхождения или угол приема в радианах.

Выход одномодового волокна подобен гауссовому свету, например, угол расхождения, рассчитанный с помощью геометрической оптики, имеет большое отклонение. Угол расхождения, рассчитанный с помощью геометрической оптики, равен arcsin(NA), что применимо только к обычному многомодовому волокну.

Одномодовое волокно выдает гауссов луч. Расстояние Рэлея и радиус луча в точке z рассчитываются по следующим двум формулам соответственно.

Таким образом, можно точно смоделировать угол расхождения выходного луча одномодового волокна, как показано на рисунке ниже. Очевидно, что при вычислении углов расходимости с использованием NA по геометрической оптической теории существует большая погрешность. В этом примере NA и MFD составляют 0,13 и 6,4 мкм соответственно. Рабочая длина волны составляет 980 нм, а расстояние Рэлея — 32,8 мкм.

Как видно из рисунка, расходимость луча не является линейной в пределах расстояния Рэлея, но может рассматриваться как приблизительно линейная в дальней зоне. Два угла, отмеченные на рисунке, вычислены по наклону их кривых. Если для расчета используется приведенная выше формула аппроксимации дальнего поля, результат преобразуется в угол 5,61 градуса с небольшой ошибкой.

4. Какие факторы влияют на эффективность связи одномодового волокна?

Эффективность соединения одномодового волокна можно улучшить, отрегулировав угол, положение и профиль интенсивности падающего луча. Предполагая, что торец волокна плоский и перпендикулярен оси, пучок может достичь наибольшей эффективности связи, если выполняются следующие условия:

• Гауссовский профиль интенсивности

• Положительное падение с торца волокна

• Талия расположена на конце волокна

• Совместите центр талии с основным центром

•Диаметр перетяжки равен МДФ волокна.

Источники света могут ограничивать эффективность связи

Если лазер излучает только поперечную моду низшего порядка, то на выходе получается примерно гауссов пучок, который можно эффективно ввести в одномодовое волокно. Однако эффективность связи многомодовых лазеров или широкополосных источников света с одномодовыми волокнами очень низка, и большая часть света будет просачиваться, даже если он сфокусирован на области сердцевины. Это связано с тем, что только часть света многомодового источника соответствует шаблону направления одномодового волокна, поэтому многомодовый источник может обеспечить более высокую эффективность связи с многомодовым волокном.

5. Фиксирован ли максимальный угол приема многомодового волокна?

Проблема зависит от типа волокна. Для многомодовых волокон со ступенчатым показателем преломления максимальный угол приема каждой точки жилы одинаков. Однако только центр сердцевины многомодового волокна с градиентным показателем преломления может обеспечить максимальный угол падения. Чем дальше от центра, тем меньше максимальный Угол приема и максимальный Угол приема вблизи границы раздела оболочки стремится к 0.

Контактная информация:

Если у вас есть какие-либо идеи, не стесняйтесь говорить с нами. Независимо от того, где находятся наши клиенты и каковы наши требования, мы будем следовать нашей цели, чтобы предоставить нашим клиентам высокое качество, низкие цены и лучший сервис.