Vláknový lasersa vzťahuje na laser využívajúci ako médium zisku sklenené vlákno dopované prvkami vzácnych zemín.

Existujú dva hlavné spôsoby vstupu optického signálu z lasera do vlákna: priame spojenie a spojenie šošoviek a spojenie šošoviek je rozdelené na spojenie s jednou šošovkou a spojenie s viacerými šošovkami. Vyššiu účinnosť spojenia je možné dosiahnuť použitím spojenia šošovky ako priameho spojenia. Hlavnou výhodou spojenia s dvoma šošovkami je to, že tolerancia môže byť rozptýlená, takže komponenty v optickej dráhe môžu mať väčší posuvný priestor.

Tu je päť praktických otázok o spájaní vlákien

1. Kedy možno použiť NA na presný odhad uhla prijímania vlákna?

Maximálny prijímací uhol multimódového vlákna možno presne odhadnúť pomocou numerickej apertúry (NA), ale tento vzťah neplatí pre jednovidové vlákno.Vzťah medzi NA a maximálnym uhlom príjmu (θmax) možno vypočítať pomocou geometrickej optiky. Vzorec nájdete na nasledujúcom obrázku. Ak sa na dopadajúce svetlo pozerá ako na lúč, θmax predstavuje schopnosť vlákna zbierať mimoosové svetlo: lúče (červené a ružové) s dopadajúcim uhlom menším alebo rovným θmax podliehajú úplnému vnútornému odrazu (TIR) ​​na rozhraní medzi jadrom a plášťom a musia sa šíriť dopredu v jadre. Lúče s uhlom dopadu väčším ako θmax (modrá) sa nakoniec stratia v dôsledku lomu.

Viacnásobné uhly dopadu a režim vlákna

Lúče s uhlom dopadu menším alebo rovným θmax budú spojené s jedným z režimov vedenia multimódového vlákna. Vo všeobecnosti platí, že čím menší je uhol dopadu, tým nižšie je poradie režimu excitovaného vlákna. Väčšina energie je sústredená v režime nízkeho rádu blízko stredu a normálne dopadajúce lúče vybudia režim najnižšieho rádu. Nasleduje schéma šírenia dvoch multimódových optických vlákien.

Jednovidové vlákno je iné

NA vypočítaná podľa vyššie uvedeného vzorca nie je maximálnym uhlom dopadu jednovidového vlákna, takže nemôže charakterizovať schopnosť optického príjmu jednovidového vlákna. V jednovidovom vlákne existuje iba najnižší vodiaci režim excitovaný 0-stupňom dopadajúceho svetla a diagram šírenia je nasledujúci.

Nie je presné odhadnúť uhol divergencie výstupu jednovidového vlákna pomocou NA. V tomto prípade sa lúč rozchádza v dôsledku difrakcie a geometrická optika tento efekt nezohľadňuje, takže je potrebná vlnová optika.

2. Prečo je MFD dôležitým parametrom pre jednomódový vláknový laser?

Keď sa lúč šíri pozdĺž jednovidového vlákna, zachováva si profil intenzity blízky Gaussovmu tvaru. Šírka profilu môže byť charakterizovaná priemerom módového poľa (MFD), teda šírkou rozpätia, keď intenzita klesne na 1/e² maximálnej hodnoty. Základné pravidlo: MFD je približne 1,15-násobok priemeru jadra vlákna.

Čím bližšie je dopadajúce svetlo ku Gaussovmu svetlu, tým vyššia je väzbová účinnosť. Ak je dopadajúce svetlo gaussovské a pás lúča sa rovná vláknovému MFD, možno dosiahnuť vysokú účinnosť spojenia. Nahradením MFD do priemeru pásu vo vzorci Gaussovho zväzku je možné presne vypočítať parametre spojenia a uhol divergencie jednovidového vlákna.

Určite parametre spojenia

Jednovidové vlákno má iba jeden režim vedenia, ktorý možno opísať Besselovou funkciou. Vďaka podobnému tvaru môže použitie Gaussovej funkcie zjednodušiť vzor vlákna a zároveň poskytnúť presné výsledky. Na obrázku nižšie je znázornený profil intenzity režimu jednovidového vlákna, v ktorom sa dopadajúce svetlo môže spojiť s navádzacím režimom iba vtedy, ak sa s ním zhoduje.

Jednomódový laser spojený s vláknami

Na zlepšenie účinnosti väzby jednovidového vlákna sa vyžaduje, aby pás dopadajúceho Gaussovho lúča bol umiestnený na konci vlákna a intenzita pásu a intenzita módu sa zhodovali a zhodovali. Ak sa priemer pásu lúča nerovná MFD, profil intenzity lúča sa mení alebo odchyľuje alebo lúč nedopadá axiálne pozdĺž vlákna, tieto podmienky znížia účinnosť spojenia.

3. Dokáže NA presne odhadnúť uhol divergencie výstupu jednovidového vlákna?

Existuje veľká chyba pri odhadovaní uhla divergencie jednovidového vlákna pomocou NA. Presnejšou metódou je použitie teórie šírenia Gaussovho lúča. Približný vzorec na výpočet uhla divergencie vzdialeného poľa jednovidového vlákna je nasledujúci a výsledkom je uhol divergencie alebo prijímací uhol v radiánoch.

Výstup jednovidového vlákna je podobný Gaussovmu svetlu, napríklad uhol divergencie vypočítaný geometrickou optikou má veľkú odchýlku. Uhol divergencie vypočítaný geometrickou optikou sa rovná arcsin (NA), ktorý je použiteľný len pre všeobecné multimódové vlákno.

Jednomódové vlákno vydáva Gaussov lúč. Rayleighova vzdialenosť a polomer lúča v bode z sa vypočítajú podľa nasledujúcich dvoch vzorcov.

Preto je možné presne simulovať uhol divergencie výstupného lúča jednovidového vlákna, ako je znázornené na obrázku nižšie. Je zrejmé, že existuje veľká chyba vo výpočte uhlov divergencie pomocou NA podľa teórie geometrickej optiky. V tomto príklade sú NA a MFD 0,13 a 6,4 µm, v tomto poradí. Pracovná vlnová dĺžka je 980 nm a Rayleighova vzdialenosť je 32,8 µm.

Ako je možné vidieť z obrázku, divergencia lúča nie je lineárna v rámci Rayleighovej vzdialenosti, ale môže byť považovaná za približne lineárnu vo vzdialenom poli. Dva uhly označené na obrázku sú vypočítané zo sklonu ich kriviek. Ak sa na výpočet použije vyššie uvedený vzorec aproximácie vzdialeného poľa, výsledok sa prevedie na uhol 5,61 stupňa s malou chybou.

4. Aké sú faktory, ktoré ovplyvňujú účinnosť väzby jednovidového vlákna?

Účinnosť spojenia jednovidového vlákna možno zlepšiť nastavením uhla, polohy a profilu intenzity dopadajúceho lúča. Za predpokladu, že čelná plocha vlákna je plochá a kolmá na os, lúč môže dosiahnuť najvyššiu účinnosť spojenia, ak sú splnené nasledujúce podmienky:

•Gaussov profil intenzity

•Pozitívny dopad z čela vlákna

•Pas sa nachádza na konci vlákna

•Zarovnajte stred pásu so stredom jadra

• Priemer pásu sa rovná vlákna MFD

Svetelné zdroje môžu obmedziť účinnosť spojenia

Ak laser vyžaruje iba priečny režim najnižšieho rádu, výstupom je približne Gaussov lúč, ktorý možno efektívne spojiť do jednovidového vlákna. Väzbová účinnosť multimódových laserov alebo širokopásmových svetelných zdrojov s jednovidovými vláknami je však veľmi nízka a väčšina svetla bude unikať, aj keď je zaostrené na oblasť jadra. Je to preto, že iba časť svetla viacrežimového zdroja sa zhoduje so vzorom vedenia vlákna s jedným režimom, takže zdroj s viacerými režimami môže poskytnúť vyššiu účinnosť spojenia s viacvidovým vláknom.

5. Je maximálny prijímací uhol multimódového vlákna pevný?

Problém závisí od typu vlákna. Pre viacvidové vlákna s krokovým indexom je maximálny prijímací uhol každého bodu na jadre rovnaký. Avšak iba stred jadra multimódového vlákna s odstupňovaným indexom môže poskytnúť maximálny uhol dopadu. Čím ďalej od stredu, tým menší je maximálny prijímací uhol a maximálny prijímací uhol v blízkosti rozhrania plášťa má tendenciu k 0.

Kontaktné informácie:

Ak máte nejaké nápady, neváhajte sa s nami porozprávať. Bez ohľadu na to, kde sú naši zákazníci a aké sú naše požiadavky, budeme nasledovať náš cieľ poskytovať našim zákazníkom vysokú kvalitu, nízke ceny a najlepšie služby.