Skaidulinis lazerisreiškia lazerį, kuriame kaip stiprinimo terpė naudojamas stiklo pluoštas, legiruotas retųjų žemių elementais.

Yra du pagrindiniai būdai, kaip optinis signalas iš lazerio patenka į skaidulą: tiesioginis sujungimas ir lęšių sujungimas, o lęšių sujungimas skirstomas į vieno lęšio jungtį ir kelių lęšių jungtį. Didesnį sujungimo efektyvumą galima pasiekti naudojant objektyvo sujungimą nei tiesioginį sujungimą. Pagrindinis dvigubo lęšio sujungimo pranašumas yra tas, kad tolerancija gali būti išsklaidyta taip, kad optinio kelio komponentai galėtų turėti didesnę poslinkio erdvę.

Čia yra penki praktiniai klausimai apie pluošto sujungimą

1. Kada galima naudoti NA, norint tiksliai įvertinti pluošto priėmimo kampą?

Didžiausias daugiamodio pluošto priėmimo kampas gali būti tiksliai įvertintas pagal skaitmeninę diafragmą (NA), tačiau šis ryšys netaikomas vienmodžiui pluoštui.Santykį tarp NA ir didžiausio priėmimo kampo (θmax) galima apskaičiuoti geometrine optika. Žr. toliau pateiktą formulę. Jei krintanti šviesa vertinama kaip spindulys, θmax reiškia pluošto gebėjimą rinkti ne ašį esančią šviesą: spinduliai (raudonos ir rožinės spalvos), kurių krintantis kampas yra mažesnis arba lygus θmax, sąsajoje patiria visišką vidinį atspindį (TIR). tarp šerdies ir apvalkalo ir turi sklisti į priekį šerdyje. Spinduliai, kurių kritimo kampas didesnis nei θmax (mėlyna), galiausiai prarandami dėl lūžio.

Keli kritimo kampai ir pluošto režimas

Spinduliai, kurių krintantis kampas yra mažesnis arba lygus θmax, bus sujungti su vienu iš daugiamodės skaidulos kreipiamųjų režimų. Apskritai, kuo mažesnis kritimo kampas, tuo mažesnė sužadinto pluošto režimo tvarka. Didžioji dalis energijos yra sutelkta žemos eilės režime netoli centro, o įprastai krintantys spinduliai sužadina žemiausios eilės režimą. Toliau pateikiama dviejų daugiamodių optinių skaidulų sklidimo schema.

Vienmodžio pluoštas yra kitoks

NA, apskaičiuota pagal aukščiau pateiktą formulę, nėra didžiausias vienmodio pluošto kritimo kampas, todėl jis negali apibūdinti vienmodžio pluošto optinio priėmimo pajėgumo. Vienmodė skaiduloje yra tik žemiausias kreipiamojo režimas, sužadintas 0-laipsnio krintančios šviesos, o sklidimo diagrama yra tokia.

Netikslu įvertinti vienmodės skaidulos išvesties kampą pagal NA. Šiuo atveju spindulys skiriasi dėl difrakcijos, o geometrinė optika neatsižvelgia į šį efektą, todėl reikalinga banginė optika.

2. Kodėl MFD yra svarbus vienmodžio pluošto prijungto lazerio parametras?

Kai pluoštas sklinda išilgai vienmodio pluošto, jis išlaiko intensyvumo profilį, artimą Gauso formai. Profilio plotį galima apibūdinti režimo lauko skersmeniu (MFD), tai yra tarpatramio plotis, kai intensyvumas nukrenta iki 1/e² didžiausios vertės. Nykščio taisyklė: MFD yra maždaug 1,15 karto didesnis už pluošto šerdies skersmenį.

Kuo krintanti šviesa yra arčiau Gauso šviesos, tuo didesnis sujungimo efektyvumas. Jei krintanti šviesa yra Gauso šviesa, o spindulio juosta yra lygi pluošto MFD, galima pasiekti didelį sujungimo efektyvumą. Gauso pluošto formulėje pakeitus juosmens skersmenį MFD, galima tiksliai apskaičiuoti vienmodio pluošto sujungimo parametrus ir nukrypimo kampą.

Nustatykite sujungimo parametrus

Vienmodės skaidulos turi tik vieną kreipiamąjį režimą, kurį galima apibūdinti Besselio funkcija. Dėl panašios formos Gauso funkcijos naudojimas gali supaprastinti pluošto modelį ir gauti tikslius rezultatus. Žemiau esančiame paveikslėlyje parodytas vienmodio pluošto režimo intensyvumo profilis, kuriame krintanti šviesa gali būti sujungta su kreipiamuoju režimu tik tuo atveju, jei ji atitinka.

Vieno režimo pluoštu sujungtas lazeris

Norint pagerinti vienmodio pluošto sujungimo efektyvumą, reikia, kad krintančio Gauso pluošto juosmuo būtų pluošto gale, o juosmens ir režimo intensyvumas sutaptų ir sutaptų. Jei pluošto juosmens skersmuo nėra lygus MFD, pluošto intensyvumo profilis pasikeičia arba nukrypsta arba pluoštas nekrenta ašies kryptimi, šios sąlygos sumažins sujungimo efektyvumą.

3. Ar NA gali tiksliai įvertinti vienmodės skaidulos išvesties divergencijos kampą?

Apskaičiuojant vienmodio pluošto skirtumo kampą naudojant NA yra didelė klaida. Tikslesnis metodas yra naudoti Gauso pluošto sklidimo teoriją. Apytikslė vienmodio pluošto tolimojo lauko nuokrypio kampo apskaičiavimo formulė yra tokia, o rezultatas yra nukrypimo kampas arba priėmimo kampas radianais.

Vienmodės skaidulos išėjimas yra panašus į Gauso šviesą, pavyzdžiui, geometrinės optikos apskaičiuotas divergencijos kampas turi didelį nuokrypį. Geometrinės optikos apskaičiuotas divergencijos kampas yra lygus arcsin (NA), kuris taikomas tik bendrajam daugiamodės skaidulos.

Vienmodė skaidulos išveda Gauso spindulį. Reilio atstumas ir spindulio spindulys taške z apskaičiuojami atitinkamai pagal šias dvi formules.

Todėl vieno modo pluošto išėjimo pluošto nukrypimo kampas gali būti tiksliai imituojamas, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau. Akivaizdu, kad yra didelė klaida apskaičiuojant nuokrypio kampus naudojant NA pagal geometrinės optikos teoriją. Šiame pavyzdyje NA ir MFD yra atitinkamai 0,13 ir 6,4 µm. Veikimo bangos ilgis yra 980 nm, o Rayleigh atstumas yra 32,8 µm.

Kaip matyti iš paveikslo, spindulio divergencija nėra tiesinė Rayleigh atstumu, bet gali būti laikoma maždaug tiesine tolimajame lauke. Paveiksle pažymėti du kampai apskaičiuojami pagal jų kreivių nuolydį. Jei skaičiuojant naudojama aukščiau pateikta tolimojo lauko aproksimacijos formulė, rezultatas konvertuojamas į 5,61 laipsnio kampą su nedidele paklaida.

4. Kokie veiksniai turi įtakos vienmodio pluošto sujungimo efektyvumui?

Vienmodžio pluošto sujungimo efektyvumą galima pagerinti koreguojant krintančio pluošto kampą, padėtį ir intensyvumo profilį. Darant prielaidą, kad pluošto galinis paviršius yra plokščias ir statmenas ašiai, sija gali pasiekti didžiausią sujungimo efektyvumą, jei tenkinamos šios sąlygos:

• Gauso intensyvumo profilis

•Teigiamas išplitimas iš pluošto galinio paviršiaus

•Juosmuo yra pluošto gale

•Sulygiuokite juosmens centrą su šerdies centru

•Juosmens skersmuo lygus pluošto MFD

Šviesos šaltiniai gali apriboti sujungimo efektyvumą

Jei lazeris skleidžia tik žemiausios eilės skersinį režimą, tada išvestis yra maždaug Gauso spindulys, kurį galima efektyviai sujungti į vienmodį pluoštą. Tačiau kelių režimų lazerių arba plačiajuosčių šviesos šaltinių su vienmodiais pluoštais sujungimo efektyvumas yra labai mažas, o didžioji dalis šviesos bus nutekėjusi, net jei ji bus sutelkta į šerdies sritį. Taip yra todėl, kad tik dalis kelių režimų šaltinio šviesos atitinka vienmodio pluošto kreipiklio modelį, todėl kelių režimų šaltinis gali užtikrinti didesnį sujungimo efektyvumą su daugiamodiu pluoštu.

5. Ar nustatytas didžiausias daugiamodės skaidulos priėmimo kampas?

Problema priklauso nuo pluošto tipo. Žingsnio indekso daugiamodėms skaiduloms didžiausias kiekvieno šerdies taško priėmimo kampas yra toks pat. Tačiau tik graduoto indekso daugiamodės skaidulos pagrindinis centras gali užtikrinti maksimalų kritimo kampą. Kuo toliau nuo centro, tuo mažesnis maksimalus priėmimo kampas ir didžiausias priėmimo kampas šalia apvalkalo sąsajos yra 0.

Kontaktinė informacija:

Jei turite kokių nors idėjų, nedvejodami pasikalbėkite su mumis. Nesvarbu, kur yra mūsų klientai ir kokie yra mūsų reikalavimai, sieksime savo tikslo teikti klientams aukštą kokybę, žemas kainas ir geriausias paslaugas.