לייזר מצמד סיביםמתייחס ללייזר המשתמש בסיבי זכוכית מסוממים ביסודות אדמה נדירים כמדיום הרווח.

ישנן שתי דרכים עיקריות עבור האות האופטי מהלייזר להיכנס לסיב: צימוד ישיר וצימוד עדשות, וצימוד עדשות מתחלק לצימוד של עדשה אחת וצימוד רב עדשות. ניתן להשיג יעילות צימוד גבוהה יותר באמצעות צימוד עדשות מאשר צימוד ישיר. היתרון העיקרי של צימוד עדשות כפולות הוא שניתן לפזר את הסובלנות כך שהרכיבים בנתיב האופטי יכולים לקבל מרחב תזוזה גדול יותר.

להלן חמש שאלות מעשיות על צימוד סיבים

1. מתי ניתן להשתמש ב-NA כדי להעריך במדויק את זווית קליטת הסיבים?

ניתן להעריך במדויק את זווית הקבלה המקסימלית של סיב רב-מצבי על-ידי הצמצם המספרי (NA), אך יחס זה אינו ישים לסיב במצב יחיד.ניתן לחשב את הקשר בין NA לזווית הקליטה המקסימלית (θmax) על ידי אופטיקה גיאומטרית. ראה את האיור הבא עבור הנוסחה. אם רואים את האור הנכנס כקרן, θmax מייצג את היכולת של הסיב לאסוף אור מחוץ לציר: קרניים (אדומות וורודות) עם זווית תקרית קטנה או שווה ל-θmax עוברות השתקפות פנימית כוללת (TIR) ​​בממשק בין הליבה לחיפוי, והם מחויבים להתפשט קדימה בליבה. קרניים עם זווית תקרית גדולה מ-θmax (כחול) אובדות בסופו של דבר עקב שבירה.

זוויות נפילה מרובות ומצב סיבים

קרניים עם זווית תקרית קטנה מ-θmax או שווה ל-θmax יצורפו לאחד ממצבי ההנחיה של הסיב הרב-מודד. באופן כללי, ככל שזווית השכיחות קטנה יותר, סדר המצב של הסיבים הנרגשים נמוך יותר. רוב האנרגיה מרוכזת במצב מסדר נמוך ליד המרכז, והקרניים הרגילות מעוררות את המצב מסדר הנמוך ביותר. להלן תרשים של התפשטות שני סיבים אופטיים רב-מודדים.

סיבים במצב יחיד הוא שונה

NA שחושב לפי הנוסחה לעיל אינה זווית ההיארעות המקסימלית של סיב במצב יחיד, ולכן היא אינה יכולה לאפיין את יכולת הקליטה האופטית של סיב במצב יחיד. רק מצב המדריך הנמוך ביותר שמתרגש על ידי אור בתאורה ב-0- מעלות קיים בסיבים עם מצב יחיד, ותרשים ההתפשטות הוא כדלקמן.

זה לא מדויק להעריך את זווית הדיברגנציה של פלט סיבים חד-מצביים על ידי NA. במקרה זה, הקרן מתפצלת עקב עקיפה, ואופטיקה גיאומטרית אינה מתחשבת באפקט זה, ולכן יש צורך באופטיקה של גל.

2. מדוע MFD הוא פרמטר חשוב עבור לייזר סיבים מצמדים במצב יחיד?

כאשר הקרן מתפשטת לאורך הסיב חד-מוד, היא שומרת על פרופיל עוצמה קרוב לצורה גאוסית. ניתן לאפיין את רוחב הפרופיל על ידי קוטר שדה מצב (MFD), כלומר, רוחב הטווח כאשר העוצמה יורדת ל-1/e² מערך השיא. כלל אצבע: ה-MFD הוא בערך פי 1.15 מקוטר ליבת הסיבים.

ככל שהאור הנכנס קרוב יותר לאור הגאוסי, כך יעילות הצימוד גבוהה יותר. אם האור הנכנס הוא גאוסי ומותני האלומה שווה ל-MFD הסיבים, ניתן להשיג יעילות צימוד גבוהה. על ידי החלפת MFD בקוטר המותניים בנוסחת האלומה גאוסית, ניתן לחשב במדויק את פרמטרי הצימוד וזווית הדיברגנציה של סיבים במצב יחיד.

קבע פרמטרים של צימוד

לסיב במצב יחיד יש רק מצב מדריך אחד, אותו ניתן לתאר על ידי פונקציית Bessel. בגלל הצורה הדומה, השימוש בפונקציה גאוסית יכול לפשט את תבנית הסיבים תוך מתן תוצאות מדויקות. האיור שלהלן מציג את פרופיל עוצמת המצב של סיב במצב יחיד, שבו ניתן לחבר את האור הנובע למצב המדריך רק אם הוא מתאים לו.

לייזר מצמד סיבים במצב יחיד

כדי לשפר את יעילות הצימוד של סיבים חד-מצביים, נדרש שהמותניים של קרן גאוס הנכנסת יהיו ממוקמים בקצה הסיב, ועוצמת המותניים ועוצמת המצב תואמים ומחופפים. אם קוטר המותניים של הקרן אינו שווה ל-MFD, פרופיל עוצמת הקרן משתנה או סוטה, או שהקרן אינה נופלת בציר לאורך הסיב, תנאים אלו יפחיתו את יעילות הצימוד.

3. האם NA יכול להעריך במדויק את זווית הדיברגנציה של תפוקת סיבים חד-מצביים?

ישנה שגיאה גדולה בהערכת זווית הדיברגנציה של סיב חד-מודד באמצעות NA. שיטה מדויקת יותר היא להשתמש בתורת התפשטות האלומה גאוסית. הנוסחה המשוערת לחישוב זווית סטיית השדה הרחוק של סיב חד מצב היא כדלקמן, והתוצאה היא זווית הסטיה או זווית קליטה ברדיאנים.

הפלט של סיבים חד-מודים דומה לאור גאוסי, למשל, זווית ההתבדלות המחושבת על ידי אופטיקה גיאומטרית יש סטייה גדולה. זווית הדיברגנציה המחושבת על ידי אופטיקה גיאומטרית שווה ל-arcsin(NA), אשר חל רק על סיב רב-מוד כללי.

הסיב בעל מצב יחיד מוציא קרן גאוסית. מרחק ריילי ורדיוס האלומה בנקודת z מחושבים על ידי שתי הנוסחאות הבאות בהתאמה.

לכן, ניתן לדמות במדויק את זווית ההבדל של אלומת הפלט של סיבים חד-פעמיים, כפי שמוצג באיור למטה. ברור שקיימת שגיאה גדולה בחישוב זוויות הדיברגנציה באמצעות NA לפי תיאוריית האופטיקה הגיאומטרית. בדוגמה זו, NA ו-MFD הם 0.13 ו-6.4 מיקרומטר, בהתאמה. אורך הגל ההפעלה הוא 980 ננומטר ומרחק ריילי הוא 32.8 מיקרומטר.

כפי שניתן לראות מהאיור, ההתפצלות של האלומה אינה ליניארית במרחק של ריילי, אך ניתן להתייחס אליה כלינארית בשדה הרחוק. שתי הזוויות המסומנות באיור מחושבות משיפוע העקומות שלהן. אם נעשה שימוש בנוסחת הקירוב של השדה הרחוק לעיל לחישוב, התוצאה מומרת לזווית של 5.61 מעלות, עם שגיאה קטנה.

4. מהם הגורמים המשפיעים על יעילות הצימוד של סיבים חד-מודים?

ניתן לשפר את יעילות הצימוד של סיבים במצב יחיד על ידי התאמת הזווית, המיקום ופרופיל העוצמה של האלומה הפוגעת. בהנחה שפני קצה הסיבים שטוחים ומאונכים לציר, הקורה יכולה להגיע ליעילות הצימוד הגבוהה ביותר אם מתקיימים התנאים הבאים:

•פרופיל עוצמה גאוסי

• שכיחות חיובית מפנים קצה הסיבים

•המותניים ממוקמות בקצה הסיב

• יישר את מרכז המותניים עם מרכז ליבה

•קוטר המותניים שווה ל-MFD הסיבים

מקורות אור עשויים להגביל את יעילות הצימוד

אם הלייזר פולט רק את המצב הרוחבי מהסדר הנמוך ביותר, אז הפלט הוא קרן גאוס בקירוב, שניתן לחבר ביעילות לסיב חד-מצבי. עם זאת, יעילות הצימוד של לייזרים מרובי-מצבים או מקורות אור רחב-פס עם סיבים חד-מצביים נמוכה מאוד, ורוב האור ידלוף גם אם הוא ממוקד באזור הליבה. הסיבה לכך היא שרק חלק מהאור של המקור הרב-מצבי תואם את תבנית מנחה הסיבים במצב יחיד, כך שהמקור הרב-מצבי יכול לספק יעילות צימוד גבוהה יותר עם הסיב הרב-מצבי.

5. האם זווית הקבלה המקסימלית של סיבים מרובים קבועה?

הבעיה תלויה בסוג הסיבים. עבור סיבים מולטי-מודים בעלי אינדקס צעד, זווית הקבלה המקסימלית של כל נקודה על הליבה זהה. עם זאת, רק מרכז הליבה של סיב רב-מצבי אינדקס מדורג יכול לספק את זווית השכיחות המקסימלית. ככל שמתרחקים מהמרכז, כך זווית הקבלה המקסימלית קטנה יותר וזווית הקבלה המקסימלית ליד ממשק החיפוי נוטה ל-0.

פרטי התקשרות:

אם יש לך רעיונות, אתה מוזמן לדבר איתנו. לא משנה היכן נמצאים הלקוחות שלנו ומהן הדרישות שלנו, אנו נפעל לפי המטרה שלנו לספק ללקוחותינו איכות גבוהה, מחירים נמוכים, והשירות הטוב ביותר.