Vláknový laserodkazuje na laser využívající jako médium zisku skleněné vlákno dopované prvky vzácných zemin.

Existují dva hlavní způsoby vstupu optického signálu z laseru do vlákna: přímé spojení a spojení čočky a spojení čočky se dělí na spojení s jednou čočkou a spojení s více čočkou. Vyšší účinnosti spojky lze dosáhnout použitím spojky čočky než přímé spojky. Hlavní výhodou spojení s duální čočkou je to, že tolerance může být rozptýlena, takže součásti v optické dráze mohou mít větší prostor pro posunutí.

Zde je pět praktických otázek o spojování vláken

1. Kdy lze použít NA k přesnému odhadu úhlu příjmu vlákna?

Maximální úhel příjmu vícevidového vlákna lze přesně odhadnout pomocí numerické apertury (NA), ale tento vztah neplatí pro jednovidové vlákno.Vztah mezi NA a maximálním úhlem příjmu (θmax) lze vypočítat geometrickou optikou. Vzorec viz následující obrázek. Pokud je dopadající světlo vnímáno jako paprsek, θmax představuje schopnost vlákna sbírat světlo mimo osu: paprsky (červené a růžové) s úhlem dopadu menším než nebo rovným θmax podléhají na rozhraní totálnímu vnitřnímu odrazu (TIR). mezi jádrem a pláštěm a musí se šířit v jádru dopředu. Paprsky s úhlem dopadu větším než θmax (modrá) jsou nakonec ztraceny v důsledku lomu.

Více úhlů dopadu a režim vlákna

Paprsky s úhlem dopadu menším nebo rovným θmax budou připojeny k jednomu z naváděcích režimů vícevidového vlákna. Obecně platí, že čím menší je úhel dopadu, tím nižší je řád modů excitovaného vlákna. Většina energie je soustředěna v režimu nízkého řádu blízko středu a normálně dopadající paprsky vybudí režim nejnižšího řádu. Následuje schéma šíření dvou vícevidových optických vláken.

Jednovidové vlákno je jiné

NA vypočtená podle výše uvedeného vzorce není maximálním úhlem dopadu jednovidového vlákna, takže nemůže charakterizovat schopnost optického příjmu jednovidového vlákna. V jednovidovém vláknu existuje pouze nejnižší vodicí režim vybuzený 0-stupněm dopadajícího světla a diagram šíření je následující.

Odhadnout úhel divergence výstupu jednovidového vlákna pomocí NA není přesné. V tomto případě se paprsek rozchází v důsledku difrakce a geometrická optika s tímto efektem neuvažuje, takže je potřeba vlnová optika.

2. Proč je MFD důležitým parametrem pro jednomódový vláknový laser?

Když se paprsek šíří podél jednovidového vlákna, udržuje si profil intenzity blízký Gaussovu tvaru. Šířku profilu lze charakterizovat průměrem módového pole (MFD), tj. šířkou rozpětí, když intenzita klesne na 1/e² maximální hodnoty. Základní pravidlo: MFD je asi 1,15krát větší než průměr jádra vlákna.

Čím blíže je dopadající světlo Gaussovu světlu, tím vyšší je vazebná účinnost. Pokud je dopadající světlo Gaussovo a pás paprsku je stejný jako vlákno MFD, lze dosáhnout vysoké účinnosti vazby. Dosazením MFD do průměru pasu v Gaussově vzorci svazku lze přesně vypočítat parametry vazby a úhel divergence jednovidového vlákna.

Určete parametry spojky

Jednovidové vlákno má pouze jeden režim vedení, který lze popsat Besselovou funkcí. Vzhledem k podobnému tvaru může použití Gaussovy funkce zjednodušit vzor vlákna a zároveň poskytnout přesné výsledky. Obrázek níže ukazuje profil intenzity režimu jednovidového vlákna, ve kterém může být dopadající světlo spřaženo s naváděcím režimem pouze tehdy, pokud se s ním shoduje.

Jednomódový vláknový laser

Pro zlepšení vazebné účinnosti jednovidového vlákna je požadováno, aby pás dopadajícího Gaussova paprsku byl umístěn na konci vlákna a intenzita pásu a intenzita módu se shodovaly a shodovaly se. Pokud se pasový průměr paprsku nerovná MFD, profil intenzity paprsku se mění nebo odchyluje nebo paprsek nedopadá axiálně podél vlákna, tyto podmínky sníží účinnost vazby.

3. Dokáže NA přesně odhadnout úhel divergence výstupu jednovidového vlákna?

Existuje velká chyba v odhadu úhlu divergence jednovidového vlákna pomocí NA. Přesnější metodou je použití teorie šíření Gaussova svazku. Přibližný vzorec pro výpočet úhlu divergence vzdáleného pole jednovidového vlákna je následující a výsledkem je úhel divergence neboli přijímací úhel v radiánech.

Výstup jednovidového vlákna je podobný jako u Gaussova světla, například úhel divergence vypočítaný geometrickou optikou má velkou odchylku. Úhel divergence vypočítaný geometrickou optikou se rovná arcsin(NA), který je použitelný pouze pro obecné vícevidové vlákno.

Jednovidové vlákno vydává Gaussův paprsek. Rayleighova vzdálenost a poloměr paprsku v bodě z se vypočítají podle následujících dvou vzorců.

Proto může být úhel divergence výstupního paprsku jednovidového vlákna přesně simulován, jak je znázorněno na obrázku níže. Je zřejmé, že existuje velká chyba ve výpočtu úhlů divergence pomocí NA podle teorie geometrické optiky. V tomto příkladu jsou NA a MFD 0,13 a 6,4 µm, v daném pořadí. Provozní vlnová délka je 980 nm a Rayleighova vzdálenost je 32,8 µm.

Jak je vidět z obrázku, divergence paprsku není lineární v Rayleighově vzdálenosti, ale může být považována za přibližně lineární ve vzdáleném poli. Dva úhly označené na obrázku jsou vypočteny ze sklonu jejich křivek. Pokud se k výpočtu použije výše uvedený vzorec aproximace vzdáleného pole, výsledek se převede na Úhel 5,61 stupně s malou chybou.

4. Jaké jsou faktory, které ovlivňují účinnost vazby jednovidového vlákna?

Účinnost vazby jednovidového vlákna lze zlepšit úpravou úhlu, polohy a profilu intenzity dopadajícího paprsku. Za předpokladu, že koncová plocha vlákna je plochá a kolmá k ose, může paprsek dosáhnout nejvyšší účinnosti vazby, pokud jsou splněny následující podmínky:

•Gaussův profil intenzity

• Kladný dopad z čela vlákna

• Pas je umístěn na konci vlákna

•Zarovnejte střed pasu se středem jádra

• Průměr pasu se rovná vláknu MFD

Světelné zdroje mohou omezovat účinnost vazby

Pokud laser vyzařuje pouze příčný mód nejnižšího řádu, pak je výstupem přibližně Gaussův paprsek, který lze efektivně spojit do jednovidového vlákna. Vazebná účinnost multimódových laserů nebo širokopásmových světelných zdrojů s jednovidovými vlákny je však velmi nízká a většina světla bude unikat, i když je zaostřeno na oblast jádra. Je to proto, že pouze část světla vícevidového zdroje odpovídá vzoru vedení jednovidového vlákna, takže vícevidový zdroj může poskytovat vyšší účinnost vazby s vícevidovým vláknem.

5. Je maximální úhel příjmu vícevidového vlákna pevný?

Problém závisí na typu vlákna. U vícevidových vláken s krokovým indexem je maximální úhel příjmu každého bodu na jádře stejný. Avšak pouze střed jádra vícevidového vlákna s odstupňovaným indexem může poskytnout maximální úhel dopadu. Čím dále od středu, tím menší je maximální úhel příjmu a maximální úhel příjmu v blízkosti rozhraní obložení má tendenci k 0.

Kontaktní informace:

Pokud máte nějaké nápady, neváhejte se na nás obrátit. Bez ohledu na to, kde jsou naši zákazníci a jaké jsou naše požadavky, budeme sledovat náš cíl poskytovat našim zákazníkům vysokou kvalitu, nízké ceny a nejlepší služby.