Laser kết hợp sợi quangđề cập đến tia laser sử dụng sợi thủy tinh pha tạp các nguyên tố đất hiếm làm phương tiện khuếch đại.

Có hai cách chính để tín hiệu quang từ laser đi vào sợi quang: ghép nối trực tiếp và ghép nối thấu kính, ghép nối thấu kính được chia thành ghép nối một thấu kính và ghép nối nhiều thấu kính. Hiệu quả khớp nối cao hơn có thể đạt được bằng cách sử dụng khớp nối thấu kính so với khớp nối trực tiếp. Ưu điểm chính của ghép nối ống kính kép là dung sai có thể được phân tán để các thành phần trong đường dẫn quang học có thể có không gian dịch chuyển lớn hơn.

Dưới đây là năm câu hỏi thực tế về khớp nối sợi quang

1. Khi nào có thể sử dụng NA để ước tính chính xác Góc nhận sợi quang?

Góc nhận tối đa của sợi quang đa mode có thể được ước tính chính xác bằng khẩu độ số (NA), nhưng mối quan hệ này không áp dụng cho sợi quang đơn mode.Mối quan hệ giữa NA và Góc thu tối đa (θmax) có thể được tính toán bằng quang học hình học. Xem hình sau để biết công thức. Nếu ánh sáng tới được xem là một tia, θmax thể hiện khả năng của sợi quang thu ánh sáng lệch trục: các tia (đỏ và hồng) có Góc tới nhỏ hơn hoặc bằng θmax trải qua phản xạ toàn phần bên trong (TIR) ​​tại giao diện giữa lõi và lớp phủ, và chắc chắn sẽ lan truyền về phía trước trong lõi. Các tia có Góc tới lớn hơn θmax (màu xanh) cuối cùng sẽ bị mất do khúc xạ.

Nhiều góc tới và chế độ sợi quang

Các tia có Góc tới Nhỏ hơn hoặc bằng θmax sẽ được ghép với một trong các mode dẫn của sợi quang đa mode. Nói chung, Góc tới càng nhỏ thì bậc mode của sợi kích thích càng thấp. Phần lớn năng lượng tập trung ở mode bậc thấp gần tâm, và các tia tới thông thường kích thích mode bậc thấp nhất. Sau đây là sơ đồ truyền của hai sợi quang đa mode.

Sợi đơn mode là khác nhau

NA tính theo công thức trên không phải là Góc tới cực đại của sợi quang đơn mode nên không thể đặc trưng cho khả năng thu quang của sợi quang đơn mode. Chỉ có chế độ dẫn hướng thấp nhất được kích thích bởi 0-ánh sáng tới cấp độ mới tồn tại trong sợi quang đơn mode và sơ đồ lan truyền như sau.

Không chính xác khi ước tính Góc phân kỳ của đầu ra sợi quang đơn mode bằng NA. Trong trường hợp này, chùm tia phân kỳ do nhiễu xạ và quang học hình học không xem xét hiệu ứng này, vì vậy quang học sóng là cần thiết.

2. Tại sao MFD lại là một thông số quan trọng đối với Laser ghép sợi quang đơn mode?

Khi chùm tia truyền dọc theo sợi quang đơn mode, nó duy trì cấu hình cường độ gần với hình dạng Gaussian. Chiều rộng của cấu hình có thể được đặc trưng bởi đường kính trường chế độ (MFD), tức là chiều rộng nhịp khi cường độ giảm xuống 1/e² của giá trị cực đại. Quy tắc ngón tay cái: MFD có kích thước gấp khoảng 1,15 lần đường kính của lõi sợi quang.

Ánh sáng tới càng gần với ánh sáng Gaussian thì hiệu suất ghép càng cao. Nếu ánh sáng tới là Gaussian và eo chùm tia bằng MFD sợi quang, thì có thể đạt được hiệu quả ghép nối cao. Bằng cách thay thế MFD thành đường kính thắt lưng trong công thức chùm tia Gaussian, các tham số khớp nối và Góc phân kỳ của sợi quang đơn mode có thể được tính toán chính xác.

Xác định thông số khớp nối

Sợi đơn mode chỉ có một chế độ hướng dẫn, có thể được mô tả bằng hàm Bessel. Do có hình dạng tương tự, việc sử dụng hàm Gaussian có thể đơn giản hóa mẫu sợi đồng thời mang lại kết quả chính xác. Hình dưới đây cho thấy cấu hình cường độ chế độ của sợi đơn mode, trong đó ánh sáng tới chỉ có thể được ghép vào chế độ dẫn hướng nếu nó khớp với nó.

Laser kết hợp sợi quang đơn mode

Để cải thiện hiệu quả ghép nối của sợi quang đơn mode, cần phải có phần eo của chùm Gaussian tới nằm ở đầu sợi quang, đồng thời cường độ của phần eo và cường độ chế độ khớp và trùng khớp. Nếu đường kính eo của chùm tia không bằng MFD, cấu hình cường độ chùm tia thay đổi hoặc sai lệch hoặc chùm tia không tới dọc theo chiều dọc của sợi, những điều kiện này sẽ làm giảm hiệu quả ghép nối.

3. NA có thể ước tính chính xác Góc phân kỳ của đầu ra sợi quang đơn mode không?

Có một lỗi lớn trong việc ước tính Góc phân kỳ của sợi quang đơn mode bằng cách sử dụng NA. Một phương pháp chính xác hơn là sử dụng lý thuyết truyền chùm tia Gaussian. Công thức gần đúng để tính Góc phân kỳ trường xa của sợi đơn mode như sau và kết quả là Góc phân kỳ hoặc Góc nhận tính bằng radian.

Đầu ra của sợi quang đơn mode tương tự như ánh sáng Gaussian, chẳng hạn như góc phân kỳ được tính toán bằng quang học hình học có độ lệch lớn. Góc phân kỳ được tính toán bằng quang học hình học bằng arcsin(NA), chỉ áp dụng cho sợi đa mode nói chung.

Sợi quang đơn mode tạo ra chùm tia Gaussian. Khoảng cách Rayleigh và bán kính chùm tia tại điểm z lần lượt được tính theo hai công thức sau.

Do đó, Góc phân kỳ của chùm tia đầu ra của sợi quang đơn mode có thể được mô phỏng chính xác, như thể hiện trong hình bên dưới. Rõ ràng, có một lỗi lớn trong việc tính toán Góc phân kỳ bằng NA theo lý thuyết quang hình học. Trong ví dụ này, NA và MFD lần lượt là 0.13 và 6.4 µm. Bước sóng hoạt động là 980 nm và khoảng cách Rayleigh là 32,8 µm.

Như có thể thấy từ hình vẽ, sự phân kỳ của chùm tia không tuyến tính trong khoảng cách Rayleigh nhưng có thể được coi là xấp xỉ tuyến tính trong trường xa. Hai góc được đánh dấu trong hình được tính từ độ dốc của các đường cong của chúng. Nếu công thức xấp xỉ trường xa ở trên được sử dụng để tính toán, kết quả được chuyển đổi thành Góc 5,61 độ , với sai số nhỏ.

4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả ghép nối của sợi quang đơn mode là gì?

Hiệu quả ghép nối của sợi quang đơn mode có thể được cải thiện bằng cách điều chỉnh cấu hình Góc, vị trí và cường độ của chùm tia tới. Giả sử mặt đầu sợi phẳng và vuông góc với trục, dầm có thể đạt hiệu suất ghép cao nhất nếu thỏa mãn các điều kiện sau:

•Hồ sơ cường độ Gaussian

•Tác động tích cực từ mặt đầu sợi quang

•Eo nằm ở cuối sợi

• Căn chỉnh tâm eo với tâm lõi

• Đường kính thắt lưng bằng sợi MFD

Nguồn sáng có thể hạn chế hiệu quả ghép nối

Nếu tia laze chỉ phát ra chế độ ngang bậc thấp nhất, thì đầu ra xấp xỉ chùm tia Gaussian, có thể được ghép hiệu quả vào sợi quang đơn mode. Tuy nhiên, hiệu suất ghép của laser đa chế độ hoặc nguồn sáng dải rộng với sợi đơn chế độ là rất thấp và hầu hết ánh sáng sẽ bị rò rỉ ngay cả khi nó được tập trung vào vùng lõi. Điều này là do chỉ một phần ánh sáng của nguồn đa chế độ khớp với mẫu dẫn hướng sợi quang đơn mode, vì vậy nguồn đa chế độ có thể mang lại hiệu quả ghép nối cao hơn với sợi quang đa chế độ.

5. Góc nhận tối đa của cáp quang đa mode có cố định không?

Vấn đề phụ thuộc vào loại sợi. Đối với các sợi đa chế độ chỉ số bước, Góc nhận tối đa của từng điểm trên lõi là như nhau. Tuy nhiên, chỉ trung tâm lõi của sợi quang đa chế độ có chỉ số được phân loại mới có thể cung cấp Góc tới tối đa. Càng xa trung tâm, Góc nhận tối đa càng nhỏ và Góc nhận tối đa gần giao diện ốp có xu hướng 0.

Thông tin liên lạc:

Nếu bạn có bất kỳ ý tưởng nào, vui lòng nói chuyện với chúng tôi. Bất kể khách hàng của chúng tôi ở đâu và yêu cầu của chúng tôi là gì, chúng tôi sẽ làm theo mục tiêu của mình để cung cấp cho khách hàng chất lượng cao, giá thấp và dịch vụ tốt nhất.