Koppeling van optische vezels
Om een goede koppelingsefficiëntie te verkrijgen, moeten de kenmerken van de gerichte balk (meestal de laserstraal) worden gekoppeld aan de vezelparameters. De algemene richtlijnen zijn dat (1) de gerichte plek vergelijkbaar moet zijn met de kerngrootte, (2) de gerichte balk moet zich in het midden van de kern bevinden en (3) de invallende kegelhoek mag de numerieke opening NA van de vezel niet overschrijden. De omstandigheden (1) en (2) worden getoond aan de linkerkant van figuur 1, en toestand (3) wordt getoond aan de rechterkant van Fig. 1. Voor multimode -vezels worden de eerste twee voorwaarden gemakkelijk aangepast vanwege de grote kerndiameter. Daarom bereikt het matchen van de koppelingslens met de numerieke opening NA van de vezel een goede koppelingsefficiëntie in multimode -vezels.
Vanuit dit oogpunt is koppeling aan single-mode vezels een moeilijker probleem. De kleinere kerndiameter van een single-mode vezel vereist meer opto-mechanische elementen om de gerichte bundel in combinatie met sub-micron-positioneringsnauwkeurigheid te kunnen worden. Bovendien moet de modus van de invallende laser overeenkomen met de modus van de vezel. Met andere woorden, de koppelingsefficiëntie hangt af van de overlapping -integrale van de Gaussiaanse modus van de inputlaserstraal en de geschatte Gaussiaanse fundamentele modus van de vezel.
Fig. 1 Schematisch diagram van optische koppeling in een multimode of single-mode vezel (links). Incidentieomstandigheden in een multimode -vezel zodat lichte overloopt (rechtsboven) en onderfollen (rechtsonder) de vezel.
Soorten optische vezels
Veel verschillende soorten optische vezels kunnen zeer verschillende geometrieën vertonen, zoals weergegeven in figuur 2. Standaard single-modus vezels die in communicatie worden gebruikt, hebben kleine kerndiameters (minder dan 10 micron), terwijl multimode-vezels kerndiameters hebben variërend van zestig tot honderden microns. Multimode -vezels kunnen geleidelijke of stappenbrekingsindexprofielen hebben. Speciale vezels zijn ook gebruikelijk, waaronder vooringenomen besmettingsvezels, krachtige transmissie-glasvezeloptische kabels, buid-ongevoelige vezels en vezels voor extreme temperaturen.
Figuur 2 verschillende vezeltypen
Vanwege hun prevalentie en nut, worden twee specifieke soorten speciale vezels hieronder gedetailleerd beschreven: zeldzame aardelementen gedoteerde vezels en fotonische kristalvezels (PCF).
Zeldzame aardelementen gedoteerde vezels: zeldzame aardelementen gedoteerde vezels zijn vooral belangrijk voor vezellasers omdat deze doteermiddelen (bijv. Nd, YB en ER-YB co-gedoteerd) kunnen worden gebruikt als laserwinstmedia. Het gebruik van dubbele geklede zeldzame-aarde-elementen gedoteerde vezels maakt efficiënte matching van de pompstraal mogelijk, hetzij door focus van vrije ruimte of door transmissie door een andere vezel, en deze gedoteerde vezels kunnen ook worden gebruikt om Bragg-roosters te maken (FBG) lichtgevoelige vezels (Bragg-rooster is een periodieke modulatie van een refractieve indeling van het grasen van het grasen).
FBG's van hoge kwaliteit kunnen worden geconstrueerd uit het periodieke patroon van UV-licht waaraan de lichtgevoelige vezel wordt blootgesteld (zeldzame aardelementen die uV sterk absorberen). Roosters worden gevormd wanneer de vezel wordt blootgesteld aan periodieke patronen van UV -licht, die meestal worden gegenereerd door een fasemasker. Vanuit een productiepunt is deze methode van fabricage snel, betrouwbaar en duidelijk aantrekkelijk. Bragg-roosters (FBG's) zijn in staat om een hoge reflectiviteit (tot 99%) te bereiken over smalle golflengtebanden (zie Fig. 3), wat gunstig is voor het genereren van holtespiegels in vezellasers of voor gebruik als spectrale filters in vezeloptische communicatiesystemen.
Fotonische kristalvezel (PCF): fotonische kristallen zijn microstructureerde materialen waarin de brekingsindex periodiek varieert met positie. In een PCF wordt deze periodieke variatie bereikt door regelmatige vacatures of luchtgaten evenwijdig aan de as (zie figuur 2). In tegenstelling tot conventionele optische vezels, zijn zowel de kern als de bekleding gemaakt van hetzelfde materiaal. Therefore, all waveguiding properties in PCFs arise from the presence of vacancies.PCFs are usually divided into two main categories: refractive index guided fibers with solid cores and photonic bandgap fibers with periodic microstructural elements and cores made of low refractive index materials (eg, hollow cores).PCFs have properties not found in ordinary optical fibers, such as the ability to operate In een enkele modus met grote modusvelddiameters van UV tot IR, worden zeer hoge niet -lineariteit en de mogelijkheid om waarden voor NA PCF's te hebben veel gebruikt in spectroscopie, metrologie, biomedicine, beeldvorming, telecommunicatie, industriële verwerking en verdedigingstoepassingen.
Figuur 3 FBG -schematische en representatieve transmissie- en reflectiespectra.
