Sprzężenie włókien optycznych
Aby uzyskać dobrą wydajność sprzężenia, cechy skupionej wiązki (zwykle wiązki laserowej) należy dopasować do parametrów światłowodów. Ogólne wytyczne są takie, że (1) skoncentrowane miejsce powinno być porównywalne z rozmiarem rdzenia, (2) skupiona wiązka powinna znajdować się w środku rdzenia, a (3) kąt stożka padającego nie powinien przekraczać otworu numerycznego na włókna. Warunki (1) i (2) pokazano po lewej stronie ryc. 1, a warunek (3) pokazano po prawej stronie na ryc. 1. W przypadku włókien wielomodowych pierwsze dwa warunki są łatwo przystosowane z powodu dużej średnicy rdzenia. Dlatego dopasowanie soczewki sprzęgania do otworu numerycznego na włókna osiąga dobrą wydajność sprzęgania w włóknach wielomodowych.
Z tego punktu widzenia sprzężenie z włókienami jednomodowymi jest trudniejszym problemem. Mniejsza średnica rdzenia włókna jednomodowego wymaga więcej elementów opto-mechanicznych, aby umożliwić sprzężenie wiązki z dokładnością pozycjonowania submikronów. Ponadto tryb lasera padającego musi pasować do trybu włókna. Innymi słowy, wydajność sprzężenia zależy od całkowania nakładania się trybu gaussowskiego wiązki laserowej i przybliżonego fundamentalnego trybu gaussowskiego włókien.
Ryc. 1 Schemat sprzęgania optycznego z włóknem wielomodowym lub pojedynczym (po lewej). Warunki występowania w wielomodowym włóknie, tak że światło przepełnia się (po prawej górnej części) i niedmach (prawy dolny prawy) błonnik.
Rodzaje włókien optycznych
Wiele różnych rodzajów włókien optycznych może wykazywać bardzo różne geometrie, jak pokazano na rycinie 2. Standardowe włókna jednomodowe stosowane w komunikacji mają małe średnice rdzenia (mniej niż 10 mikronów), podczas gdy włókna wielomodowe mają średnice rdzenia od sześćdziesięciu do kilkuset mikronów. Włókna wielomodowe mogą mieć stopniowe lub stopniowe profile współczynnika załamania światła. Wspólne włókna specjalne są również powszechne, w tym włókna zachowujące uprzedzenie, kable światłowodowe o dużej mocy, włókna wrażliwe na zakręt i włókna dla ekstremalnych temperatur.
Rysunek 2 Różne typy światłowodów
Ze względu na ich rozpowszechnienie i użyteczność szczegółowo opisano dwa specyficzne typy włókien specjalistycznych: włókna domieszkowane pierwiastkiem ziem rzadkim i włókna kryształowe fotoniczne (PCF).
Włókna domieszkowane pierwiastkami ziem rzadkich: Włókna domieszkowane pierwiastkami ziem rzadkich są szczególnie ważne w przypadku laserów z włókien, ponieważ te domieszki (np. Współdo-domowe) mogą być stosowane jako pożywki laserowe. Zastosowanie podwójnie odzianych włókien domieszkowanych w rzadkim elemencie, umożliwia wydajne dopasowanie wiązki pompy, albo przez skupienie w wolnej przestrzeni, albo przez transmisję przez inne włókno, a te domieszkowane włókna można również wykorzystać do wytwarzania siatków Bragga (FBG) włókien wrażliwych na światło (Bragg Grating to okresowa modulacja materiału materiału materiału materiałowego, które odbijają światło, które są trwającymi okresem światła).
Wysokiej jakości FBG można zbudować z okresowego wzoru światła UV, do którego wystawiane jest światłowód światłowód (domieszki pierwiastków ziem rzadkich silnie wchłaniają UV). Kraty powstają, gdy włókno jest narażone na okresowe wzorce światła UV, które są zwykle generowane przez maskę fazową. Z punktu widzenia produkcji ta metoda wytwarzania jest szybka, niezawodna i wyraźnie atrakcyjna. Kije Bragga (FBG) są w stanie osiągnąć wysoki współczynnik współczynnika współczynnika współczynnika (do 99%) w stosunku do pasm wąskiej długości fali (patrz ryc. 3), co jest korzystne dla generowania luster wnęki w laserach włókien lub do stosowania jako filtry spektralne w systemach komunikacji światłowodowej.
Fotoniczne włókno kryształowe (PCF): Kryształy fotoniczne to mikrostrukturalne materiały, w których współczynnik załamania różni się okresowo w zależności od pozycji. W PCF ta okresowa zmienność osiąga się przez zwykłe wolne miejsca lub otwory powietrzne równoległe do osi (patrz ryc. 2). W przeciwieństwie do konwencjonalnych włókien optycznych, zarówno rdzeń, jak i okładzina są wykonane z tego samego materiału. Dlatego wszystkie właściwości falowodu w PCF wynikają z obecności wolnych miejsc pracy. PCF są zwykle podzielone na dwie główne kategorie: włókna przewodnie w współczynniku załamania z stałymi rdzeniami i fotoniczne włókna pasmowe z okresowymi elementami mikrostrukturalnymi i rdzeniami wykonanymi z materiałów niskiej załamania załamania światła (np. Z średnimi pola w dużych trybach od UV do IR, bardzo wysoka nieliniowość, a zdolność do posiadania wartości NA PCF jest szeroko stosowana w spektroskopii, metrologii, biomedycynie, obrazowaniu, telekomunikacji, przetwarzaniu przemysłowym i obronie.
Rysunek 3 Schematyczne i reprezentatywne widma transmisji i współczynnika odbicia.
