الليزر المقترن بالأليافيشير إلى الليزر الذي يستخدم الألياف الزجاجية المخدرة بعناصر أرضية نادرة كوسيط كسب.

هناك طريقتان رئيسيتان لدخول الإشارة الضوئية من الليزر إلى الألياف: الاقتران المباشر وتوصيل العدسة ، وينقسم اقتران العدسة إلى اقتران أحادي العدسة و اقتران متعدد العدسات. يمكن الحصول على كفاءة اقتران أعلى باستخدام اقتران العدسة من الاقتران المباشر. الميزة الرئيسية لاقتران العدسة المزدوجة هي أنه يمكن تشتيت التسامح بحيث يمكن أن تحتوي المكونات الموجودة في المسار البصري على مساحة إزاحة أكبر.

فيما يلي خمسة أسئلة عملية حول اقتران الألياف

1. متى يمكن استخدام NA لتقدير زاوية استقبال الألياف بدقة؟

يمكن تقدير أقصى زاوية استقبال للألياف متعددة الأوضاع بدقة من خلال الفتحة العددية (NA) ، لكن هذه العلاقة لا تنطبق على الألياف أحادية الوضع.يمكن حساب العلاقة بين NA وزاوية الاستقبال القصوى (θmax) بواسطة البصريات الهندسية. انظر الشكل التالي للصيغة. إذا تم النظر إلى الضوء الساقط على أنه شعاع ، فإن θmax يمثل قدرة الألياف على جمع الضوء خارج المحور: الأشعة (الأحمر والوردي) بزاوية ساقطة أقل من أو تساوي θmax تخضع للانعكاس الداخلي الكلي (TIR) ​​في الواجهة بين اللب والكسوة ، ولا بد أن تنتشر إلى الأمام في القلب. تُفقد الأشعة ذات الزاوية الساقطة الأكبر من θmax (الأزرق) في النهاية بسبب الانكسار.

زوايا الإصابة المتعددة ووضع الألياف

سوف تقترن الأشعة التي لها زاوية ساقطة أقل من أو تساوي θmax بأحد أوضاع التوجيه للألياف متعددة الأوضاع. بشكل عام ، كلما كانت زاوية الوقوع أصغر ، انخفض ترتيب وضع الألياف المثارة. تتركز معظم الطاقة في وضع الترتيب المنخفض بالقرب من المركز ، وتثير الأشعة التي تحدث عادةً الوضع الأقل ترتيبًا. فيما يلي رسم تخطيطي لانتشار ألياف بصرية متعددة الأوضاع.

الألياف أحادية الوضع مختلفة

NA المحسوبة بالصيغة أعلاه ليست الحد الأقصى لزاوية الوقوع للألياف أحادية النمط ، لذلك لا يمكنها تحديد قدرة الاستقبال البصري للألياف أحادية النمط. يوجد فقط أقل وضع دليل متحمس بواسطة ضوء ساقط بدرجة 0- في الألياف أحادية الوضع ، ويكون مخطط الانتشار على النحو التالي.

ليس من الدقيق تقدير زاوية التباعد لمخرجات الألياف أحادية الوضع بواسطة NA. في هذه الحالة ، تتباعد الحزمة بسبب الانعراج ، ولا تأخذ البصريات الهندسية هذا التأثير في الاعتبار ، لذلك هناك حاجة إلى البصريات الموجية.

2. لماذا يعتبر MFD متغيرًا مهمًا لليزر المقترن الليفي أحادي الوضع؟

عندما تنتشر الحزمة على طول الألياف أحادية الوضع ، فإنها تحافظ على مظهر شدة قريب من الشكل الغاوسي. يمكن تمييز عرض المظهر الجانبي بقطر حقل الوضع (MFD) ، أي عرض الامتداد عندما تنخفض الكثافة إلى 1 / e² من قيمة الذروة. قاعدة عامة: يبلغ قطر MFD حوالي 1.15 ضعف قطر نواة الألياف.

كلما اقترب الضوء الساقط من الضوء الغاوسي ، زادت كفاءة الاقتران. إذا كان الضوء الساقط هو Gaussian وخصر الحزمة يساوي ألياف MFD ، فيمكن تحقيق كفاءة اقتران عالية. من خلال استبدال MFD بقطر الخصر في صيغة الشعاع الغاوسي ، يمكن حساب معلمات الاقتران وزاوية التباعد للألياف أحادية الوضع بدقة.

تحديد معلمات الاقتران

تحتوي الألياف أحادية الوضع على وضع توجيه واحد فقط ، يمكن وصفه بوظيفة Bessel. بسبب الشكل المماثل ، يمكن أن يؤدي استخدام وظيفة Gaussian إلى تبسيط نمط الألياف مع توفير نتائج دقيقة. يوضح الشكل أدناه ملف تعريف شدة الوضع للألياف أحادية الوضع ، حيث لا يمكن إقران الضوء الساقط إلا في وضع الدليل إذا كان يتطابق معه.

وضع الليزر المقترن بالألياف أحادية الوضع

لتحسين كفاءة الاقتران للألياف أحادية الوضع ، من الضروري أن يقع وسط الحزمة الغاوسية العارضة في نهاية الألياف ، وأن تتطابق شدة الخصر وشدة الوضع وتتزامن. إذا كان قطر خصر الحزمة لا يساوي MFD ، يتغير شكل شعاع الشعاع أو ينحرف ، أو لا تسقط الحزمة محوريًا على طول الألياف ، فإن هذه الظروف ستقلل من كفاءة الاقتران.

3. هل يمكن لزمالة المدمنين المجهولين تقدير زاوية الاختلاف بدقة لمخرجات الألياف أحادية الوضع؟

يوجد خطأ كبير في تقدير زاوية التباعد للألياف أحادية النمط باستخدام NA. الطريقة الأكثر دقة هي استخدام نظرية انتشار الحزمة الغوسية. الصيغة التقريبية لحساب زاوية تباعد المجال البعيد للألياف أحادية الوضع هي كما يلي ، والنتيجة هي زاوية التباعد أو زاوية الاستقبال بالتقدير الدائري.

يشبه خرج الألياف أحادية الوضع الضوء الغاوسي ، على سبيل المثال ، زاوية الاختلاف المحسوبة بواسطة البصريات الهندسية لها انحراف كبير. زاوية الاختلاف المحسوبة بواسطة البصريات الهندسية تساوي arcsin (NA) ، والتي تنطبق فقط على الألياف العامة متعددة الأوضاع.

تنتج الألياف أحادية الوضع شعاعًا غاوسيًا. يتم حساب مسافة رايلي ونصف قطر الحزمة عند النقطة z بالصيغتين التاليتين على التوالي.

لذلك ، يمكن محاكاة زاوية التباعد لحزمة الإخراج للألياف أحادية الوضع بدقة ، كما هو موضح في الشكل أدناه. من الواضح أن هناك خطأ كبير في حساب زوايا التباعد باستخدام NA وفقًا لنظرية البصريات الهندسية. في هذا المثال ، NA و MFD هما 0 .13 و 6.4 ميكرومتر ، على التوالي. يبلغ الطول الموجي التشغيلي 980 نانومتر ومسافة رايلي 32.8 ميكرومتر.

كما يتضح من الشكل ، فإن تباعد الحزمة ليس خطيًا ضمن مسافة رايلي ولكن يمكن اعتباره خطيًا تقريبًا في المجال البعيد. يتم حساب الزاويتين المميزتين في الشكل من منحدر منحنياتهما. إذا تم استخدام صيغة تقريب المجال البعيد أعلاه للحساب ، يتم تحويل النتيجة إلى زاوية 5.61 درجة ، مع وجود خطأ بسيط.

4. ما هي العوامل التي تؤثر على كفاءة اقتران الألياف أحادية النمط؟

يمكن تحسين كفاءة الاقتران للألياف أحادية الوضع عن طريق ضبط الزاوية والموضع وشدة الحزمة العارضة. بافتراض أن الوجه النهائي للألياف مسطح وعمودي على المحور ، يمكن أن تصل الحزمة إلى أعلى كفاءة اقتران إذا تم استيفاء الشروط التالية:

• ملف كثافة جاوس

• نسبة حدوث إيجابية من الوجه النهائي للألياف

• يقع الخصر في نهاية الألياف

• قم بمحاذاة وسط الخصر مع المركز الأساسي

• قطر الخصر يساوي ألياف MFD

قد تحد مصادر الضوء من كفاءة الاقتران

إذا كان الليزر ينبعث فقط من الوضع العرضي الأدنى ترتيبًا ، فإن الناتج يكون تقريبًا شعاع غاوسي ، والذي يمكن أن يقترن بكفاءة في ليف أحادي الوضع. ومع ذلك ، فإن كفاءة الاقتران لليزر متعدد الأوضاع أو مصادر الضوء ذات النطاق العريض مع الألياف أحادية الوضع منخفضة للغاية ، وسيتم تسريب معظم الضوء حتى لو كان مركزًا على المنطقة الأساسية. هذا لأن جزءًا فقط من ضوء المصدر متعدد الأوضاع يتطابق مع نمط دليل الألياف أحادي الوضع ، لذلك يمكن أن يوفر المصدر متعدد الأوضاع كفاءة اقتران أعلى مع الألياف متعددة الأوضاع.

5. هل زاوية الاستقبال القصوى للألياف متعددة الأوضاع ثابتة؟

المشكلة تعتمد على نوع الألياف. بالنسبة للألياف متعددة الأنماط ذات مؤشر الخطوة ، تكون زاوية الاستقبال القصوى لكل نقطة على اللب هي نفسها. ومع ذلك ، فإن المركز الأساسي فقط للألياف متعددة الأنماط ذات المؤشر المتدرج يمكن أن يوفر أقصى زاوية للوقوع. كلما ابتعدت عن المركز ، كلما كانت زاوية الاستقبال القصوى أصغر وزاوية الاستقبال القصوى بالقرب من واجهة الكسوة تميل إلى 0.

معلومات الاتصال:

إذا كانت لديك أية أفكار ، فلا تتردد في التحدث إلينا. بغض النظر عن مكان وجود عملائنا ومتطلباتنا ، سوف نتبع هدفنا لتزويد عملائنا بجودة عالية وأسعار منخفضة وأفضل خدمة.