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激光器與光纖是怎樣耦合的?
來源: 閱讀:1052 發布時間:2020-05-21 13:24:19
激光器與光纖是怎樣耦合的?

激光(guang)(guang)器發出的光(guang)(guang)信號進入光(guang)(guang)纖的途徑(jing)主要有兩(liang)種方式:直(zhi)(zhi)接耦(ou)合(he)、透鏡耦(ou)合(he),其(qi)中透鏡耦(ou)合(he)又分(fen)為(wei)單透鏡耦(ou)合(he)和(he)多透鏡耦(ou)合(he)。利(li)用(yong)透鏡耦(ou)合(he)可以獲得比直(zhi)(zhi)接耦(ou)合(he)更高(gao)的耦(ou)合(he)效(xiao)率。而采用(yong)雙透鏡耦(ou)合(he),其(qi)主要優(you)勢就是可以分(fen)散公差,使(shi)得光(guang)(guang)路上的元件可以有更大的位移空間。

直接耦合

直(zhi)接耦合可以(yi)使用劈(pi)(pi)形(cleaved)光纖(xian)或者錐(zhui)形(tapered)光纖(xian)來實現。劈(pi)(pi)形光纖(xian)由裸纖(xian)直(zhi)接劈(pi)(pi)開(kai)獲得,光纖(xian)端面為平面,價格較便宜(yi),但(dan)由于端面為平面所(suo)以(yi)反射較大(da),并且與激光器耦合時插(cha)入損(sun)耗(hao)也較大(da)(一般為9-12dB)。

錐形光纖是在光纖的(de)末梢結(jie)合了一個透鏡(jing),主要可以通(tong)過下面兩種方法形成:

1.熔化(hua)并將光(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)末端拉制(zhi)成錐形(xing),這一方法將使(shi)纖(xian)(xian)(xian)芯和(he)包層均被錐形(xing)化(hua)。通常(chang)使(shi)用電弧或者將光(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)伸入(ru)熔化(hua)的(de)(de)玻璃中去對光(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)進行加熱(re)。通過控制(zhi)工藝過程可以(yi)控制(zhi)透鏡的(de)(de)對稱(cheng)性。該方法可獲得大(da)約2-3dB的(de)(de)插入(ru)損(sun)耗。

2.腐蝕或者打(da)磨(mo),該方法在(zai)光(guang)纖(xian)端面(mian)形成(cheng)透鏡的同時保持(chi)纖(xian)芯的直徑(jing)不(bu)發生變化。而(er)且可以獲得(de)其它一些剖面(mian)外(wai)形(譬如拋物面(mian))而(er)不(bu)僅僅是(shi)球(qiu)面(mian)。這(zhe)種(zhong)方法能夠獲得(de)更好(hao)的耦合(he)效(xiao)率,在(zai)與激光(guang)器耦合(he)時插入損耗(hao)可以低(di)至0.2-0.4dB左右。

對于直接耦(ou)合,光(guang)(guang)纖(xian)(xian)末(mo)端一般安(an)裝(zhuang)在(zai)靠近激光(guang)(guang)器的(de)(de)地方(fang)。因(yin)(yin)此,光(guang)(guang)纖(xian)(xian)必(bi)須延伸進(jin)封裝(zhuang)內部,此時,如果器件要(yao)(yao)求密閉(bi)封裝(zhuang),還要(yao)(yao)對光(guang)(guang)纖(xian)(xian)進(jin)行(xing)金屬(shu)化以便(bian)與(yu)管(guan)殼進(jin)行(xing)密封處理。此外(wai)(wai),在(zai)直接耦(ou)合中影(ying)響光(guang)(guang)源到(dao)光(guang)(guang)纖(xian)(xian)耦(ou)合效率的(de)(de)主要(yao)(yao)因(yin)(yin)素是光(guang)(guang)源的(de)(de)發散角和光(guang)(guang)纖(xian)(xian)的(de)(de)數值孔(kong)徑(NA)。另外(wai)(wai),光(guang)(guang)源的(de)(de)發光(guang)(guang)面尺(chi)寸(cun)、光(guang)(guang)纖(xian)(xian)端面尺(chi)寸(cun)、形狀以及兩者間的(de)(de)距離等也都會影(ying)響耦(ou)合效率。

透鏡耦合

透(tou)鏡耦合可(ke)以(yi)是單透(tou)鏡也可(ke)以(yi)是多透(tou)鏡。當使(shi)用單透(tou)鏡時,激(ji)光器到光纖端面的(de)距離(li)由(you)透(tou)鏡前后(hou)兩面的(de)半徑(jing)決定。在使(shi)用多透(tou)鏡的(de)情況(kuang)下,光束(shu)通過(guo)第一(yi)個透(tou)鏡變成(cheng)平(ping)行(xing)光,然后(hou)通過(guo)第二個透(tou)鏡聚焦。

在(zai)需要(yao)對反射(she)進行嚴(yan)格控制的(de)時候可以將(jiang)隔離器放置在(zai)光束平行后的(de)任(ren)何(he)一個位(wei)置(即兩個透鏡(jing)(jing)間(jian)的(de)任(ren)何(he)位(wei)置)。此外,透鏡(jing)(jing)耦合可以將(jiang)其中(zhong)一個透鏡(jing)(jing)安(an)裝在(zai)管(guan)殼上,這樣光纖(xian)就不必伸入管(guan)殼內部,也(ye)就不必對光纖(xian)進行金屬(shu)化。

對準技術

對(dui)(dui)(dui)準技術(shu)一般分(fen)為“有(you)源對(dui)(dui)(dui)準”(active alignment)和“無源對(dui)(dui)(dui)準”(passive alignment)。在(zai)有(you)源對(dui)(dui)(dui)準技術(shu)中,激光器(qi)或者探測(ce)器(qi)通過外加偏壓或電流使器(qi)件處(chu)于工(gong)作(zuo)狀態下進(jin)行(xing)光軸等的對(dui)(dui)(dui)準。對(dui)(dui)(dui)于無源對(dui)(dui)(dui)準,有(you)源光器(qi)件不需要工(gong)作(zuo),而是通過某些標記來進(jin)行(xing)對(dui)(dui)(dui)準。相比之下,無源對(dui)(dui)(dui)準是一種較(jiao)新的對(dui)(dui)(dui)準技術(shu),具有(you)容易實(shi)現自動化、減少組裝設備(bei)和工(gong)序等優點。

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