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激光器與光纖是怎樣耦合的?
來(lai)源: 閱讀(du):905 發布時間(jian):2020-08-12 11:13:41
激光器與光纖是怎樣耦合的?

激光器發出的光信號進入光纖的途徑主要有兩種方式:直接耦合、透鏡耦合,其中透鏡耦合又分為單透鏡耦合和多透鏡耦合。利用透鏡耦合可以獲得比直接耦合更高的耦合效率。而采用雙透鏡耦合,其主要優勢就是可以分散公差,使得光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)使用劈形(cleaved)光(guang)(guang)纖(xian)或者錐形(tapered)光(guang)(guang)纖(xian)來實現。劈形光(guang)(guang)纖(xian)由(you)裸纖(xian)直(zhi)接劈開獲得(de),光(guang)(guang)纖(xian)端(duan)面為平面,價格較便宜,但由(you)于(yu)端(duan)面為平面所以(yi)反射(she)較大,并且(qie)與激(ji)光(guang)(guang)器耦合時插入損耗也較大(一般(ban)為9-12dB)。

錐(zhui)形光纖是(shi)在(zai)光纖的末梢(shao)結(jie)合了一個(ge)透鏡(jing),主要(yao)可以(yi)通過下面兩種方法(fa)形成:

1.熔(rong)化(hua)(hua)并(bing)將(jiang)光(guang)纖末(mo)端(duan)拉(la)制(zhi)成(cheng)錐形,這一方(fang)法(fa)將(jiang)使纖芯和包層(ceng)均被(bei)錐形化(hua)(hua)。通(tong)常(chang)使用電(dian)弧(hu)或者將(jiang)光(guang)纖伸入熔(rong)化(hua)(hua)的(de)(de)玻璃中去(qu)對光(guang)纖進行加熱(re)。通(tong)過控制(zhi)工藝過程可以控制(zhi)透鏡的(de)(de)對稱性。該方(fang)法(fa)可獲得大約(yue)2-3dB的(de)(de)插入損耗。

2.腐蝕或者打磨,該方法(fa)在光纖端面(mian)形成透鏡(jing)的同時保持纖芯的直徑不(bu)發生變化。而且可(ke)以獲(huo)(huo)得其它(ta)一些剖(pou)面(mian)外(wai)形(譬如拋物(wu)面(mian))而不(bu)僅(jin)僅(jin)是球(qiu)面(mian)。這種方法(fa)能夠獲(huo)(huo)得更好的耦(ou)合效率,在與激光器耦(ou)合時插入損耗可(ke)以低至(zhi)0.2-0.4dB左右。

對(dui)于直接(jie)耦合(he),光(guang)(guang)(guang)纖(xian)末(mo)端(duan)一般安(an)裝(zhuang)在靠近激光(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)地方。因(yin)此(ci),光(guang)(guang)(guang)纖(xian)必須延伸進封(feng)裝(zhuang)內部(bu),此(ci)時,如果器(qi)件要(yao)求密(mi)閉封(feng)裝(zhuang),還(huan)要(yao)對(dui)光(guang)(guang)(guang)纖(xian)進行金屬化(hua)以便與管殼進行密(mi)封(feng)處(chu)理(li)。此(ci)外(wai)(wai),在直接(jie)耦合(he)中影響光(guang)(guang)(guang)源到光(guang)(guang)(guang)纖(xian)耦合(he)效率的(de)主要(yao)因(yin)素是光(guang)(guang)(guang)源的(de)發散(san)角(jiao)和(he)光(guang)(guang)(guang)纖(xian)的(de)數值孔徑(NA)。另外(wai)(wai),光(guang)(guang)(guang)源的(de)發光(guang)(guang)(guang)面(mian)尺寸、光(guang)(guang)(guang)纖(xian)端(duan)面(mian)尺寸、形狀(zhuang)以及兩者間的(de)距離等也都會影響耦合(he)效率。

透鏡耦合

透(tou)鏡(jing)耦合可(ke)以是(shi)單透(tou)鏡(jing)也可(ke)以是(shi)多透(tou)鏡(jing)。當(dang)使(shi)用單透(tou)鏡(jing)時(shi),激光器(qi)到光纖端面(mian)的(de)距離由(you)透(tou)鏡(jing)前后兩(liang)面(mian)的(de)半徑決定(ding)。在(zai)使(shi)用多透(tou)鏡(jing)的(de)情(qing)況(kuang)下,光束通(tong)過第一個透(tou)鏡(jing)變成平行光,然(ran)后通(tong)過第二個透(tou)鏡(jing)聚焦。

在(zai)需要對反射進(jin)行(xing)嚴格控制的(de)時(shi)候可以將(jiang)隔(ge)離器放置在(zai)光(guang)束(shu)平行(xing)后的(de)任何(he)一個(ge)位(wei)置(即兩個(ge)透(tou)鏡間的(de)任何(he)位(wei)置)。此外,透(tou)鏡耦合可以將(jiang)其中一個(ge)透(tou)鏡安裝在(zai)管(guan)殼上,這樣(yang)光(guang)纖就(jiu)不必(bi)伸入(ru)管(guan)殼內部,也就(jiu)不必(bi)對光(guang)纖進(jin)行(xing)金屬(shu)化。

對準技術

對(dui)(dui)準(zhun)技術一(yi)般分為“有源(yuan)對(dui)(dui)準(zhun)”(active alignment)和(he)(he)“無(wu)源(yuan)對(dui)(dui)準(zhun)”(passive alignment)。在有源(yuan)對(dui)(dui)準(zhun)技術中,激(ji)光器(qi)或者探測器(qi)通過外加偏(pian)壓(ya)或電流使器(qi)件(jian)處于工(gong)作狀(zhuang)態(tai)下(xia)(xia)進行(xing)光軸等的對(dui)(dui)準(zhun)。對(dui)(dui)于無(wu)源(yuan)對(dui)(dui)準(zhun),有源(yuan)光器(qi)件(jian)不(bu)需要工(gong)作,而是通過某些(xie)標記來進行(xing)對(dui)(dui)準(zhun)。相比之下(xia)(xia),無(wu)源(yuan)對(dui)(dui)準(zhun)是一(yi)種較新的對(dui)(dui)準(zhun)技術,具有容(rong)易實現(xian)自動(dong)化、減少組裝設備和(he)(he)工(gong)序等優點(dian)。

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