Kopplung der optischen Fasern
Um eine gute Kopplungseffizienz zu erzielen, müssen die Eigenschaften des fokussierten Strahls (normalerweise des Laserstrahls) an die Faserparameter abgestimmt werden. Die allgemeinen Richtlinien lautet, dass (1) der fokussierte Fleck mit der Kerngröße vergleichbar sein sollte, (2) der fokussierte Strahl in der Mitte des Kerns sein sollte, und (3) der einfallende Kegelwinkel sollte die numerische Apertur -NA der Faser nicht überschreiten. Die Bedingungen (1) und (2) sind auf der linken Seite von Fig. 1 dargestellt, und der Zustand (3) ist auf der rechten Seite von Abb. 1 dargestellt. Für Multimode -Fasern können die ersten beiden Bedingungen aufgrund des großen Kerndurchmessers leicht angepasst werden. Daher erreicht die Übereinstimmung der Kupplungslinse mit der numerischen Apertur -NA der Faser eine gute Kopplungseffizienz in Multimode -Fasern.
Aus dieser Sicht ist die Kopplung mit Einzelmodusfasern ein schwierigeres Problem. Der kleinere Kerndurchmesser einer einzelmodischen Faser erfordert mehr opto-mechanische Elemente, damit der fokussierte Strahl mit der Genauigkeit der Submikronpositionierungsgenauigkeit gekoppelt werden kann. Darüber hinaus muss der Modus des einfallenden Lasers mit der Art der Faser übereinstimmen. Mit anderen Worten, die Kopplungseffizienz hängt vom Überlappungsintegral des Gaußschen Modus des Eingangslaserstrahls und des ungefähren Gaußschen grundlegenden Modus der Faser ab.
Abb. 1 Schematisches Diagramm der optischen Kopplung in einen Multimode- oder Einzelmodusfaser (links). Inzidenzbedingungen in einer Multimode -Faser, so dass Lichtüberläufe (oben rechts) und unter den Fasern (unten rechts) die Faser unterbinden.
Arten von optischen Fasern
Viele verschiedene Arten von optischen Fasern können sehr unterschiedliche Geometrien aufweisen, wie in Abbildung 2 gezeigt. Standard-Einzelmodusfasern, die in Kommunikation verwendet werden, haben kleine Kerndurchmesser (weniger als 10 Mikrometer), während Multimode-Fasern Kerndurchmesser von sechzig bis mehrere hundert Mikrometer haben. Multimode -Fasern können allmähliche oder Schritt -Brechungsindexprofile aufweisen. Spezialfasern sind ebenfalls üblich, einschließlich vegetierter Fasern, Hochleistungs-Glasfaserkabel, biegeunempfindlichen Fasern und Fasern für extreme Temperaturen.
Abbildung 2 verschiedene Fasertypen
Aufgrund ihrer Prävalenz und Nützlichkeit werden zwei spezifische Arten von Spezialfasern im Folgenden ausführlich beschrieben: dotierte Fasern und photonische Kristallfasern (PCF).
Dotierende Fasern von Seltenerdelementen: Dopierte Fasern von Seltenerdelementen sind für Faserlaser besonders wichtig, da diese Dotiermittel (z. Die Verwendung von doppelt gekleideten dotierten Fasern mit seltenen Erde-Elementen ermöglicht eine effiziente Übereinstimmung des Pumpenstrahls, entweder durch Fokussierung von Freiraum oder durch Übertragung durch eine andere Faser, und diese dotierten Fasern können auch verwendet werden, um die Bragg-Streitmagie (FBG) leicht empfindlicher Fasern zu machen (BRAGK-KRETTER-KREIDISCHEN (BRAGGEN-KREID) MACHEN SIE DIE BRAGGEN-GRETTER (FBG).
Hochwertige FBGs können aus dem periodischen Muster von UV-Licht konstruiert werden, dem die photosensitive Faser ausgesetzt ist (Dotiermittel für Seltenerdelemente, die stark UV absorbieren). Gitter werden gebildet, wenn die Faser periodische Muster von UV -Licht ausgesetzt ist, die typischerweise durch eine Phasenmaske erzeugt werden. Aus Produktionsstandpunkt ist diese Herstellungsmethode schnell, zuverlässig und deutlich attraktiv. Bragg-Gitter (FBGs) sind in der Lage, ein hohes Reflexionsvermögen (bis zu 99%) über schmale Wellenlängenbanden (siehe Abb. 3) zu erreichen, was für die Erzeugung von Hohlraumspiegeln in Faserlasern oder zur Verwendung als Spektralfilter in Glasfaser-optischen Kommunikationssystemen vorteilhaft ist.
Photonische Kristallfaser (PCF): Photonische Kristalle sind mikrostrukturierte Materialien, bei denen der Brechungsindex regelmäßig mit der Position variiert. In einem PCF wird diese periodische Variation durch regelmäßige offene Stellen oder Luftlöcher parallel zur Achse erreicht (siehe Abbildung 2). Im Gegensatz zu herkömmlichen optischen Fasern bestehen sowohl der Kern als auch die Verkleidung aus demselben Material. Daher ergeben sich alle Wellenleitungseigenschaften in PCFs aus dem Vorhandensein von freien Stellen. PCFs werden normalerweise in zwei Hauptkategorien unterteilt: Brechungsindex -geführte Fasern mit festen Kernen und photonischen Bandlückenfasern mit periodischen Mikrostrukturelementen und Kern, die aus niedrigem Brechung indexiert sind (z. B. hohlkorte, orientiert. Felddurchmesser großer Modus von UV zu IR, sehr hohe Nichtlinearität und die Fähigkeit, Werte für NA -PCFs zu haben, werden häufig in Spektroskopie, Metrologie, Biomedizin, Bildgebung, Telekommunikation, industrieller Verarbeitung und Verteidigungsanwendungen verwendet.
Abbildung 3 FBG Schematische und repräsentative Übertragungs- und Reflexionsspektren.
