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关于光纤耦合的3种常见方式简介

光纤由于其独特的优势广泛应用于各种传输系统中。而在光纤传输系统的高传输效率包括光纤的传输效率和激光与光纤耦合的效率。随着光纤加工技术的逐渐成熟,光纤传输损耗已经大大降低了。因此光源与光纤的耦合问题越来越突出。本文为您简单介绍一下光纤耦合的3种分类方式。
 

光纤介绍

在了解光纤耦合之前,我们先来简单介绍一下光纤。

光纤是一种将信号从一端传送到另一端的媒介。一般由纤芯、包层和涂覆层组成。

光纤结构.jpg

光纤种类很多,根据材料、传输模式、折射率分布和工作波长大致可分为以下几种。

光纤分类.jpg

在实际应用中,需要根据具体的应用场景选择适合的光纤进行连接。

光纤耦合方式分类

光纤耦合是采用光学系统对一端的光束进行准直、整形、变换,进一步耦合到另一端光纤中的一个过程。一方面可以改善光束质量,另一方面由于光纤柔软可弯曲,可以将光能量导向任意方向,极大提高应用范围。

 

耦合方式.jpg 

直接耦合

直接耦合是使光纤直接对准光源输出的光进行的“对接”耦合。通常情况下,主要包括光纤直接耦合和光纤微透镜直接耦合两种。这种耦合方式具有灵活方便、加工制作简单的优点。

光纤直接耦合

所谓的光纤直接耦合就是将激光器直接与光纤对准连接。通常情况下,光纤芯径的匹配以及光纤数值孔径NA的匹配是影响光纤直接耦合效率的主要原因。

光纤直接耦合.jpg

NA是光纤的主要参数,它代表光纤端面接收光能力的大小。NA越大,光纤接收能光的能力越强。

光纤直接耦合-2.gif

光纤微透镜直接耦合

减小透镜焦距可以提高耦合效率,要得到最小的透镜,就是直接将光纤端面制成一定大小和形状的微透镜,然后直接对准激光器进行耦合。光纤端面使用一定的加工工艺制作成这种锥形得光纤耦合效率较高,制作工艺较简单,且体积小,价格低。把光纤端面加工成半球形得微透镜,则相当于增加了系统中的数值孔径,可以提高耦合效率。示意图如下图所示。

光纤微透镜耦合.jpg

光学透镜耦合

光学透镜耦合法是目前光源和光纤耦合时常用的方法之一。一般可分为单透镜、自聚焦透镜和组合透镜系统等。

光绪哦透镜耦合.jpg

单透镜

单透镜-1.png

 

这种耦合方式通常是由单个透镜构成。其根据形状又可分为球面透镜和非球面透镜(例如非球面柱面透镜)。这种耦合方式的效率比直接耦合方式高出很多。但对透镜的设计要求比较高,需根据激光器光源的特性和光纤特性选择合适的透镜。

自聚焦透镜

自聚焦透镜又称为梯度渐变折射率(GRIN)透镜。具有聚焦和准直的功能,可以应用在多种不同的微型光学器件(如耦合器、准直器、隔离器等)。

自聚焦透镜.jpg

对于自聚焦透镜来说,其体积比较小,耦合率比较高,损耗比较低。但是,必须需要精密测量和复杂计算,才能进一步优化透镜的折射率分布。

组合透镜系统

在许多光纤耦合系统中,为了进一步提高耦合效率,通常情况下,会将各种光透镜(如球透镜、柱透镜、自聚焦透镜,以及锥形光纤等)进行组合组合。通过透镜的组合可以大幅度提高耦合效率。

组合透镜耦合.jpg

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