Сцепление оптических волокон
Чтобы получить хорошую эффективность связи, характеристики сфокусированного луча (обычно лазерный луч) должны соответствовать параметрам волокна. Общие руководящие принципы заключаются в том, что (1) сфокусированное место должно быть сопоставимы с размером ядра, (2) сфокусированный луч должен находиться в центре ядра, и (3) угол падающего конуса не должен превышать численную апертуру NA волокна. Условия (1) и (2) показаны на левой стороне рис. 1, а условие (3) показано на правой стороне рис. 1. Для многомодовых волокон первые два условия легко адаптируются из -за большого диаметра ядра. Следовательно, сопоставление линзы связи с численной апертурой NA клетчатки достигает хорошей эффективности муфты в многомодных волокнах.
С этой точки зрения, связь с одномодовыми волокнами является более сложной проблемой. Меньший диаметр ядра одномодового волокна требует больше оптомеханических элементов, чтобы сфокусированный луча соединялась с точностью позиционирования подметрона. Кроме того, режим падающего лазера должен соответствовать режиму волокна. Другими словами, эффективность связи зависит от интеграла перекрытия гауссового режима входного лазерного луча и приблизительного гауссового фундаментального режима волокна.
Рис. 1 Схематическая диаграмма оптической связи в мультимод или одномодовое волокно (слева). Условия заболеваемости в многомодном волокне, так что световой переполнение (вверху справа) и недостаточно (внизу справа) волокно.
Типы оптических волокон
Многие различные типы оптических волокон могут демонстрировать очень разные геометрии, как показано на рисунке 2. Стандартные одномодовые волокна, используемые в связи, имеют небольшие диаметры ядра (менее 10 микрон), в то время как мультимодные волокна имеют диаметры ядра от шестидесяти до нескольких сотен микрон. Многомодовые волокна могут иметь постепенные или шаги профили показателей преломления. Также распространены специальные волокна, в том числе волокна, сохраняющие смещение, мощные волоконно-оптические кабели, нежелательные волокна и волокна для экстремальных температур.
Рисунок 2 Различные типы волокон
Из -за их распространенности и полезности два специфических типа специальных волокон подробно описаны ниже: волокна легированных редкоземельных элементов и фотонные кристаллические волокна (PCF).
Редко-земные элементы легированные волокна: легированные волокна редкоземельного элемента особенно важны для лазеров волокна, потому что эти легирующие примеси (например, совместная легированная YB и ER-YB) могут использоваться в качестве лазерного усиления среды. Использование двойных легированных волокнов с редко-земляными элементами позволяет эффективно сопоставлять луч насоса, либо путем фокусировки свободного пространства, либо путем пропускания через другое волокно, и эти легированные волокна также могут использоваться для создания брэгга-решетки (FBG), чувствительных к легким волокнам (брюшная стержня является периодической модуляцией рефлексии материала, который отражает световые формирование.
Высококачественные FBG могут быть построены из периодического ультрафиолетового света, к которому обнажается фоточувствительное волокно (легирующие принуски редкоземельных элементов сильно поглощают УФ). Снопки образуются, когда волокно подвергается периодическим моделям ультрафиолетового света, которые обычно генерируются фазовой маской. С точки зрения производства этот метод изготовления быстрый, надежный и явно привлекательный. Брэггские режимы (FBG) способны к достижению высокой отражательной способности (до 99%) по сравнению с узкими полосами длины волны (см. Рис. 3), что полезно для создания зеркал полости в волоконно-лазерах или для использования в качестве спектральных фильтров в системах оптоволоконной связи.
Фотонное кристаллическое волокно (PCF): фотонные кристаллы представляют собой микроструктурированные материалы, в которых показатель преломления периодически варьируется в зависимости от положения. В PCF это периодическое изменение достигается регулярными вакансиями или воздушными отверстиями, параллельными оси (см. Рисунок 2). В отличие от обычных оптических волокон, как ядро, так и облицовка сделана из одного и того же материала. Следовательно, все волноводые свойства в PCF, возникающие из наличия вакансий. PCF обычно делятся на две основные категории: индексные индексные волокна с твердыми ядрами и волокнами фотонных полосовых счетов с периодическими микроструктурными элементами и ядрами, изготовленными из низкофакторных материалов (эг, полые ядра). Единственный режим с большими диаметрами поля от ультрафиолетового излучения до ИК, очень высокой нелинейности и способностью иметь значения для NA PCF, широко используются при спектроскопии, метрологии, биомедицине, визуализации, телекоммуникации, промышленной обработке и обороне.
Рисунок 3 Схема FBG и репрезентативные спектры передачи и отражения.
