Spojenie optických vlákien
Aby sa dosiahla dobrá účinnosť spojenia, musia sa charakteristiky zaostreného lúča (obvykle laserovým lúčom) prispôsobiť parametrom vlákna. Všeobecné usmernenia spočívajú v tom, že (1) zaostrené miesto by malo byť porovnateľné s veľkosťou jadra, (2) zameraný lúč by mal byť v strede jadra a (3) uhol dopadajúceho kužeľa by nemal prekročiť numerickú otvoru NA vlákna. Podmienky (1) a (2) sú znázornené na ľavej strane obr. 1 a stav (3) je znázornený na pravej strane obr. 1. Pre multimódové vlákna sa prvé dve podmienky ľahko prispôsobia v dôsledku veľkého priemeru jadra. Zodpovedanie spojovacej šošovky s numerickou apertúrou NA vlákna dosahuje dobrú účinnosť spojenia vo vláknach multimód.
Z tohto hľadiska je spojenie s vláknami s jedným režimom zložitejším problémom. Menší priemer jadra vlákna s jedným režimom vyžaduje viac opto-mechanických prvkov, aby sa umožnil spojený lúč, ktorý sa spája s presnosťou polohovania submikrónu. Okrem toho sa musí režim incidentného lasera zhodovať s režimom vlákna. Inými slovami, účinnosť spojenia závisí od prekrývania integrálu gaussovského režimu vstupného laserového lúča a približného gaussovského základného režimu vlákna.
Obr. 1 Schematický diagram optickej väzby na multimódové alebo jednorazové vlákno (vľavo). Podmienky incidencie vo vlákne multimódového vlákna tak, že svetlo preteká (vpravo hore) a podplňovanie (vpravo dole) vlákniny.
Typy optických vlákien
Mnoho rôznych typov optických vlákien môže vykazovať veľmi odlišné geometrie, ako je znázornené na obrázku 2. Štandardné vlákna s jedným režimom používané v komunikáciách majú malé jadrové priemery (menej ako 10 mikrónov), zatiaľ čo multimódové vlákna majú jadrové priemery v rozmedzí od šesťdesiatich do niekoľkých stoviek mikrónov. Multimódové vlákna môžu mať postupné alebo krokové indexové profily. Špeciálne vlákna sú tiež bežné, vrátane vlákien s predpätím, vysokorýchlostných káblov z optických vlákien, vlákien necitlivých na ohyby a vlákien pre extrémne teploty.
Obrázok 2 Rôzne typy vlákien
Vzhľadom na ich prevalenciu a užitočnosť sú podrobne opísané dva špecifické typy špeciálnych vlákien nižšie: dopované vlákna zriedkavých zemín a vlákna fotonických kryštálov (PCF).
Vlákna zriedkavých zemín: Vlákna zriedkavých zemín je obzvlášť dôležitá pre vláknové lasery, pretože tieto dopanty (napr. ND, YB a ER-YB CO-DOPED) sa môžu používať ako médium laserového zisku. Použitie dvojitých doplňovaných vlákien zriedkavých zemín umožňuje účinné prispôsobenie lúča čerpadla, a to buď zaostrením voľného priestoru alebo prenosom cez iné vlákno, a tieto dopované vlákna sa môžu použiť aj na výrobu Bragg mriežky (FBG) svetlo-citlivé vlákna (Braggovi mriežky je periodická modulácia indexu indexu materiálu pri ľahkom indexe materiálu, ktorý odráža svetlo vstudov, ktoré sú twisky, ktoré sú grazície.
Vysoko kvalitné FBG môžu byť skonštruované z periodického vzoru UV svetla, na ktoré je vystavené fotosenzitívne vlákno (dopanty zriedkavých zemín silne absorbujú UV). Mriežky sa tvoria, keď je vláknina vystavená periodickým vzorcom UV svetla, ktoré sú zvyčajne generované fázovou maskou. Z hľadiska výroby je táto metóda výroby rýchla, spoľahlivá a jasne atraktívna. Bragg GRETS (FBGS) sú schopné dosiahnuť vysokú odrazivosť (až 99%) oproti úzkym pásmom vlnovej dĺžky (pozri obr. 3), čo je prospešné pre vytváranie zrkadiel dutiny vo vláknových laseroch alebo na použitie ako spektrálne filtre v komunikačných systémoch vlákna.
Fotonické kryštalické vlákno (PCF): Fotonické kryštály sú mikroštruktúrované materiály, v ktorých sa index lomu pravidelne mení s polohou. V PCF sa táto periodická variácia dosahuje pravidelnými voľnými pracovnými miestami alebo vzduchovými otvormi rovnobežnými s osou (pozri obrázok 2). Na rozdiel od konvenčných optických vlákien sú jadro aj opláštenie vyrobené z toho istého materiálu. Preto všetky vlastnosti vlnovodu v PCF vyplývajú z prítomnosti voľných pracovných miest. PCF sa zvyčajne rozdeľujú do dvoch hlavných kategórií: vlákna riadené indexom lomu s pevnými jadrami a fotonickými vláknami bandgap s periodickými mikroštrukturálnymi prvkami a jadrami vyrobenými z nízkej refrakčnej indexu (s nízkym indexovým materiálom). Priemery poľa vo veľkom režime od UV do IR, veľmi vysoká nelinearita a schopnosť mať hodnoty pre NA PCF sa široko používajú v spektroskopii, metrológii, biomedicíne, zobrazovaní, telekomunikácii, priemyselnom spracovaní a obranných aplikáciách.
Obrázok 3 Schematické a reprezentatívne spektrá prenosu a odrazu FBG.
