Согласование лазерного пучка с одномодовым световодом (семинар 13)

1. Согласование лазерного пучка с одномодовым световодом

2.

Для исследования эффективности ввода лазерного пучка в
одномодовый световод используется установка, схематично
показанная на рисунке. Излучение гелий-неонового лазера 1, пройдя
через отверстие в экране 2, служащем для юстировки с помощью
фокусирующего микрообъектива 3 и устройства ввода 4,
представляющего собой трехкоординатный микропозиционер,
вводится в одномодовый световод 6, на выходном конце которого
может устанавливаться измеритель мощности лазерного излучения,
состоящий из фотоприемника 7 и микроамперметра 8. Для
измерения смещения световода в одном из направлений при
юстировке на устройстве ввода излучения установлен отсчетный
механизм 5 часового типа.

3. Задача 1

Рассчитать фокусное расстояние линзы для
оптимального ввода излучения He-Ne лазера в
световод, имеющий радиус сердцевины 5 мкм.
Считать, что линза расположена на расстоянии
0,4 м от выходного плоского зеркала лазера.
Радиус перетяжки гауссова пучка равен 0,4 мм,
Расчет проводить методами оптики гауссовых
пучков. Аберрации не учитывать.

4.

.
Из графиков зависимости эффективности ввода
гауссова пучка в ОВС от относительного размера
пучка видно, что наибольшая эффективность
достигается, если перетяжка пучка находится на
торце световода и радиус пучка равен радиусу
пятна моды световода, то есть
.

5.

Размер пятна моды находится по формуле:
где ρ – эффективный радиус сердцевины ВС, V –
коэффициент, для ОВС V = 2,4.
Таким образом,
.
Для расчета фокусного расстояния линзы
воспользуемся формулой
где l1 – расстояние от перетяжки лазера до
фокусирующей линзы.
Таким образом, найдем фокусное расстояние
линзы f=3,58 (м).

6. Задача 2

Рассчитать, при каком смещении световода
относительно его оптимального положения в
направлении, перпендикулярном оси
лазерного пучка, мощность вводимого
излучения уменьшится вдвое.

7.

Если лазерный пучок направлен вдоль оси
световода, но смещен на величину Δx относительно
оси, то эффективность ввода излучения в световод
рассчитывается по следующей формуле
.
Пусть p0=1, это выполняется, когда перетяжка пучка
находится на торце световода и радиус пучка равен
радиусу пятна моды световода, то есть
.
Таким образом, найдем величину смещения, при
котором мощность вводимого излучения уменьшается
в два раза Δx=3,8 мкм.

8. Задача 3

Оценить суммарные потери при передаче
излучения газового лазера с помощью
одномодового световода.

9.

Френелевские потери: 11,2 % - «воздухлинза»; 3,4% - «воздух- кварцевый световод».
Потери при поглощении и рассеянии в ВС: 10
дБ/км. Потери при согласовании лазерного
излучения с многомодовым ВС: 30%.