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   空间光-单模光纤自动耦合稳固FiberLock

空间光-单模光纤自动耦合稳固FiberLock



上海昊量光电的AUT-FiberLock空间光-单模光纤自动耦合稳固体系是一套将空间光自动耦合锁定进单模光纤的简朴装配。此装配简化了初始耦合,而且优化了耦合效力,自动赔偿机器漂移。


1 光纤耦合道理

当激光束从单模光纤出射,它会构成一个锥形发散,便需求运用准曲透镜发生准曲光束输出。相反的,若是要把光束耦合进单模光纤,也必需借助一个聚焦透镜天生相似的锥形光。凭据光纤的特性,光强最大的最理想的光锥的多少构造是流动的。因而要到达幻想的耦合效力,入射光束必需取幻想光锥最大化重合。在(X; Y; Z)的坐标系中,个中z轴便相当于光纤的光轴,光锥的堆叠将由六个自由度停止示意:

光锥的收敛角
束腰在Z轴向上的位置量
束腰在X,Y轴向上的位置量
光锥在X,Y轴向上的扭转量
幻想瞄准耦合的光学构造的示意图如图1:

空间光-单模光纤自动耦合稳体系1.jpg
图1:光纤耦合偏差的差别品种


收敛角是由光束直径取聚焦透镜的焦距决意的,束腰在Z轴向上的位置可经由过程改动光纤纤芯头取透镜间隔去处理。图1d形貌了那两个自由度偏差。

为了掌握其他四个自由度,我们需求一个特别的光纤座用来倾斜,翻转,挪动光纤头。透镜和光纤架必需流动其一,改动入射光束的位置和角度(如图1b和1c)。不管怎样,必需包管亚微米精度,也就是说需求高精度机器镜架取光纤调解架。另外,这些组件必需具有高度的稳定性,以减小热膨胀形成的漂移取耦合效力下落。

今天,空间光-单模光纤耦合在光学实验室取产业范畴皆有普遍运用,但长时间连结最好的耦合结果取耦合效力仍是一个伟大的应战。


2 自动光纤耦合

当被动的稳固弗成连续,便需求运用自动稳固的体式格局去知足机能需求。这类自动稳固装配包孕一个致动器,比方压电扫描反射镜,和一个反应旌旗灯号。

如图2所示, 上海昊量光电FiberLock运用了一个安排在聚焦透镜前的露单反射的致动器。倾斜这个反射镜就能改动光束腰的X或Y偏向的位置。反应旌旗灯号来自光纤或内置在光纤Tap的激光强度丈量装配。

空间光-单模光纤自动耦合稳体系2.jpg

图2 FiberLock控制器衔接一个自动压电扫描镜和光纤后的强度旌旗灯号,构成一个反应回路。


这个简朴装配有三个感化:
1.它资助了光束到光纤的初始耦合
2.它极大简化了耦合效力的优化历程
3.它连结了耦合稳固,赔偿了光束和光纤调解架的漂移
实际上,FiberLock以至可以或许补充激光器的强度噪声,2.4有具体形貌。

 
2.1 初始耦合

当第一次耦合进光纤时,不能不自觉的扫描瞄准差别的自由度。仅当探测到耦合进的肯定的光通量,我们才会有最先优化的反应旌旗灯号。

空间光-单模光纤自动耦合稳体系3.jpg

图3致动器的角度扫描供应耦合效力的三维可视化图象

运用一个运动压电驱动反射镜,充足快的自觉扫描及时显现耦合效力取反射镜位置的对应三维图象,如图3所示。因为致动器的扫描局限比光纤内径下1或2个数量级,以是初始的粗瞄准便变得异常简朴。另一方面,我们得到了光束表面上和影响耦合效力的装配配件上的信息。

 
2.2 稳固

一旦找到最大的耦合效力,FiberLock便能够锁定在那一最大效力点上。在锁定形式下,运动反射镜在光束的x和y位置增加了小幅调制,光纤后的强度输出供应了需要的反应:若是调制显示在的强度上,阐明束腰没有准曲在光纤纤芯上,自动反射镜就会改正它。一旦光束射入光纤中央,输出强度的调制便消逝了。(一个一维锁相调节器老是会引发输出旌旗灯号的调制,但是,二维状况下,无调制输出是可行的。)

光纤尖端位置或入射光束的任何漂移如今皆能完善赔偿。纵然锁定点消逝了, FiberLock的搜刮形式也能够快速扫描致动器的局限,规复到锁定形式的强度峰值上。翻开主动重锁功用,这类扫描便会主动启动。

 
2.3 优化锁定

在典范的光学装配中,在调治六个自由度同时停止自力的光纤耦合优化是不可能的。比方,聚焦能够经由过程挪动z轴上的聚焦透镜去调治,但是纵然再高精度的滑轨也会受限于加工精度,不克不及完善瞄准光轴。效果,透镜也会在X和Y方向上挪动,这就会发生束腰位置的偏移。恰是这类交织相关性,致使没法停止每一个自由度的自力优化,它们总会对别的自由度的优化发生滋扰,不能不重复停止,这就使光纤耦合优化异常难题,也会破费更多工夫。

空间光-单模光纤自动耦合稳体系4.jpg

图4 光学装配:运动反射镜架掌握束腰的位置。别的参数能够手动调解。

因为FiberLock仅能稳固两个自由度,仍旧需求手动优化(如图4)。但当开启FiberLock后,手动调治便变得极为简朴:起首,需求调治的变量大大削减;其次,有缺点的光机器引入的交织相关性也被大量移除。比方,若是光纤尖端沿z轴挪动,X和Y方向上的漂移便被主动赔偿失落,输出能量地道只显现我们体贴的结果。

FiberLock的调节器很容易快速追随手动调解,使所有余下的自由度皆可以或许自力,快速,轻易的优化。


2.4 稳功率形式

FiberLock掌握耦合效力的才能带来了一个风趣的可能性:若是我们的目的是连结耦合进光纤的功率恒定,而不是最大值,FiberLock能够经受一个“Noise Eater”。比方,若是激光有强度颠簸,FiberLock能够经由过程自动调谐耦合效力停止强度赔偿。用这种方法,一个FiberLock和单模光纤的组合能够看作形式干净器。光束表面的畸变,强度噪声,指向颠簸都能被滤除,固然价值是丧失一部分功率。

 
2.5 总结

本质上,自动光纤耦合取手动瞄准道理是雷同的:光纤输出作为调治光机器的反应旌旗灯号。但是,FiberLock可以或许更快,更牢靠,特别是更一连。一旦锁定,耦合将永久连结稳固。关于连续数天运转不加过问的光学实行和非手动的光纤耦合激光的产业运用都是极为主要的。另外,在需求频仍改换光学机构的运用中,FiberLock的扫描取搜刮功用黑白常有价值的。

FiberLock能够不衔接电脑,只依托控制器上简朴有用的用户面板操纵。固然可视化操纵和初级参数调解需求衔接电脑。最初,经由过程瞄准一个光学元件优化一些下质量旌旗灯号的需求会越发广泛,另有半导体激光器的消费中定位透镜位置转变及光参量放大器中的光束瞄准。

 
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