光纤耦合基础知识

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        激光器发出的光信号进入光纤的途径主要有两种方式:直接耦合、透镜耦合,其中透镜耦合又分为单透镜耦合和多透镜耦合。利用透镜耦合可以获得比直接耦合更高的耦合效率。而采用双透镜耦合,其主要优势就是可以分散公差,使得光路上的元件可以有更大的位移空间。

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直接耦合

        直接耦合可以使用劈形(cleaved)光纤或者锥形(tapered)光纤来实现。劈形光纤由裸纤直接劈开获得,光纤端面为平面,价格较便宜,但由于端面为平面所以反射较大,并且与激光器耦合时插入损耗也较大(一般为9-12dB)。


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        锥形光纤是在光纤的末梢结合了一个透镜,主要可以通过下面两种方法形成:

        1.熔化并将光纤末端拉制成锥形,这一方法将使纤芯和包层均被锥形化。通常使用电弧或者将光纤伸入熔化的玻璃中去对光纤进行加热。通过控制工艺过程可以控制透镜的对称性。该方法可获得大约2-3dB的插入损耗。

        2.腐蚀或者打磨,该方法在光纤端面形成透镜的同时保持纤芯的直径不发生变化。而且可以获得其它一些剖面外形(譬如抛物面)而不仅仅是球面。这种方法能够获得更好的耦合效率,在与激光器耦合时插入损耗可以低至0.2-0.4dB左右。

        对于直接耦合,光纤末端一般安装在靠近激光器的地方。因此,光纤必须延伸进封装内部,此时,如果器件要求密闭封装,还要对光纤进行金属化以便与管壳进行密封处理。此外,在直接耦合中影响光源到光纤耦合效率的主要因素是光源的发散角和光纤的数值孔径(NA)。另外,光源的发光面尺寸、光纤端面尺寸、形状以及两者间的距离等也都会影响耦合效率。

 

透镜耦合

        透镜耦合可以是单透镜也可以是多透镜。当使用单透镜时,激光器到光纤端面的距离由透镜前后两面的半径决定。在使用多透镜的情况下,光束通过第一个透镜变成平行光,然后通过第二个透镜聚焦。


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        在需要对反射进行严格控制的时候可以将隔离器放置在光束平行后的任何一个位置(即两个透镜间的任何位置)。此外,透镜耦合可以将其中一个透镜安装在管壳上,这样光纤就不必伸入管壳内部,也就不必对光纤进行金属化。

 

对准技术

        对准技术一般分为“有源对准”(active alignment)和“无源对准”(passive alignment)。在有源对准技术中,激光器或者探测器通过外加偏压或电流使器件处于工作状态下进行光轴等的对准。对于无源对准,有源光器件不需要工作,而是通过某些标记来进行对准。相比之下,无源对准是一种较新的对准技术,具有容易实现自动化、减少组装设备和工序等优点。

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