Accoppiamento di fibre ottiche
Al fine di ottenere una buona efficienza di accoppiamento, le caratteristiche del raggio focalizzato (di solito il raggio laser) devono essere abbinate ai parametri della fibra. Le linee guida generali sono che (1) il punto mirato dovrebbe essere paragonabile alla dimensione del nucleo, (2) il raggio focalizzato dovrebbe essere al centro del nucleo e (3) l'angolo del cono incidente non dovrebbe superare l'apertura numerica Na della fibra. Le condizioni (1) e (2) sono mostrate sul lato sinistro di Fig. 1 e la condizione (3) è mostrata sul lato destro della Fig. 1. Per le fibre multimodali, le prime due condizioni sono facilmente adattate a causa del diametro del nucleo grande. Pertanto, abbinare l'obiettivo di accoppiamento alla Natura Numerical Aperture NA della fibra raggiunge una buona efficienza di accoppiamento nelle fibre multimodali.
Da questo punto di vista, l'accoppiamento alle fibre a modalità singola è un problema più difficile. Il diametro del nucleo più piccolo di una fibra a singola modalità richiede più elementi opto-meccanici per consentire di accoppiarsi il raggio focalizzato con l'accuratezza del posizionamento del sub-micron. Inoltre, la modalità del laser incidente deve corrispondere alla modalità della fibra. In altre parole, l'efficienza dell'accoppiamento dipende dall'integrale di sovrapposizione della modalità gaussiana del raggio laser di input e dalla modalità fondamentale gaussiana approssimativa della fibra.
Fig. 1 Diagramma schematico dell'accoppiamento ottico in una fibra multimodale o in modalità singola (a sinistra). Condizioni di incidenza in una fibra multimodale in modo tale che la luce trabocca (in alto a destra) e sotto -riempimento (in basso a destra) la fibra.
Tipi di fibre ottiche
Molti diversi tipi di fibre ottiche possono presentare geometrie molto diverse, come mostrato nella Figura 2. Le fibre a singola modalità utilizzate nelle comunicazioni hanno diametri di piccole dimensioni (meno di 10 micron), mentre le fibre multimodali hanno diametri di base che vanno da sessanta a diverse centinaia di micron. Le fibre multimodali possono avere profili di indice di rifrazione graduale o graduale. Le fibre speciali sono anche comuni, tra cui fibre di conservazione della distorsione, cavi in fibra ottica a trasmissione ad alta potenza, fibre insensibili alla piega e fibre per temperature estreme.
Figura 2 diversi tipi di fibre
A causa della loro prevalenza e utilità, due tipi specifici di fibre speciali sono descritti in dettaglio di seguito: fibre drogate con elementi di terre rare e fibre di cristalli fotonici (PCF).
Fibre drogate ad elementi di terre rare: le fibre drogate drogate per elementi di terre rare sono particolarmente importanti per i laser in fibra perché questi droganti (ad es., YB ed ER-YB co-drogati) possono essere usati come media di guadagno laser. L'uso di fibre drogate a doppio rivestimento in elemento raro consente un'efficace corrispondenza del raggio della pompa, mediante focalizzazione dello spazio libero o trasmissione attraverso un'altra fibra, e queste fibre drogate possono anche essere usate per rendere la lumintà di Brag (FBG). Grating).
Gli FBG di alta qualità possono essere costruiti dal modello periodico della luce UV a cui è esposta la fibra fotosensibile (i droganti di elementi della terra rara assorbono fortemente UV). I reticoli si formano quando la fibra è esposta a modelli periodici di luce UV, che sono generalmente generati da una maschera di fase. Dal punto di vista della produzione, questo metodo di fabbricazione è veloce, affidabile e chiaramente attraente. I reticoli di Bragg (FBG) sono in grado di raggiungere un'elevata riflettività (fino al 99%) su bande di lunghezza d'onda stretta (vedi Fig. 3), che è benefico per la generazione di specchi di cavità nei laser in fibra o per l'uso come filtri spettrali nei sistemi di comunicazione fibra-ottica.
Fibra di cristalli fotonici (PCF): i cristalli fotonici sono materiali microstrutturati in cui l'indice di rifrazione varia periodicamente con la posizione. In un PCF, questa variazione periodica è ottenuta da posti vacanti regolari o fori d'aria paralleli all'asse (vedere la Figura 2). A differenza delle fibre ottiche convenzionali, sia il nucleo che il rivestimento sono realizzati con lo stesso materiale. Pertanto, tutte le proprietà di guida d'onda nei PCF derivano dalla presenza di posti vacanti. I PCF sono generalmente divisi in due categorie principali: fibre indicizzate di rifrazione con nuclei solidi e fibre di gap fotoniche di gap di banda con proprietà microstrutturali periodiche e core a base di operazioni a bassa refratta I diametri di campo di grandi dimensioni da UV a IR, non linearità molto elevata e la capacità di avere valori per PCF NA sono ampiamente utilizzati in spettroscopia, metrologia, biomedicina, imaging, telecomunicazione, elaborazione industriale e applicazioni di difesa.
Figura 3 Spettri schematici e rappresentativi di trasmissione e riflettanza FBG.
