QC技术培训讲座(四).ppt

2006技术培训讲座 四 赵强8 29 2006 2020 1 9 2 Introduction 光纤耦合光学GaussianapproximationModemismatchinglossLateralmismatchinglossLongitudinalmismatchinglossAngularmismatchingloss对准直器的几何光学处理薄透镜厚透镜自聚焦透镜 G Lens 对准直器的高斯光学处理SMFFiber的高斯近似高斯光束的q 参数透镜对高斯光束的传递 ABCD矩阵 自准直法用于制备准直器透镜的工作距离双准直器的对调 2020 1 9 3 Fibermode Gaussianapproximation Forasingle modefiber thefundamentalmodecanbewellapproximatedbyaGaussianfunction 2020 1 9 4 FiberCouplingEfficiency CouplingEfficiency T isdefinedmathematicallyasanormalizedoverlapintegralbetweenthefibermode E0 x y andincidentwave Ein x y Gaussianapproximationoffibermodesimplifiesthecalculationofcouplingefficiency 2020 1 9 5 Modemismatchingloss Assumingthewaistoftheincidentwaveisonthereceivingfiberend forSMF 28fiber IL dB Incidentwaist micron 2020 1 9 6 LateralMismatchingLoss Assumingthewaistoftheincidentwaveisonthereceivingfiberend butthereexistsalateraloffset Lateraloffset micron IL dB wIn w0 5 2micron 2020 1 9 7 Longitudinalmismatchingloss ThewaistoftheincidentwaveisDzoffsetfromthereceivingfiberend Longitudinaloffset micron IL dB wIn w0 5 2micron 2020 1 9 8 Angularmismatchingloss Thelightisincidentuponthereceivingfiberendwithanangle andthebeamwaistisonthefiberend Incidentangle deg IL dB wIn w0 5 2micron 2020 1 9 9 Generalequation Allkindsofmismatchinglossesareaddressed 2020 1 9 10 Introduction 光纤耦合光学GaussianapproximationModemismatchinglossLateralmismatchinglossLongitudinalmismatchinglossAngularmismatchingloss对准直器的几何光学处理薄透镜厚透镜自聚焦透镜 G Lens 对准直器的高斯光学处理SMFFiber的高斯近似高斯光束的q 参数透镜对高斯光束的传递 ABCD矩阵 自准直法用于制备准直器透镜的工作距离双准直器的对调 2020 1 9 11 对准直器的几何光学处理 对于光纤SMF28 其N A 0 14 在1550nm 对于常用的G Lens EFL 1 95mm 其准直后的光束直径一般为0 55mm EFL FiberN A SpotDiameter BeamSpotDiameter 2 FiberN A LensEFL 2020 1 9 12 常用的薄透镜光学原则 以上基于几何光学旁轴近似 对分析光纤耦合效率中的径向不匹配和角度不匹配十分有效 f f f f 1 平行系统 2 倾斜系统 2020 1 9 13 厚透镜光学 两个等效焦距 象方焦距f和物方焦距f 和背顶点焦距为 其中 n1为物方介质折射率 n2为透镜材料折射率 n3为象方介质折射率 2020 1 9 14 常见厚透镜的焦点及主点 f f 2020 1 9 15 C lensOptics C lens本质上为一平凸透镜 假定两侧介质均为空气 2020 1 9 16 G lensOptics G lens本质上为一折射率渐变形自聚焦透镜 假定两侧介质均为空气 2020 1 9 17 准直器对光束的准直 透镜对光纤出射的发散光束进行准直 几何光学 处于透镜的焦点上的发散的点光源经过透镜后将被准直成为完全的平行光 然而 在处理长工作距离情形时 几何光学显然已有局限 光束的物理衍射效应已成为必须考虑的因素 高斯光束传播学被证实为一个良好的理论分析工具 2020 1 9 18 Introduction 光纤耦合光学GaussianapproximationModemismatchinglossLateralmismatchinglossLongitudinalmismatchinglossAngularmismatchingloss对准直器的几何光学处理薄透镜厚透镜自聚焦透镜 G Lens 对准直器的高斯光学处理SMFFiber的高斯近似高斯光束的q 参数透镜对高斯光束的传递 ABCD矩阵 自准直法用于制备准直器透镜的工作距离双准直器的对调 2020 1 9 19 高斯光束特征 在任一距离Z处的归一化高斯光束场强 2020 1 9 20 高斯光束的q 参数 在自由空间中 q 参数遵循传播定律 q z1 q z2 高斯光束的所有参数均可与w0和Z ZR联系起来 2020 1 9 21 高斯光束传播 ABCD矩阵 高斯光束通过一光学系统的传播可以此黑箱方式处理 OpticalsystemABCD q q 2020 1 9 22 常用ABCD矩阵 1 Free space d z1 z2 2 Curved surface 3 Thinlens 2020 1 9 23 常用ABCD矩阵 4 Mirror 5 Plano PlanoGRINlens n0 Z n1 n2 2020 1 9 24 高折射率材料中的高斯光束 2020 1 9 25 高斯光束传播范例 自准直 符号定义 光束自左向右传播 在受到奇数次反射后距离改变符号 2020 1 9 26 透镜对高斯光束的投掷 对于一特定的光纤和特定的透镜 从光纤出射的高斯光束经过透镜后的新的束腰被投掷的距离存在一最大值 此值通称工作距离 2020 1 9 27 常用的0 23pG lens对高斯光束的转换 最长工作距离为37mm 此时的高斯束腰 半径 为130mm 2020 1 9 28 常用的AlpsFLAN对高斯光束的转换 最长工作距离为32mm 此时的高斯束腰 半径 为120mm 2020 1 9 29 自准直法制备准直器 通过将一反射镜置于距透镜Zb处 调节光纤至透镜距离d 或Za 从而使得IL最优化 Zb即为该透镜的工作距离 只要Zb小于该透镜的最长工作距离 理论上系统可以优化到0dB 无损耗 状态 如此制备的准直器的工作距离将定于Zb 但此法可能制备出两种截然不同的准直器 2020 1 9 30 自准直法中的信号优化过程 对AlpsFLAN 显然在信号优化的过程中由远至近存在两个d均可将系统优化下来 2020 1 9 31 自准直法中的信号优化过程 对0 23G lens 均可将系统优化下来的两个d值向我们提出问题 我们究竟应该选择哪个 2020 1 9 32 准直器的工作距离问题 现实中的问题 当一个特定工作距离 即特定的d值 的准直器制备好后 将其与一反射镜对调 或等同于 将两个同样的准直器对调 那么IL如何随之间距离发生变化 现实中的目标 如何制备IL对距离较不敏感的准直器 2020 1 9 33 工作距离问题 对AlpsFLAN 显然 对于在同一工作距离下优化制备的两个准直器 我们选择具有较小d值的 因为小d值准直器可获得相对更准直的光束 从而使IL对距离的变化较不敏感 例如 在工作距离20mm处优化可得两个准直器 其d值分别为19mm和162mm 其IL对距离的敏感程度呈数量级的差别 2020 1 9 34 工作距离问题 对0 23G lens 对于工作距离为30mm的 23G lens准直器 其两个d值分别为28mm和108mm 其IL对距离的敏感度呈数量级的差异 2020 1 9 35 两准直器对调 不同方式制备的准直器的比较 两准直器对调 观察其IL如何随之间距离Z变化 可有两种情况 方案A 两准直器完全同样 如用传统SOLDERING技