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【快速入門(mén)】如何為自由空間光纖耦合選擇合適的光學(xué)元件？

想要達(dá)到光纖傳輸?shù)膉ia效果，需要光纖具有良好的切割和端面拋光。不僅如此，如果是自由空間光束耦合到光纖，還需選擇正確的透鏡。

耦合到多模光纖

為多模光纖選擇耦合鏡片相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單。選擇一個(gè)數(shù)值孔徑（NA）和光纖的數(shù)值孔徑j(luò)ie近的光學(xué)元件，使光源的焦點(diǎn)大小和光纖的纖芯大小匹配，并使入射圓錐角不超過(guò)光纖數(shù)值孔徑的反正弦（Arcsine），來(lái)達(dá)到gao的耦合效率。具體如下：

圖1

將一束準(zhǔn)直的激光耦合到多模光纖中，其模型如圖1所示。y₂為光纖纖芯的半徑，我們需要使得透鏡聚焦的光斑大小小于y₂。另一個(gè)重要的約束條件是，聚焦光束的NA必須小于光纖的NA。

例如，將Newport HeNe激光器R-30990的激光耦合到F-MSD光纖中，光束直徑0.81mm，發(fā)散角1.0mrad，光纖纖芯直徑50um，NA =0.20。我們來(lái)看一下用Newport物鏡M-20X（圖2）和光纖耦合器F-915或F-915T（圖3）進(jìn)行耦合的情況。物鏡的有效焦距9mm，聚焦光斑直徑9um，NA=0.05。光斑直徑和發(fā)散角都符合光纖的參數(shù)。

總而言之，將準(zhǔn)直的激光光源耦合到多模光纖不是一個(gè)難題。如果用戶(hù)確保聚焦光束的發(fā)散角小于光纖的NA，即能完成有效的耦合。

耦合到單模光纖

為單模光纖選擇合適的耦合鏡片比較復(fù)雜一些。在這種情況下，我們需要確定所需透鏡的焦距。在高斯光學(xué)中，使用方程^[1]f = D(πω/4 λ)

其中，

f = 所需耦合透鏡的焦距

D = 準(zhǔn)直后的光源在耦合透鏡上的光束直徑

ω = 單模光纖的模場(chǎng)直徑

λ = 光源的波長(zhǎng)

例如，要將一束HeNe激光（λ = 633nm, D = 1.2mm）耦合到F-SV光纖（ω = 4.3um），得出焦距f=6.4 mm。看一下Newport公司的M-系列物鏡，我們發(fā)現(xiàn)焦距匹配的物鏡是M-20X（f=9mm）。

Newport公司提供561,562系列高精度光纖耦合調(diào)整架，多可達(dá)6軸調(diào)節(jié)。

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