如何为自由空间光纤耦合选择合适的光学元件？

【快速入门】如何为自由空间光纤耦合选择合适的光学元件？

想要达到光纤传输的*效果，需要光纤具有良好的切割和端面抛光。不仅如此，如果是自由空间光束耦合到光纤，还需选择正确的透镜。

耦合到多模光纤

为多模光纤选择耦合镜片相对来说比较简单。选择一个数值孔径（NA）和光纤的数值孔径zui接近的光学元件，使光源的焦点大小和光纤的纤芯大小匹配，并使入射圆锥角不超过光纤数值孔径的反正弦（Arcsine），来达到zui高的耦合效率。具体如下：

图1

将一束准直的激光耦合到多模光纤中，其模型如图1所示。y₂为光纤纤芯的半径，我们需要使得透镜聚焦的光斑大小小于y₂。另一个重要的约束条件是，聚焦光束的NA必须小于光纤的NA。

例如，将Newport HeNe激光器R-30990的激光耦合到F-MSD光纤中，光束直径0.81mm，发散角1.0mrad，光纤纤芯直径50um，NA =0.20。我们来看一下用Newport物镜M-20X（图2）和光纤耦合器F-915或F-915T（图3）进行耦合的情况。物镜的有效焦距9mm，聚焦光斑直径9um，NA=0.05。光斑直径和发散角都符合光纤的参数。

总而言之，将准直的激光光源耦合到多模光纤不是一个难题。如果用户确保聚焦光束的发散角小于光纤的NA，即能完成有效的耦合。

耦合到单模光纤

为单模光纤选择合适的耦合镜片比较复杂一些。在这种情况下，我们需要确定所需透镜的焦距。在高斯光学中，使用方程^[1]f = D(πω/4 λ)

其中，

f = 所需耦合透镜的焦距

D = 准直后的光源在耦合透镜上的光束直径

ω = 单模光纤的模场直径

λ = 光源的波长

例如，要将一束HeNe激光（λ = 633nm, D = 1.2mm）耦合到F-SV光纤（ω = 4.3um），得出焦距f=6.4 mm。看一下Newport公司的M-系列物镜，我们发现焦距匹配的物镜是M-20X（f=9mm）。

Newport公司提供561,562系列高精度光纤耦合调整架，多可达6轴调节。

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