Возбуждение волновода с помощью линзы. Коллимированные пучки

•Источник возбуждает направляемые пучки, если угол θd фокусирования линзой (см. рис.5.4) не превосходит максимально допустимого угла падения θm(0).

•Для ступенчатого профиля (n(0) = nco), имеем θm(0) = arcsin{(nco/n0)sinθc}. Найдем

θd из rd = f tgθd, подставим в θd ≤ θm(0) и с учетом, что tg(arcsinθ) = θ /(1 -θ 2)1/2,

получим условие:

•приближенное равенство справедливо для слабонаправляющих световодов, для которых θc << 1. Таким образом, расчет в приближении геометрической оптики накладывает на фокусное расстояние линзы ограничение снизу.

Рис.5.4. –

фокусировка осевого (а) и косого (б)

коллимированных пучков.

Возбуждение волновода с помощью линзы. Коллимированные пучки

•Однако, если учесть дифракцию, то стремление ввести как можно большую долю излучения

вОВ приведет к ограничению сверху, т.к. чем больше фокусное расстояние линзы, тем больше фокальное пятно. Если принять в качестве критерия требования обеспечение ввода

вОВ главного дифракционного максимум (≈ 85% всего потока, прошедшего через отверстие

с радиусом rd), то получим:

•Объединяя (Ф. – 17 и 18), получим, что для эффективного ввода необходимо подбирать параметры источника, линзы и волновода, чтобы непротиворечиво выполнялось:

•где ρmin – минимальное значение сердцевины ОВ, когда неравенство (Ф. - 19) может быть выполнено.

Возбуждение волновода с помощью линзы. Коллимированные пучки

•В (Ф. - 19) мы предполагали, что расходимость излучения на

апертуре rd чисто дифракционная. Если это не так, то введя угол расходимости излучения αd, запишем неравенство в виде:

Ввод излучения от ЛД в ОВ с помощью линзы

•Для типичной числовой апертуры световодов с депрессированной фтором оболочкой числовая апертура a = 0,22. Характерный размер сечения полоски ЛД равен 1х100 мкм, длина волны λ = 0,808 мкм. Среда перед торцом волокна воздух (показатель преломления равен единице).

•Будем считать, что rd = 1 мкм и расходимость в данном направлении является чисто дифракционной. По определению критический угол дается выражением

•Из (Ф.-19) после подстановки выражения для критического угла получим

•Такая стратегия имеет смысл для ввода излучения в ОВ с сердцевиной малого диаметра (одномодовых) и когда лазерный пучок близок к аксиальной симметрии. Вспомним, что мы анализируем случай пучка 1х100 мкм. В этом случае выбирается иная стратегия ввода.