Acoplamento de fibras ópticas
Para obter uma boa eficiência de acoplamento, as características do feixe focado (geralmente o feixe de laser) devem ser correspondidas aos parâmetros da fibra. As diretrizes gerais são que (1) o ponto focado deve ser comparável ao tamanho do núcleo, (2) o feixe focado deve estar no centro do núcleo e (3) o ângulo do cone incidente não deve exceder a abertura numérica na da fibra. As condições (1) e (2) são mostradas no lado esquerdo da Fig. 1, e a condição (3) é mostrada no lado direito da Fig. 1. Para fibras multimodadas, as duas primeiras condições são facilmente adaptadas devido ao grande diâmetro do núcleo. Portanto, a correspondência da lente de acoplamento com a abertura numérica na da fibra atinge boa eficiência de acoplamento nas fibras multimodo.
Desse ponto de vista, o acoplamento às fibras de modo único é um problema mais difícil. O diâmetro do núcleo menor de uma fibra de modo único requer mais elementos opto-mecânicos para permitir que o feixe focado seja acoplado à precisão do posicionamento do sub-micron. Além disso, o modo do laser incidente deve corresponder ao modo da fibra. Em outras palavras, a eficiência do acoplamento depende da sobreposição integral do modo gaussiano do feixe de laser de entrada e do modo fundamental aproximado gaussiano da fibra.
Fig. 1 Diagrama esquemático de acoplamento óptico em uma fibra multimodo ou de modo único (esquerda). Condições de incidência em uma fibra multimodo, de modo que a luz transborda (canto superior direito) e preenche (canto inferior direito) a fibra.
Tipos de fibras ópticas
Muitos tipos diferentes de fibras ópticas podem exibir geometrias muito diferentes, como mostrado na Figura 2. As fibras de modo único padrão usadas nas comunicações têm pequenos diâmetros de núcleo (menos de 10 microns), enquanto as fibras multimodo têm diâmetros de núcleo que variam de sessenta a várias centenas de microns. As fibras multimodo podem ter perfis de índice de refração graduais ou etapas. Fibras especializadas também são comuns, incluindo fibras preservadas por polarização, cabos de fibra óptica de transmissão de alta potência, fibras insensíveis à dobra e fibras para temperaturas extremas.
Figura 2 Tipos de fibra diferentes
Devido à sua prevalência e utilidade, dois tipos específicos de fibras especiais são descritos em detalhes abaixo: fibras dopadas com elementos de terras raras e fibras de cristal fotônico (PCF).
Fibras dopadas com elementos de terras raras: as fibras dopadas com elementos de terras raras são particularmente importantes para os lasers de fibra porque esses dopantes (por exemplo, co-dopados de Yb e ER-YB) podem ser usados como meios de ganho a laser. The use of double-clad rare-earth-element doped fibers allows efficient matching of the pump beam, either by free-space focusing or by transmission through another fiber, and these doped fibers can also be used to make Bragg grating (FBG) light-sensitive fibers (Bragg grating is a periodic modulation of a material's refractive index that reflects light at wavelengths that are twice the period of the grating).
Os FBGs de alta qualidade podem ser construídos a partir do padrão periódico de luz UV à qual a fibra fotossensível é exposta (os dopantes de elementos de terras raras absorvem fortemente UV). As grades são formadas quando a fibra é exposta a padrões periódicos de luz UV, que normalmente são gerados por uma máscara de fase. Do ponto de vista da produção, esse método de fabricação é rápido, confiável e claramente atraente. As grades de Bragg (FBGs) são capazes de obter alta refletividade (até 99%) em bandas estreitas de comprimento de onda (ver Fig. 3), o que é benéfico para gerar espelhos de cavidade em lasers de fibra ou para uso como filtros espectrais em sistemas de comunicação fibra óptica.
Fibra de cristal fotônico (PCF): Os cristais fotônicos são materiais microestruturados nos quais o índice de refração varia periodicamente com a posição. Em um PCF, essa variação periódica é alcançada por vagas regulares ou orifícios de ar paralelos ao eixo (veja a Figura 2). Ao contrário das fibras ópticas convencionais, o núcleo e o revestimento são feitos do mesmo material. Therefore, all waveguiding properties in PCFs arise from the presence of vacancies.PCFs are usually divided into two main categories: refractive index guided fibers with solid cores and photonic bandgap fibers with periodic microstructural elements and cores made of low refractive index materials (eg, hollow cores).PCFs have properties not found in ordinary optical fibers, such as the ability to operate in a single mode with large Diâmetros de campo de modo de UV para IR, não -linearidade muito alta e a capacidade de ter valores para PCFs NA são amplamente utilizados em espectroscopia, metrologia, biomedicina, imagem, telecomunicações, processamento industrial e aplicações de defesa.
Figura 3 Espectros esquemáticos e representativos de transmissão e refletância representativos.
