光纤端面不同位置处光纤准直问题

houshannanhai

一般光纤准直的光学设计，我们首先要保证的是轴上光束平行。如图1


图1
实际光纤不是一个点光源，而是有一定高度，那么不同光纤端面所发出的光束是否也要准直呢，类似于不同视场的光也要准直？但是我看了一些文献很少提到轴外光线也要准直。大部分文献所提到准直效果，根据我对他们文献里图片的估计应该都是轴上的。
姑且也考虑轴外的。如图2

图2
在zemax的入瞳类型设为数值孔径，视场设为物高即为光纤的半高。如图2。

如果要考虑轴外光线的准直，那是否还要保证准直后轴外光线和轴上光线必须平行呢？如图3
感觉问题无限放大。这样两片镜子感觉很难做到

图3
实际我个人理解，光纤准直要也许不要这么复杂。我看过关于激光经过光纤传导后的文章，激光经光纤传导后不能严格认为出射光束为高斯光束，其M2变得极大，光束能量分布均匀化。光束束腰和发散角与入射激光与光纤有关，略小于光纤芯径和数值孔径。即使不为高斯光束，那么也可按照高斯光束或者几何光束处理，只考虑轴上光束的准直，将光源看作点光源或者面光源，以几何光束或者光束处理，不管是怎么处理，光线依然是轴上传播。如图4

图4
但是我的领导认为既然光纤端面是有一定大小的那么肯定不能做点光源，而且光纤端面既然不能做点光源必然是光纤端面都发出光，那么光纤端面不同位置发出光必然也要准直。那么应该轴外光束（不同视场，这里为不同物高）也要准直。不然怎么叫作准直呢？还要求不同位置准直后的光线相互之间也要平行才是最好的，即图3 。
我不知道怎么解释，也许我的理解也不对，各位高手如何看这个问题。如果通过光纤不是激光而是杂散光呢？

这是在zemax中设置入瞳为数值孔径，视场为物高以后，光纤端面最边缘处所发出来的光束，（图5）可见，对于这个视场，其主光线不是垂直进入系统，而是带有一点角度，那么对这视场进行准直，准直光也会平行这一视场的主光线，最后会有不同视场的光线准直后其相互间存在一定的夹角。这也是为什么，我的同事和领导会认为还得把不同视场的光都要弄成和0视场的光平行。

而我觉得，之所以文献中只强调对轴上光的准直，正如图4那样，不管是否将光源看成点光源或是面光源，总是将光源看作一个整体，只考虑其在轴上发散，不考虑其斜入射系统。如图6

我觉得如果这样理解就能解释为什么一般都是只考虑轴上的光束准直。而不考虑光束斜入射系统。



图片不知怎么传不上来
见2楼

蓦然回首

很深奥，耦合的光只有一小小点是平行(聚焦镜的曲率)，其它的是就不是平行光在光纤里传输

houshannanhai

蓦然回首 发表于 2012-9-6 01:08
很深奥，耦合的光只有一小小点是平行(聚焦镜的曲率)，其它的是就不是平行光在光纤里传输

您好 很感谢您的回复 我的目的是将光纤里出来的光准直
你的意思是透镜耦合光纤输出的光只能保证将一部分光准直？ 剩下的不能准直？
“其它的是就不是平行光在光纤里传输”什么意思.

十二阿哥

值得学习，谢谢

aerialhorse

弄得太复杂了吧，光纤芯径和准直透镜的通光孔径相比，这个离轴量不大ba，可以这样理解不？

houshannanhai

aerialhorse 发表于 2012-9-8 11:03
弄得太复杂了吧，光纤芯径和准直透镜的通光孔径相比，这个离轴量不大ba，可以这样理解不？

很感谢你的回复，首先我也觉得没有这么复杂，光纤芯径1.5mm，透镜准备用标准的一英寸或是两英寸。我也觉得离轴量不大，你所说的离轴量的意思是否是想说光纤在与镜子对准时，光纤小范围偏心或者倾斜不会对准直效果有太大影响。但我同事的观点在于：1，1.5mm光纤相对于透镜厚度不可忽略；2，他们认为光从光纤出来不是以一个整体在发散，比如不像激光那样，虽然激光不是一个点光源，有一定的大小（束腰）。但是激光是以这个束腰大小为一个整体，满足其自身传播规律（高斯形式）传播。而我们同事认为是进入光纤的光不是激光而是类似杂散光的光。那么在光纤出射端面不同位置，光是各自发散，有点像多光源的意思，也有点像现实的发光物体，物体上各个点光自由发散。而不是像激光这种高相干性的光，以一个整体在发散（我说的一个整体发散的意思，是指知道了激光的束腰大小位置，和发散角就能任意位置激光光斑大小。而一般的发光物体发散是想空间各个方向无规则发散，物体上每个点都相当于一个光源向四周发散。而不是可以看作一个整体向空间某一个方向有规律的传播。）正因为他们认为光纤端面的不同位置的光是各自发散，所以才觉得要将光纤端面每个位置的光都准直。而你说的意思可能和我的想法有些相同的部分，就是认为光从光纤端面出射后是整体向空间某个方向有规律的发散，那么你说的离轴量可能更多是考虑光纤不能非常严格对准时也要保持准直。这个离轴量有点像系统误差容限的意思，即误差在什么范围下，依然认为系统是能很好的工作。
很感谢你的回答，也期盼你的继续指教。

watermoon

我教你做个实验：用一个可调的透镜（组），将光纤输出的激光在10米或更远一点准直到最小光斑（再近一点也无所谓）保持不动；然后，改变输入端的耦合状态，比如，耦合角度、注入数值孔径、光束偏振度、频率带宽、波长等等条件，观察准直特性是否会发生变化。这样，你就能理解你所有的猜想了！！做完这样的实验，保证你对光纤耦合与输出准直之类的问题大有收获！

houshannanhai

watermoon 发表于 2012-9-10 11:21
我教你做个实验：用一个可调的透镜（组），将光纤输出的激光在10米或更远一点准直到最小光斑（再近一点也无 ...

  谢谢你，想了想，应该是绝好的方法。
但我和同事确定一下，实际注入光纤的光不是激光，而是从望远镜耦合过来的光，这束来自天空的光（主要是各种散射光）经光纤耦合输出到光谱仪。这样是不是和激光有所区别呢？

watermoon

houshannanhai 发表于 2012-9-11 00:10
谢谢你，想了想，应该是绝好的方法。
但我和同事确定一下，实际注入光纤的光不是激光，而是从望远镜耦 ...

确实有点区别了。

ds1234567

楼主忙的好苦啊，你瞧瞧，版主出个点子帮你搞激光，你又说不是激光，来自天空的散射光，怪不得版主带上墨镜，嘴里挤出7个字就没影了。这事有意思，我喜欢。你一手拿着激光，一手拿着光纤，各位咋玩？领导说、同事说、网友说，我劝你就找领导批钱，做实验，实践是检验真理的试金石。明显的就不必试了，图4就明显有误，大约150毫米范围里，你看看激光会那么弯曲传播吗？假如纵轴是光瞳，几毫米，横轴上百米，然后纵轴每单位代表1毫米，纵轴同单位代表20米，那样稍微像图4，只是束腰处还要细得多。书上不能画太细，没法标符号，不便学生看。

laisai1224

我的理解是光纤芯径和准直透镜的通光孔径相比，离轴量不大

gangzisun