光机微系统使用说明
2022-12-06
瓦力棋牌瓦力光学JCOPTIX致力于对光学系统进行模块化设计，简化光学系统的搭建、维护和扩展。前段时间瓦力棋牌瓦力推出了全新的光机微系统系列，收到了不少咨询，今天瓦力棋牌瓦力简单介绍一下空间滤光系统和光纤耦合系统的具体使用。
空间滤光系统
基本原理
在激光应用领域中，通常要求光束强度均匀且无杂散光，达到这一要求的方法是采用空间滤波光路，对光束进行缩束、扩束、准直处理，产生纯净均匀的光束。空间滤光光机系统内部的光路原理是：入射激光束顺利获得非球面透镜聚焦后，转变为光轴中心的高斯光斑和边缘条纹，在透镜焦平面放置针孔，阻挡噪声条纹，让中心低频部分顺利获得，产生纯净的基模高斯光束。在针孔后放置一个准直透镜，可得准直且亮度均匀的高斯光斑。
精密针孔和光学元件选型说明
利用高斯光束理论计算空间滤光光路聚焦透镜焦平面的光斑直径\( w \)
\( w=\frac{2\lambda f}{d} \)
其中，\( \lambda \)为入射激光波长，\( f \)为聚焦透镜焦距，\( d \)为入射激光能量\( 1/e^2 \)处的直径。
精密针孔的选择应该保证TEM00模的光斑都顺利获得，且实际针孔的尺寸\( \phi \)大于光斑尺寸\( w \)约30%。这是因为高斯光束光强从中心到边缘作指数衰减，在针孔直径\( \phi = w \)时，光强仍有相当的强度。若针孔选得过小，光强损耗会过大，调节困难。
实际操作中，需要根据要求输出的光斑直径大小\( ?? \)来选择相应的准直透镜。如图3，由相似三角形可知，准直透镜焦距\( F \) 为：
\( F=f\frac{D}{d} \)
其中，\( D \)为要求的输出光斑直径。
举例：
若用波长 \( \lambda \)=520 nm，能量\( 1/e^2 \)处直径\( d \)=3.5 mm的固体激光器，顺利获得空间滤波光路系统得到光斑直径\( D \) 约为3.5 mm的光束。已安装瓦力棋牌瓦力光学JCOPTIX的消色差透镜 OLD2430-T2 的焦距30 mm，焦平面的光斑尺寸\( w \)为
\( w=\frac{2\times(520\times10^{-9}\ m)\times30\ mm}{3.5\ mm}=8.91\ \mu m \)
所以应使用针孔尺寸\( \phi \)大于\( 8.91\ \mu m \)的精密针孔，可选择针孔尺寸\( \phi= 10\ \mu m \)的针孔。
最后，选择输出端的光学元件，以确保输出的光束直径\( D \)为3.5 mm，计算后应选择\( F=f=30\ mm \)焦距的消色差透镜 OLD2430-T2 进行扩束准直。
瓦力棋牌瓦力光学JCOPTIX给予的激光波长以及用\( f= \) 30 mm 消色差透镜进行聚焦，在空间滤光光机组件中其对应的针孔直径如下表：
调节步骤
以MOF1-T2预组装系统为例,该系统加入了两个反射镜架以确保激光准直入射。
粗调平面反射镜架，使激光平行入射，借助同轴系统对准板（MCA-A1）观察，入射光斑在正中央，光束无偏斜。
调节Z轴平移安装座（MCT-Z1），使得光斑汇聚在针孔（安装于光路中第一个XY平移调整架MCT-XY1中）附近，注意将针孔放在焦平面后方附近，此处光斑比焦平面光斑略大，更易于调节。然后在调节针孔的位置，在白屏上观察到衍射斑光环。
在白屏上观察出射的光斑，细调安装针孔的XY平移调整架和安装聚焦透镜的Z轴平移安装座，使得中心光斑达到最亮，这样就滤掉大部分的高阶噪声。
按照设计要求所输出的准直光斑大小装上相应的准直透镜，微调准直透镜位置，使得出射光准直。
光纤耦合系统
基本原理
光纤耦合的基本原理如图6所示，准直光束顺利获得聚焦透镜后，经过了傅里叶变换后在聚焦面上得到了艾里斑模场分布，聚焦面上的光斑的模场直径为：
\( d=\frac{4 \lambda f}{\pi D}=\frac{2 \lambda}{\pi NA} \)
其中，\( \lambda \)是激光波长，\( f \)是透镜的焦距，\( D \)是透镜的通光孔径，\( NA \)是透镜的数值孔径。
耦合的基本原理是将艾里斑模场与单模光纤模场之间匹配起来，因而要求耦合透镜的数值孔径与光纤的数值孔径匹配起来。
光纤耦合效率
耦合效率\( \eta \)定义为耦合到光纤的光功率\( P_0 \) 与聚焦平面上接收的光功率 \( P_f \)之比：
\( \eta=\frac{P_0}{P_f}\times100 \% \)
光学元件上的膜层对不同波长的激光透射率不同，为避免不必要的损耗，需要根据激光波长选择对应波段的镀膜光学元件，以达到最高的耦合效率。
调节步骤
调节Z轴平移安装座（MCT-Z1）的位置，使光纤法兰后面板中心位于透镜的焦点附近，并观察到一个圆形的光斑（借助同轴系统对准板 MCA-A1），则此时入射光准直入射。
把光纤跳线插入光纤法兰，调节Z轴平移安装座（MCT-Z1）以及XY平移调整架（MCT-XY1），直至光纤跳线出射端出现光信号。
用光功率计测试出射光功率，继续微调 MCT-Z1 以及 MCT-XY1 ，使出射光功率最大。此时，光纤耦合效率达到最大。
