फाइबर युग्मित लेजरलाभ माध्यम के रूप में दुर्लभ पृथ्वी तत्वों के साथ डोप किए गए ग्लास फाइबर का उपयोग करके लेजर को संदर्भित करता है।

फाइबर में प्रवेश करने के लिए लेजर से ऑप्टिकल सिग्नल के दो मुख्य तरीके हैं: डायरेक्ट कपलिंग और लेंस कपलिंग, और लेंस कपलिंग को सिंगल-लेंस कपलिंग और मल्टी-लेंस कपलिंग में विभाजित किया गया है। प्रत्यक्ष युग्मन की तुलना में लेंस युग्मन का उपयोग करके उच्च युग्मन दक्षता प्राप्त की जा सकती है। दोहरे लेंस युग्मन का मुख्य लाभ यह है कि सहिष्णुता को फैलाया जा सकता है ताकि ऑप्टिकल पथ के घटकों में एक बड़ा विस्थापन स्थान हो सके।

यहाँ फाइबर कपलिंग के बारे में पाँच व्यावहारिक प्रश्न दिए गए हैं

1. फाइबर प्राप्त करने वाले कोण का सटीक अनुमान लगाने के लिए NA का उपयोग कब किया जा सकता है?

मल्टीमोड फाइबर के अधिकतम प्राप्त कोण को संख्यात्मक एपर्चर (एनए) द्वारा सटीक रूप से अनुमान लगाया जा सकता है, लेकिन यह संबंध सिंगल-मोड फाइबर पर लागू नहीं होता है।एनए और अधिकतम स्वागत कोण (θmax) के बीच संबंध की गणना ज्यामितीय प्रकाशिकी द्वारा की जा सकती है। सूत्र के लिए निम्न चित्र देखें। यदि घटना प्रकाश को एक किरण के रूप में देखा जाता है, तो θmax फाइबर की अक्ष-अक्षीय प्रकाश को एकत्र करने की क्षमता का प्रतिनिधित्व करता है: θmax से कम या उसके बराबर एक घटना कोण के साथ किरणें (लाल और गुलाबी) इंटरफ़ेस पर कुल आंतरिक प्रतिबिंब (टीआईआर) से गुजरती हैं कोर और क्लैडिंग के बीच, और कोर में आगे बढ़ने के लिए बाध्य हैं। θmax (नीला) से बड़ा आपतित कोण वाली किरणें अंततः अपवर्तन के कारण लुप्त हो जाती हैं।

एकाधिक घटना कोण और फाइबर मोड

एक घटना कोण के साथ किरणें θmax से कम या उसके बराबर मल्टीमोड फाइबर के गाइड मोड में से एक के साथ जोड़ा जाएगा। सामान्य तौर पर, घटना कोण जितना छोटा होता है, उत्तेजित फाइबर का मोड ऑर्डर उतना ही कम होता है। अधिकांश ऊर्जा केंद्र के पास निम्न-क्रम मोड में केंद्रित होती है, और सामान्य रूप से होने वाली किरणें निम्नतम-क्रम मोड को उत्तेजित करती हैं। निम्नलिखित दो मल्टीमोड ऑप्टिकल फाइबर के प्रसार का आरेख है।

सिंगल-मोड फाइबर अलग है

उपरोक्त सूत्र द्वारा गणना की गई एनए सिंगल-मोड फाइबर का अधिकतम आपतन कोण नहीं है, इसलिए यह सिंगल-मोड फाइबर की ऑप्टिकल रिसेप्शन क्षमता को चिह्नित नहीं कर सकता है। एकल-मोड फाइबर में 0-डिग्री घटना प्रकाश द्वारा उत्साहित केवल निम्नतम गाइड मोड मौजूद है, और प्रसार आरेख इस प्रकार है।

एनए द्वारा एकल-मोड फाइबर आउटपुट के विचलन कोण का अनुमान लगाना सटीक नहीं है। इस मामले में, किरण विवर्तन के कारण विचलन करती है, और ज्यामितीय प्रकाशिकी इस प्रभाव पर विचार नहीं करती है, इसलिए तरंग प्रकाशिकी की आवश्यकता होती है।

2. एमएफडी सिंगल-मोड फाइबर कपल्ड लेजर के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर क्यों है?

जब बीम सिंगल-मोड फाइबर के साथ फैलता है, तो यह गाऊसी आकार के करीब एक तीव्रता प्रोफ़ाइल बनाए रखता है। प्रोफ़ाइल की चौड़ाई को मोड-फ़ील्ड व्यास (एमएफडी) द्वारा चित्रित किया जा सकता है, अर्थात, स्पैन चौड़ाई जब तीव्रता चरम मान के 1/e² तक गिर जाती है। अंगूठे का नियम: एमएफडी फाइबर कोर के व्यास का लगभग 1.15 गुना है।

आपतित प्रकाश गॉसियन प्रकाश के जितना निकट होगा, युग्मन दक्षता उतनी ही अधिक होगी। यदि घटना प्रकाश गाऊसी है और बीम कमर फाइबर एमएफडी के बराबर है, तो उच्च युग्मन दक्षता हासिल की जा सकती है। गाऊसी बीम सूत्र में कमर के व्यास में एमएफडी को प्रतिस्थापित करके, एकल-मोड फाइबर के युग्मन मापदंडों और विचलन कोण की सटीक गणना की जा सकती है।

युग्मन पैरामीटर निर्धारित करें

सिंगल-मोड फाइबर में केवल एक गाइड मोड होता है, जिसे बेसेल फ़ंक्शन द्वारा वर्णित किया जा सकता है। समान आकार के कारण, गॉसियन फ़ंक्शन का उपयोग सटीक परिणाम प्रदान करते हुए फाइबर पैटर्न को सरल बना सकता है। नीचे दिया गया आंकड़ा एकल-मोड फाइबर की मोड तीव्रता प्रोफ़ाइल दिखाता है, जिसमें घटना प्रकाश को केवल गाइड मोड में जोड़ा जा सकता है यदि यह उससे मेल खाता है।

सिंगल मोड फाइबर युग्मित लेजर

एकल-मोड फाइबर की युग्मन दक्षता में सुधार करने के लिए, यह आवश्यक है कि घटना की कमर गॉसियन बीम फाइबर के अंत में स्थित हो, और कमर की तीव्रता और मोड की तीव्रता मेल खाती हो और मेल खाती हो। यदि बीम कमर का व्यास एमएफडी के बराबर नहीं है, तो बीम की तीव्रता प्रोफ़ाइल बदल जाती है या विचलित हो जाती है, या बीम फाइबर के साथ अक्षीय रूप से घटना नहीं होती है, ये स्थितियां युग्मन दक्षता को कम कर देंगी।

3. क्या एनए सिंगल-मोड फाइबर आउटपुट के विचलन कोण का सटीक अनुमान लगा सकता है?

एनए का उपयोग करके एकल-मोड फाइबर के विचलन कोण का अनुमान लगाने में बड़ी त्रुटि है। गॉसियन बीम प्रसार सिद्धांत का उपयोग करना एक अधिक सटीक तरीका है। एकल-मोड फाइबर के दूर-क्षेत्र विचलन कोण की गणना के लिए अनुमानित सूत्र इस प्रकार है, और इसका परिणाम विचलन कोण या रेडियन में कोण प्राप्त करना है।

एकल-मोड फाइबर का उत्पादन गाऊसी प्रकाश के समान है, उदाहरण के लिए, ज्यामितीय प्रकाशिकी द्वारा गणना किए गए विचलन कोण में एक बड़ा विचलन है। ज्यामितीय प्रकाशिकी द्वारा परिकलित विचलन कोण आर्क्सिन (NA) के बराबर है, जो केवल सामान्य मल्टीमोड फाइबर पर लागू होता है।

सिंगल-मोड फाइबर गॉसियन बीम का उत्पादन करता है। रेले की दूरी और z बिंदु पर बीम त्रिज्या की गणना क्रमशः निम्नलिखित दो सूत्रों द्वारा की जाती है।

इसलिए, एकल-मोड फाइबर के आउटपुट बीम के विचलन कोण को सटीक रूप से अनुकरण किया जा सकता है, जैसा कि नीचे दी गई आकृति में दिखाया गया है। जाहिर है, ज्यामितीय प्रकाशिकी सिद्धांत के अनुसार NA का उपयोग करके विचलन कोणों की गणना करने में एक बड़ी त्रुटि है। इस उदाहरण में, NA और MFD क्रमशः 0.13 और 6.4 µm हैं। ऑपरेटिंग तरंग दैर्ध्य 980 एनएम है और रेले की दूरी 32.8 माइक्रोन है।

जैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, बीम का विचलन रेले की दूरी के भीतर रैखिक नहीं है, लेकिन इसे दूर के क्षेत्र में लगभग रैखिक माना जा सकता है। आकृति में चिन्हित दो कोणों की गणना उनके वक्रों के ढाल से की जाती है। यदि गणना करने के लिए उपरोक्त दूर-क्षेत्र सन्निकटन सूत्र का उपयोग किया जाता है, तो परिणाम को एक छोटी सी त्रुटि के साथ 5.61 डिग्री के कोण में बदल दिया जाता है।

4. एकल-मोड फाइबर की युग्मन दक्षता को प्रभावित करने वाले कारक क्या हैं?

घटना बीम के कोण, स्थिति और तीव्रता प्रोफ़ाइल को समायोजित करके एकल-मोड फाइबर की युग्मन दक्षता में सुधार किया जा सकता है। यह मानते हुए कि फाइबर अंत चेहरा फ्लैट और धुरी के लंबवत है, यदि निम्नलिखित शर्तें पूरी होती हैं तो बीम उच्चतम युग्मन दक्षता तक पहुंच सकता है:

• गाऊसी तीव्रता प्रोफ़ाइल

•फाइबर अंत चेहरे से सकारात्मक घटना

•कमर फाइबर के अंत में स्थित है

• कमर के केंद्र को एक मुख्य केंद्र के साथ संरेखित करें

• कमर का व्यास फाइबर एमएफडी के बराबर है

प्रकाश स्रोत युग्मन दक्षता को सीमित कर सकते हैं

यदि लेजर केवल सबसे कम क्रम के अनुप्रस्थ मोड का उत्सर्जन करता है, तो आउटपुट लगभग एक गॉसियन बीम होता है, जिसे एकल-मोड फाइबर में कुशलता से जोड़ा जा सकता है। हालाँकि, मल्टी-मोड लेज़रों या सिंगल-मोड फाइबर वाले वाइडबैंड प्रकाश स्रोतों की युग्मन दक्षता बहुत कम है, और अधिकांश प्रकाश लीक हो जाएगा, भले ही यह मुख्य क्षेत्र पर केंद्रित हो। ऐसा इसलिए है क्योंकि मल्टी-मोड स्रोत के प्रकाश का केवल एक हिस्सा सिंगल-मोड फाइबर गाइड पैटर्न से मेल खाता है, इसलिए मल्टी-मोड स्रोत मल्टी-मोड फाइबर के साथ उच्च युग्मन दक्षता प्रदान कर सकता है।

5. क्या मल्टी-मोड फाइबर का अधिकतम प्राप्त कोण तय है?

समस्या फाइबर के प्रकार पर निर्भर करती है। स्टेप-इंडेक्स मल्टीमोड फाइबर के लिए, कोर पर प्रत्येक बिंदु का अधिकतम प्राप्त कोण समान होता है। हालांकि, केवल ग्रेडेड इंडेक्स मल्टीमोड फाइबर का मुख्य केंद्र अधिकतम घटना कोण प्रदान कर सकता है। केंद्र से दूर, अधिकतम प्राप्त कोण जितना छोटा होता है और आवरण इंटरफ़ेस के पास अधिकतम प्राप्त कोण 0 होता है।

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