Как рассчитать потери из-за гауссовой расходимости луча лазера, проходящего через несколько линз?

Чтобы лучше объяснить мой вопрос, мне нужно будет дать краткое описание конфигурации, используемой в переключателях 2D MEMS.

Итак, на следующем рисунке показана конфигурация 2D MEMS-переключателя, световой пучок поступает от волокна к входному порту, проходит внутри переключателя, пока не встретится с зеркалом, которое находится в стоячем состоянии, чтобы отразить луч к выходному порту.

2D МЭМС-переключатель

Выходной пучок из волокна широкий, поэтому коллимируют его с помощью коллиматора на входе. Этот коллиматор выбирается таким образом, чтобы перетяжка луча была минимальной в зеркале наихудшего сценария (т. е. на самом длинном пути).

Этот путь показан на следующем рисунке.

Анализ гауссовой расходимости пучка

При анализе потерь мощности есть потери из-за несовершенства отражения зеркала, которые составляют от 1% до 3%, и есть потери из-за гауссовой расходимости луча и наличия зеркала 1d на пути луча. Согласно документам, «Потери оптического сигнала из-за расходимости гауссова луча для зеркала радиуса R на расстоянии z составляют»:

потери из-за расходимости гауссова луча

Обычно они поддерживают отношение R/W(z) от 1,5 до 2.

Обратите внимание, что луч распространяется в свободном пространстве от входного порта к зеркалу и от зеркала к выходному порту. Это связано с тем, что зеркала, отличные от зеркала 1d, находятся в спящем состоянии (т. е. они находятся вне траектории луча).

Мой вопрос:

Однако если принять случай, когда пучок распространяется в аналогичной конфигурации, то при положениях зеркал от 1а до 1с имеются переключающие элементы с такими же положениями и размерами, выполненные из стекла, так что пучок проходит через них.

Каково будет влияние этих элементов от 1a до 1c на потери из-за расходимости гауссова луча? Будет ли это суммирование потерь с использованием приведенного уравнения на разных расстояниях, другими словами

л г а ты с с ( а т   1 а ) + л г а ты с с ( а т   1 б ) + л г а ты с с ( а т   1 с ) + л г а ты с с ( а т   1 г ) + . . .

Если нет, то почему? и как мне его рассчитать?

Ссылка: CY Li и др., «Использование модулей переключения 2x2 для создания больших двумерных оптических МЭМС-переключателей».

Ответы (1)

Вау, это очень подробный вопрос. Спасибо за ваши усилия.

Давайте проигнорируем эффекты дифракции, которые будут рассеивать небольшое количество дополнительной мощности лазерного луча. Потери на элементах с 1а по 1d не просто суммируются. Это связано с тем, что мощность будет потеряна только на одном из зеркал и не будет потеряна на других зеркалах. Таким образом, чтобы рассчитать мощность, потерянную из-за ограничения на всем пути, вам просто нужно рассчитать мощность, потерянную в зеркале/стекле, где луч является наибольшим по отношению к зеркалу/стеклу. Для более точного расчета потерь, учитывающих дифракционные эффекты, вероятно, потребуется компьютерное моделирование.

Однако есть еще один источник потерь в системе. Если вы используете голое (без оптического покрытия) стекло на элементах 1a-1c, то вы потеряете около 3,5% на интерфейс . С 6 интерфейсами (спереди и сзади элементов 1a - 1c) вы будете передавать

Т "=" ( 1 − 0,035 ) 6 "=" 0,81 ⇒ л "=" 19 % .
Таким образом, вы потеряете почти 20% света из-за отражения на стеклянных поверхностях. Если вы платите за антибликовое оптическое покрытие, вы можете довольно дешево получить коэффициент отражения всего 0,1%, и в этом случае вы почти ничего не потеряете из-за этого источника потерь.

"Чтобы рассчитать мощность, потерянную из-за ограничения на всем пути, вам просто нужно рассчитать мощность, потерянную в зеркале/стекле, где луч является наибольшим по отношению к зеркалу/стеклу". Означает ли это, что в данном случае мне нужно вычислить его на переключающем элементе 1а?
@BHamza Это правильно.
Как рассчитать потери из-за гауссовой расходимости луча лазера, проходящего через несколько линз?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v