上海昊量光電的AUT-FiberLock空間光-單模光纖主動耦合穩定係統是一套將空間光主動耦合鎖定進單模光纖的簡單裝置。空間光-單模
光纖耦合穩定係統簡化了初始耦合，並且優(you) 化了耦合效率，主動補償(chang) 機械漂移。
上海昊量光電的AUT-FiberLock空間光-單模光纖主動耦合穩定係統是一套將空間光主動耦合鎖定進單模光纖的簡單裝置。此裝置簡化了初始耦合，並且優(you) 化了耦合效率，主動補償(chang) 機械漂移。
1 光纖耦合原理
當激光束從(cong) 單模光纖出射，它會(hui) 形成一個(ge) 錐形發散，就需要使用準直透鏡產(chan) 生準直光束輸出。相反的，如果要把光束耦合進單模光纖，也必須借助一個(ge) 聚焦透鏡生成類似的錐形光。根據光纖的特性，光強最大的最理想的光錐的幾何結構是固定的。因此要達到理想的耦合效率，入射光束必須與(yu) 理想光錐最大化重合。在(X; Y; Z)的坐標係中，其中z軸就相當於(yu) 光纖的光軸，光錐的重疊將由六個(ge) 自由度進行表示：
光錐的收斂角
束腰在Z軸向上的位置量
束腰在X，Y軸向上的位置量
光錐在X，Y軸向上的旋轉量
理想對準耦合的光學結構的示意圖如圖1：
圖1:光纖耦合誤差的不同種類
收斂角是由光束直徑與(yu) 聚焦透鏡的焦距決(jue) 定的，束腰在Z軸向上的位置可通過改變光纖纖芯頭與(yu) 透鏡距離來解決(jue) 。圖1d描述了這兩(liang) 個(ge) 自由度誤差。
為(wei) 了控製其餘(yu) 四個(ge) 自由度，我們(men) 需要一個(ge) 特殊的光纖座用來傾(qing) 斜，翻轉，移動光纖頭。透鏡和光纖架必須固定其一，改變入射光束的位置和角度（如圖1b和1c）。不管怎樣，必須保證亞(ya) 微米精度，也就是說需要高精度機械鏡架與(yu) 光纖調整架。此外，這些組件必須具有高度的穩定性，以減小熱膨脹造成的漂移與(yu) 耦合效率下降。
今天，空間光-單模光纖耦合在光學實驗室與(yu) 工業(ye) 領域都有廣泛国产成人在线观看免费网站，但長時間保持最佳的耦合效果與(yu) 耦合效率仍是一個(ge) 巨大的挑戰。
2 主動光纖耦合
當被動的穩定不可持續，就需要使用主動穩定的方式來滿足性能需求。這種主動穩定裝置包括一個(ge) 致動器，例如壓電掃描反射鏡，和一個(ge) 反饋信號。
如圖2所示， 上海昊量光電FiberLock使用了一個(ge) 放置在聚焦透鏡前的含單反射的致動器。傾(qing) 斜這個(ge) 反射鏡就能改變光束腰的X或Y方向的位置。反饋信號來自光纖或內(nei) 置在光纖Tap的激光強度測量裝置。
圖2 FiberLock控製器連接一個(ge) 主動壓電掃描鏡和光纖後的強度信號，組成一個(ge) 反饋回路。
這個(ge) 簡單裝置有三個(ge) 作用：
1.它幫助了光束到光纖的初始耦合
2.它極大簡化了耦合效率的優(you) 化過程
3.它保持了耦合穩定，補償(chang) 了光束和光纖調整架的漂移
實際上，FiberLock甚至能夠彌補激光器的強度噪聲，2.4有詳細描述。
2.1 初始耦合
當第一次耦合進光纖時，不得不盲目的掃描對準不同的自由度。僅(jin) 當探測到耦合進的一定的光通量，我們(men) 才會(hui) 有開始優(you) 化的反饋信號。
圖3致動器的角度掃描提供耦合效率的三維可視化圖像
使用一個(ge) 活動壓電驅動反射鏡，足夠快的盲目掃描實時顯示耦合效率與(yu) 反射鏡位置的對應三維圖像，如圖3所示。由於(yu) 致動器的掃描範圍比光纖內(nei) 徑高1或2個(ge) 數量級，所以初始的粗對準就變得非常簡單。另一方麵，我們(men) 獲得了光束輪廓上和影響耦合效率的裝置配件上的信息。
2.2 穩定
一旦找到最大的耦合效率，FiberLock就可以鎖定在這一最大效率點上。在鎖定模式下，活動反射鏡在光束的x和y位置添加了小幅調製，光纖後的強度輸出提供了必要的反饋：如果調製表現在的強度上，說明束腰沒有準直在光纖纖芯上，主動反射鏡就會(hui) 糾正它。一旦光束射入光纖中心，輸出強度的調製就消失了。（一個(ge) 一維鎖相調節器總是會(hui) 引起輸出信號的調製，然而，二維情況下，無調製輸出是可行的。）
光纖尖端位置或入射光束的任何漂移現在都能完美補償(chang) 。即使鎖定點消失了， FiberLock的搜索模式也可以快速掃描致動器的範圍，恢複到鎖定模式的強度峰值上。打開自動重鎖功能，這種掃描就會(hui) 自動啟動。
2.3 優(you) 化鎖定
在典型的光學裝置中，在調節六個(ge) 自由度同時進行獨立的光纖耦合優(you) 化是不可能的。例如，聚焦可以通過移動z軸上的聚焦透鏡來調節，然而即使再高精度的滑軌也會(hui) 受限於(yu) 加工精度，不能完美對準光軸。結果，透鏡也會(hui) 在X和Y方向上移動，這就會(hui) 產(chan) 生束腰位置的偏移。正是這種交叉相關(guan) 性，導致無法進行每個(ge) 自由度的獨立優(you) 化，它們(men) 總會(hui) 對其它自由度的優(you) 化產(chan) 生幹擾，不得不反複進行，這就使光纖耦合優(you) 化非常困難，也會(hui) 花費更多時間。
圖4 光學裝置：活動反射鏡架控製束腰的位置。其它參數可以手動調整。
由於(yu) FiberLock僅(jin) 能穩定兩(liang) 個(ge) 自由度，仍然需要手動優(you) 化（如圖4）。但當開啟FiberLock後，手動調節就變得極其簡單：首先，需要調節的變量大大減少；其次，有缺陷的光機械引入的交叉相關(guan) 性也被大量移除。例如，如果光纖尖端沿z軸移動，X和Y方向上的漂移就被自動補償(chang) 掉，輸出能量純粹隻顯示我們(men) 關(guan) 心的效果。
FiberLock的調節器很容易快速跟隨手動調整，使所有餘(yu) 下的自由度都能夠獨立，快速，方便的優(you) 化。
2.4 穩功率模式
FiberLock控製耦合效率的能力帶來了一個(ge) 有趣的可能性：如果我們(men) 的目標是保持耦合進光纖的功率恒定，而不是最大值，FiberLock可以擔當一個(ge) “Noise Eater”。例如，如果激光有強度波動，FiberLock可以通過主動調諧耦合效率進行強度補償(chang) 。用這種方法，一個(ge) FiberLock和單模光纖的組合可以看做模式清潔器。光束輪廓的畸變，強度噪聲，指向波動都能被濾除，當然代價(jia) 是損失一部分功率。
2.5 總結
本質上，主動光纖耦合與(yu) 手動對準原理是相同的：光纖輸出作為(wei) 調節光機械的反饋信號。然而，FiberLock能夠更快，更可靠，特別是更連續。一旦鎖定，耦合將永遠保持穩定。對於(yu) 持續數天運行不加幹涉的光學實驗以及非手動的光纖耦合激光的工業(ye) 国产成人在线观看免费网站都是極其重要的。此外，在需要頻繁更換光學機構的国产成人在线观看免费网站中，FiberLock的掃描與(yu) 搜索功能是非常有價(jia) 值的。
FiberLock可以不連接電腦，隻依靠控製器上簡單有效的用戶麵板操作。當然可視化操作和高級參數調整需要連接電腦。最後，通過對準一個(ge) 光學元件優(you) 化一些高質量信號的需要會(hui) 更加普遍，還有半導體(ti) 激光器的生產(chan) 中定位透鏡位置變化及光參量放大器中的光束對準。
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