Was sind die Kompromisse für die verschiedenen Optionen, mit denen eine LED an eine Glasfaser gekoppelt wird?

Ich versuche, eine weiße LED mit einem Faserbündel zu koppeln, das aus mehreren 30-uM-Silica-Fasern besteht. Der Bündeldurchmesser liegt in der Größenordnung von 0,5 mm. Die NA der Faser beträgt 0,87 und das gesamte Bündel befindet sich in einer Edelstahlzwinge mit einem Durchmesser von 0,125 Zoll. Ich habe verschiedene Kopplungsmethoden gelesen - von einer Kugellinse bis zum direkten Kleben der Faser über die LED sterben.

Ich bin gespannt, ob jemand Erfahrung damit hat. Kann jemand die Vor- und Nachteile der verschiedenen Methoden beschreiben? Sind die wichtigsten Kompromisse zwischen Kosten und Übertragungseffizienz? Wenn ja, welche Methoden befinden sich an welchem ​​Ende des Spektrums?

Es ist erwähnenswert, dass ich keine bestimmte LED verkauft habe, aber ich habe versucht , die Ferrule einfach über eine LXML-PWC2 zu halten - mit iF ~ 400mA kommt Tonnen Licht herein (genug für meine Anwendung). Dies wäre eine vernünftige Lösung, außer dass die Effizienz der Übertragung (offensichtlich) schrecklich ist und ich mehr Strom verbrauchen muss, als ich möchte. Das Ergebnis ist ein ziemlich großer Kühlkörper, den ich alle zusammen schrumpfen oder wegwerfen möchte.

"Typische" Fasern für die Kommunikation haben einen Durchmesser von 9, 50 oder 62,5 um im Kern, aber es gibt eine 125-um-Ummantelung, die auch erforderlich ist, damit die Faser funktioniert. Es gibt auch 900 um Kern Kunststoff optische Faser. Was da draußen zur Beleuchtung ist, weiß ich nicht genau. Offensichtlich arbeiten Sie nicht mit einem der Typen, mit denen ich vertraut bin.

Entscheidend ist jedoch, dass der Kern kleiner als der Mantel ist. Und das in die Faser eingekoppelte Licht ist (im besten Fall) das, was auf den Kern fällt. Mit .87 NA kommen Sie diesem Ideal wahrscheinlich ziemlich nahe. Also werde ich nur ein paar Zahlen erfinden. Angenommen, Sie haben einen 30-um-Kern in einer 60-um-Verkleidung. Insgesamt ist die maximale Kopplungseffizienz Sie von gleichmäßig Beleuchten des Endes des Faserbündels erwarten könnten , ist , 30 ² /60 ² bzw. 25%.

Dann gibt es einen Faktor für die Packungsdichte runder Objekte in einem Bereich (die Lücken zwischen den Fasern im Bündel), der meiner Meinung nach im besten Fall etwa 78% beträgt.

Und ein Reflexionsverlust von etwa 4% für Licht, das aus der Luft in das Glas eintritt.

Addieren Sie all dies, (.25) x (.78) x (.96), und Sie haben eine Best-Case-Kopplungseffizienz von etwa 19%. (Sie müssen dies neu berechnen und den richtigen Faktor für den ersten Term kennen.)

Wenn Sie sich dem nähern, würde ich sagen, dass es Ihnen tatsächlich ziemlich gut geht.

Natürlich würde es nicht schaden, eine LED zu finden, die in einem schmaleren Kegel statt über der Hälfte des gesamten Raums emittiert, oder sogar eine Art Linse hinzuzufügen, um das Licht auf den Bereich des Faserbündels zu fokussieren. Aber im Allgemeinen wird Ihre Best-Case-Kopplung immer noch nicht so toll sein.

Nun, Ihre Wahl einer weißen LED ist die schlechteste Wahl, die Sie treffen könnten, es sei denn, Sie müssen lediglich weißes Licht für Ihre Anwendung haben. Der Grund dafür ist, dass weiße LEDs eine deutlich geringere Leuchtdichte aufweisen als farbige LEDs, da das Licht von einem Leuchtstoff mit großer Oberfläche emittiert wird, verglichen mit dem blanken LED-Chip einer farbigen LED.

Ein Objektiv wird nicht viel helfen, es sei denn, Sie können eine blanke Chip-LED ohne Bonddrähte erhalten, die der Optik im Weg steht, und es wird Ihnen schwer fallen, ein ausreichend kleines Objektiv mit einer ausreichend großen Betriebs-NA und niedrig genug zu finden Aberrationen, um tatsächlich richtig zu funktionieren. Sie müssten ein reales Bild des blanken Stempels auf das Ende des Faserbündels fokussieren. Die Luminanz des Bildes kann jedoch niemals die der Quelle überschreiten. (Verbot des zweiten Gesetzes).

Die beste Wahl (vorausgesetzt, Sie müssen wirklich dieses weiße Licht haben) besteht darin, eine kleine LED mit flacher Oberfläche (chipartig) zu finden und sie mit einem klaren Kleber auf das Ende des Faserbündels zu kleben, mit dem kleinstmöglichen Abstand zwischen der Faser und die LED.