Каковы компромиссы для различных вариантов подключения светодиода к оптическому волокну?

10

Я пытаюсь соединить белый светодиод с пучком волокон, который состоит из нескольких 30 мкм волокон кварца. Внешний диаметр пучка составляет порядка 0,5 мм. NA волокна составляет 0,87, а весь пучок помещен в наконечник из нержавеющей стали диаметром 0,125 дюйма. Я читал о различных способах соединения - от шариковой линзы до приклеивания волокна непосредственно к светодиоду. умри.

Мне любопытно, если у кого-то есть опыт, делающий что-то подобное. Кто-нибудь может выделить преимущества / недостатки различных методов? Являются ли основные компромиссы стоимость против эффективности передачи? Если да, то какие методы на каком конце спектра?

Стоит заявить, что я не продаю ни один конкретный светодиод, но я экспериментировал с простым удерживанием обоймы над LXML-PWC2 - тонны света (достаточно для моего применения) с iF ~ 400 мА . Это было бы разумным решением, за исключением того, что эффективность передачи ужасна (очевидно), поэтому я должен использовать больше тока, чем хотелось бы. В результате получается довольно большой радиатор, который я хотел бы сжать или угробить все вместе.

DOOV
источник
Не могли бы вы указать, что это за приложение, или, по крайней мере, сколько света требуется, и какой разброс необходим для просмотра? Модельные железнодорожники часто используют конечное излучающее волокно, плотно приклеенное к головке линзного дискретного светодиода диаметром 3 мм или даже SMD-светодиода под небольшим углом, используя прозрачный клей и плотное соединение (в месте соединения нет воздуха). На выходном конце паяльник, вдавленный в наконечник, образует небольшой гриб, который хорошо излучает свет.
Аниндо Гош
Сколько волокон в жгуте?
Фотон
Приложение для подсветки небольшого объема - 1,5 см ^ 3. Я действительно не знаю, как указать количество света, которое мне нужно, кроме как качественно сказать «это выглядит хорошо». Разочарование я знаю ... С помощью мощного светодиода я получаю примерно правильное количество света. Если бы мне пришлось угадывать эффективность перевода, я бы остановил его на уровне менее 10%. Я думаю, что оттуда я мог бы вернуться к ответу и сказать, что при @ iF = 400 мА светодиод делает примерно 150 люмен. Если я предполагаю 10% переноса, я могу назвать это ~ 15 люменов необходимого света. Это довольно серьезная добыча, хотя ...
Doov
@ThePhoton Я полагаю, что в связке примерно 50 волокон, но я проверю еще раз.
DOOV
Несколько уточнений - действительно, ~ 50 волокон, но NA выше, чем я думал - .87. Кроме того, диаметр каждого волокна меньше, чем я думал, - 30 мкм.
13:00

Ответы:

4

«Типичное» волокно для связи имеет диаметр 9, 50 или 62,5 мкм в сердечнике, но есть оболочка 125 мкм, которая также необходима для работы волокна. Существует также 900 мкм сердцевина пластикового оптического волокна. Что там для освещения, я не уверен. Очевидно, вы не работаете с одним из типов, с которыми я знаком.

Но ключевым моментом является то, что ядро ​​меньше, чем оболочка. И свет, связанный с волокном, будет (в лучшем случае) тем, что падает на сердечник. С .87 NA вы, вероятно, получите довольно близко к этому идеалу. Так что я просто сделаю некоторые цифры. Скажем, у вас есть ядро ​​30 мкм в оболочке 60 мкм. В целом, максимальная эффективность связывания можно ожидать от равномерного освещения конца пучка волокон составляет 30 2 /60 2 или 25%.

Тогда есть фактор плотности упаковки круглых предметов в область (промежутки между волокнами в пучке), который, я считаю, составляет около 78% в лучшем случае.

И потеря отражения около 4% для света, попадающего в стекло из воздуха.

Сложите все это, (.25) x (.78) x (.96), и вы получите около 19% наилучшей эффективности связи. (Вам нужно будет пересчитать это, зная правильный коэффициент для первого семестра)

Если вы приближаетесь к этому, я бы сказал, что у вас все хорошо.

Конечно, не мешало бы найти светодиод, который излучает в узком конусе вместо более половины всего пространства, или даже добавить какой-нибудь объектив, чтобы сфокусировать свет на области пучка волокон. Но, как правило, ваше лучшее соединение не будет таким уж замечательным.

Фотон
источник
Спасибо за ответ. Есть ли хороший способ измерить эффективность сцепления? Когда я припарковал мяч менее чем на 10%, это было просто на основе моего (неточного) хаба и того, сколько света выходило из волокна в зависимости от того, сколько света выходило из базы / соединения. Вполне возможно, что я упал до 3%, в этом случае 19% было бы неплохим улучшением - по крайней мере, я смог бы снизить iF на диоде и потерять немного тепла. Какие существуют решения для линз и каковы компромиссы? Спасибо!
Doov
Измерить выход волоконного жгута должно быть довольно легко, если у вас есть правильная передача. Просто поднесите жгут как можно ближе к фотоприемнику большой площади. Они легко доступны с диаметрами значительно выше. 125 ". Измерять выходную мощность самого светодиода сложнее - если вы возьмете достаточно большой фотоприемник и поднесете его достаточно близко к светодиоду, вы, вероятно, получите разумную оценку общая доступная мощность.
Фотон
Датчики такого уровня (и измерительная электроника для считывания отклика, откалиброванные в uW) доступны от таких компаний, как Newport, ThorLabs и т. Д. Если вы хотите сделать это с ограниченным бюджетом, я не уверен, где именно идти.
Фотон
Большое спасибо за информацию! Какие-нибудь предложения для линзы, чтобы использовать только как сравнение с прямой механической связью?
Doov
-1

Что ж, ваш выбор белого светодиода - это наихудший из возможных вариантов, если вам просто не нужен белый свет для вашего приложения. Причина в том, что белые светодиоды имеют значительно более низкую яркость, чем цветные светодиоды, потому что свет излучается из люминофора, который имеет большую площадь поверхности, по сравнению с голым светодиодным кристаллом из цветного светодиода.

Объектив не очень поможет, если только вы не можете получить голый светодиод без соединительных проводов, чтобы мешать оптике, и вам будет трудно найти достаточно маленький объектив с достаточно большим рабочим NA и достаточно низким аберрации, чтобы на самом деле работать правильно. Вы должны сфокусировать реальное изображение голой матрицы на конце пучка волокон. Но вы никогда не сможете получить яркость изображения, превышающую яркость источника. (запрет второго закона).

Лучше всего (при условии, что вам действительно нужен этот белый свет), это найти небольшой светодиод с плоской поверхностью (похожий на чип) и приклеить его к концу пучка волокон прозрачным клеем с наименьшим возможным расстоянием между волокном и светодиод.

user28555
источник
Мне нужен белый свет. Отсюда и белый светодиод. Почему линза не поможет? Насколько я понимаю, шариковая линза не плохая идея для этого приложения. Почему плоский светодиод лучше? Просто для того, чтобы придерживаться этого? Вообще говоря, они имеют гораздо более широкие углы рассеяния (поэтому я бы предположил, что меньше света направлено на волокно).
13:00
Что ж, две вещи не дают свету проникнуть в ваш пучок волокон. Один - это площадь поверхности волокна (сердечника), а другой - числовая апертура (NA) волокон. Если U - максимальный угол падения на ядро, которое может быть передано, а H - диаметр ядра, величина NHSin (U) является инвариантом при всех оптических преобразованиях. Это называется теорема об оптическом грехе или иногда инвариант Лагранжа. Единственный способ получить больше света - это увеличить яркость (или яркость) источника. Объектив не может сделать то, что шариковая линза плоха из-за аберраций, которые теряют больше
user28555
Может быть, я не понимаю - почему линза не может помочь коллимировать свет в волокно? Я должен представить, что есть третье, что мешает свету проникнуть в пучок - направление света относительно пучка. В конце концов, если я поверну светодиод на 180 градусов от пучка, тогда нулевой свет уйдет в любую область поверхности / NA. Я не понимаю, почему объектив не может помочь - если два светодиода излучают одинаковое количество фотонов, но один излучает их на меньшей площади, чем Вт / м ^ 2, в случае меньшей площади> большая площадь кейс. Разве линза не может помочь сфокусировать свет на маленькое пятно (например, мое волокно)?
13:00
Возможно, я не понимаю этого, но ознакомьтесь с часто задаваемыми вопросами по оптике edmuds: «Я ищу лучший способ максимизировать количество света от светодиода в оптоволокно. Каковы наилучшие варианты для соединения моего светодиода и оптоволокна? " edmundoptics.com/technical-resources-center/...
DOOV