Ein- und Auskopplung von Lasern in LWL-Fasern

Post by **tothestars** » Thu 26 Jun, 2008 3:52 pm

Hallo Leute,

ich habe mal eine (für die Experts wahrscheinlich blöde) Frage.

Wie funktioniert eigentlich eine Ein- oder Auskopplung in und aus LWL-Fasern ? Ich hatte vor geraumer Zeit, nach einem Aufruf, mal einem Laserfreak ein paar 62,5/125er Fasern zu diesem Zweck überlassen und hatte ihm auch diese Frage gestellt, aber leider keine Antwort erhalten.
Ich habe mehrfach über die Schwierigkeit gelesen rote Taschenlampen (laser mit Beams von 4-8mm) auf einen vernüftigen Strahl zu fokossieren.
Da kann ich mir irgendwie nicht vorstellen, wie man halbwegs verlustfrei einen Beam von 1-3 mm auf die 62,5 fokussiert und wieder zu einem parallelen Strahl aufweitet. Gibt es eine einfache Erklärung ?

Post by **Dr.Ulli** » Thu 26 Jun, 2008 4:48 pm

Dafür nimmt man Linsen mit entsprechend kurzer Brennweite. Gut geeignet sind auch Kugellinsen direkt vor der Faser.
Der erzielbare Durchmesser des Strahls hängt dabei im Wesentlichen von der Dicke der Faser ab (Größe der Lichtquelle).

Post by **gebbi** » Thu 26 Jun, 2008 10:06 pm

Hi Rainer,

der böse Freak der nicht geantwortet hat, war dann wohl ich

Sorry, hatte ich völlig vergessen.
Wollte damals eigentlich ein paar Bilder von der Kopplung machen, aber leider passen meine Kopplerlinsen noch nicht 100%, weshalb der Austrittsstrahl schrecklich ausschaut.
Aber hier mal eine kleine Grafik, die das Prinzip ein wenig verdeutlicht:

Entscheidend für eine vernünftige Kopplung ist die perfekt Fokussierung des Laserstrahls auf den Anfang des Faserkerns. Der Strahldruchmesser (w) sollte etwas kleiner als der Kerndurchmesser (d) sein. Das Bild zeigt genau, was passiert, wenn man nicht richtig fokussiert--> Leistungsverlust beim Einkoppeln. Wichtig ist außerdem, dass die Numerische Appertur der Fokusoptik auch die gleich NA (oder besser) wie die Faser hat. d.h. der Öffnungswinkel des Laserstrahls nach der Linse, sollte etwa genauso groß oder besser etwas kleiner sein, wie der Winkel des Strahls, der aus einem "nackten" Faserende austreten würde. Ist das nicht der Fall, wird ein Teil des Lichtes im Fasermantel absorbiert, weil der Eintrittswinkel zu steil ist. (keine Totalreflexion an der Kernwand mehr).
Prinzipiell gilt: Je dünner die Faser, desto schwieriger ist die Einkopplung, aber desto besser ist der ausgekoppelte Strahl.

Post by **tothestars** » Fri 27 Jun, 2008 1:07 pm

Gebbi wrote: der böse Freak der nicht geantwortet hat, war dann wohl ich
Sorry, hatte ich völlig vergessen.

überhaupt kein Problem.

Wenns so wichtig gewesen wäre, hätte ich mich auch noch mal gemeldet. Ich hab gestern nur was über Fasern gelesen, da fiel mir die Frage noch mal ein.
Hätte nur nicht gedacht, dass es bei diesen Größenordungen mit nur einer Linse möglich ist (ich stellte mir da eher an eine komplizierte mehrstufige Optik mit jeder Menge Justierung vor o.ä.).
Danke für die Antwort.

Post by **junior** » Tue 01 Jul, 2008 4:58 pm

Hi!

Bei "vernünftigem Strahl" sehe ich da ein kleines Problem: bei 62,5 um Kerndurchmesser dürften das Multimode-Fasern sein. Das was da rauskommt ist kein sauberer Strahl, sondern ein mehr oder weniger homogenes Strahlenbündel mit 62,5 um Quellengröße --> nicht kollimierbar!

Wenn du nach der Glasfaser einen sauberen Strahl haben willst, brauchst du Single-Mode-Fasern (<10 um). Einkopplung sehr fummelig, dazu gibts dann extra Kollimatorlinsen mit integrierter mechanischer xyz-Positionierung.

Viele Grüße,

Junior

Post by **Dr.Ulli** » Tue 01 Jul, 2008 5:18 pm

nicht kollimierbar = Quatsch!
Habe mit 1000Mikrometer Kerndurchmesser sauberen Strahl mit ca. 3cm Durchmesser erzeugt.
In Lasershowanlagen wird in der Praxis ca. 50 Mikrometer Kernduchmesser eingesetzt....mit Erfolg!

Der Kernduchmesser (=Lichtquellendurchmesser) bestimmt nur, wie dünn der minimale Strahldurchmesser sein kann...nicht mehr!

Multimodefasern sind nur nicht polarisationserhaltend...

Post by **gebbi** » Tue 01 Jul, 2008 8:07 pm

Hi,

Logisch, je dünner die Faser, desto besser! Allerdings wird man bei einer Emitterbreite von 40µm (mal als Standard angenommen) nicht viel Freude mit einer 10µ-Faser haben. Ich schätze mal grob, dass man da dann am Ende vielleicht noch <20% rausbekommt?

Hinzu kommt dann noch die super popellige Einkopplung...
Kollimieren kann man den Strahl aus einer Multimodefaser selbstverständlich. Das man die Polarisation und Modenstruktur verliert, interessiert uns in der Showbranche eigentlich nicht. Viel eher kann man die Faser sogar dazu nutzen, unschöne Transversalmoden/Strahlformen zu beseitigen, indem man z.B. die Faser in mehreren engen Radien verlegt.

Gruß, Gebbi

Post by **sanaia** » Tue 01 Jul, 2008 8:45 pm

Dr.Ulli wrote:Habe mit 1000Mikrometer Kerndurchmesser sauberen Strahl mit ca. 3cm Durchmesser erzeugt.

1000µm kern (=1 mm) ? das ist keine faser, das ist ein glasstab

Post by **Dr.Ulli** » Wed 02 Jul, 2008 9:52 am

Jou- Sanaia- da haste wohl recht - fast so dick wie´n Wasserstrahl...den kann man ja bekanntlich auch als Wellenleiter einsetzen....

Ich habe davon halt zig-Meter und hatte es damals mal getestet, ob ich meinen Hitze und Krach erzeugenden Argon-Laser (ALC60x) damit ins Nebenzimmer verbannen kann....natürlich ohne Erfolg...(3cm Strahl)...jetzt hab ich so 15m Faser mit 50µm aber keinen Argon-Laser mehr...

Die Faser ist so ähnlich wie diejenigen, die man in diesen hübschen "Büschellampen" einbaut.

Post by **Hatschi** » Wed 02 Jul, 2008 10:03 am

Halli Hallo

Hier ein paar mühhhhhs für dich, alt-gr M.

µµµµµµµµµµµµµµµµµµµµµµµµµµµµµµµµµµ

Hatschi

Post by **Dr.Ulli** » Wed 02 Jul, 2008 12:38 pm

Danke Hatschi!

Hab gleich eins von den µ´s oben im Post eingebaut! - daher steht da jetzt "edited" drunter...

Post by **Hatschi** » Wed 02 Jul, 2008 8:12 pm

Halli Hallo

Ich habe nachgezählt, da fehlt aber keines bei mir!?

Hatschi

Post by **Dr.Ulli** » Thu 03 Jul, 2008 12:39 pm

Hab einfach eins geklont....

Jetz hab ich damit ne µ-Kultur angelegt....

Guckst du hier:
µ µ µ µ µ
µ µ m µ µ
µ µ µ µ µ

Mittendrin ist eins mutiert.....

Evolution im vollen Gange ....

Grüße!

Post by **sparket** » Thu 03 Jul, 2008 4:24 pm

Hi zusammen, sind Glasfasern eigentlich auf Wellenlängen optimiert? Meine Frage zielt darauf, könnte man theoretisch ein Netzwerk-LWL Kabel für die Übertragung von VIS Lasern verwenden?

Im Netzbereich sind als MM_Fasern ja auch 50/125µm im Einsatz, die transportieren aber 850nm mit wenig Leistung.

Merci!

Post by **bernd** » Thu 03 Jul, 2008 4:33 pm

<<< sind Glasfasern eigentlich auf Wellenlängen optimiert? >>>

Ja. Nennt sich "Fenster" - bemühe mal die Suchmaschine deines Vertrauens z.B. nach glasfaser wellenlänge fenster

Grüße Bernd

Post by **mckoene** » Mon 11 Aug, 2008 3:22 pm

Hallo! Ich denke mein Problem reicht nicht für ein eigenes Topic, und passt hier schon irgendwie rein.

Ich möchte das Licht einer Halogenlampe bestmöglich in eine Faser bringen. Linsen, klar. Mein Problem ist, dass vor dem Fasereingang ein Messobjekt steht, welches ausgetauscht wird. Steht das neue Messobjekt schräg, gibts nen Strahlversatz und ich treff die Faser (eigentlich ein Faserbündel) nicht mehr (mittig).

Was tun? Kennt jemand Geräte, die mit mit Motoren das Faserende bewegen, und auf maximale Leistung am Faserausgang regeln?

Danke schönmal,
McKoene

Post by **bernd** » Mon 11 Aug, 2008 4:32 pm

Hallo McKoene,

<<< Kennt jemand Geräte, die mit mit Motoren das Faserende bewegen, und auf maximale Leistung am Faserausgang regeln? >>>

Ja Thorlabs hat sowas Modul basierend im Angebot. Aber ob das preislich für dich interessant ist?

Grüße Bernd

Post by **mckoene** » Mon 11 Aug, 2008 4:42 pm

Danke für den Tip, die ersten Preise die ich gesehen hab, lassen mich schonmal nicht vom Stuhl kippen

Post by **pulslaser** » Wed 13 Aug, 2008 12:25 am

Zum Thema Fasereinkopplung sollte noch gesagt werden, dass bei hohen Leistungen das Faserende/anfang nicht genau im Fokus liegen soll sondern kurz davor oder dahinter. Natürlich sollte das Strahlenbündel dabei immer noch kleiner sein als der Faserdurchmesser. Die Leistungsdichte im Fokus würde die Faser sofort zerstören. Die Firma Trumpf koppelt 8kW CW-Leistung in eine 200µm Faser ein aber eben nicht genau im Fokus der Einkoppeloptik.

Übrigens wird aus dem Gauß Strahlprofil vor der Einkopplung ein Top Hat Profil im Fokus der Auskoppeloptik am Faserende.

Gruß Didi

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