激光经过光纤之后,为什么光束质量会变差?
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先说结论:光束经过光纤,光束质量可能变好,也可能变差。
要理解这个结论,需要对光纤理论有一些基本了解。建议找一本专门的书看看,下面是一些提要。
对于光纤,通常要用“导波光学”的理论描述,此时用导波方程、耦合模方程模拟;但在大芯区直径、高数值孔径的情况下,也可以用“光线光学”的理论描述,此时可以用“光线追迹”模型来模拟(zemax,tracepro软件的基本功能)。
光纤是一种光学波导,能够容纳一系列导波模式,而且只能容纳有限个模式。下面是一些例子(3个导模):
不同的导模具有不同的光斑大小和发散角,所以具有不同的光束质量。导模可以根据它的有效折射率依次排列,通常第1个导模最像高斯光束,因此具有最好的光束质量,其他高阶导模光束质量一般越来越差。
任何光束注入光纤,在数学上等同于分解到各导模和一系列辐射模上,最终辐射模消失,只有导模留下。所以,如果注入的光纤是单模光纤(只能容纳1个导模),输出的光束质量将极好,理论上接近高斯光束,但是因为辐射模的消失,功率会有损失。如果注入的光纤是超多模光纤,即便是高斯光束注入,只要没有匹配好,也会有很多导模被激发,导致输出光束质量变差。
估计你说模拟的光纤是超多模的光纤(芯区直径远大于波长,或者数值孔径很大),此时输入和输出之间的光束质量应该没有明确关系。
题主,
一,你没有提你所用的光源,是什么样的激光器呢?
二,你没有提你所用的光纤,是单模的还是保偏的?
简单来说,光在光纤中传播有两个速度需要我们考虑,群速度与相速度。
据我所知,现在大部分的激光器都不能产生完美的单色光,总有一定的偏差。那么其在光纤中传播时,每个单色光对应着不同的相速度,因此会产生色散,使得光脉冲出现展宽(正色散光纤)。如果是保偏光纤,入射光是脉冲光的话,o光和e光在快慢轴的传播速度不同也会导致色散。
以上仅是些使得光束质量变差的常见例子,你觉得你提的问题太宽泛了,不好回答,仅给一些常见的例子。