Apa pengorbanan untuk berbagai opsi yang menggabungkan LED ke serat optik?

Saya mencoba memasangkan LED putih ke bundel serat yang terdiri dari beberapa serat 30 silika uM. Diameter luar bundel adalah sekitar 0,5 mm. NA serat adalah 0,87 dan bundel keseluruhan ditempatkan dalam ferrule stainless steel yang berdiameter .125 ". Saya telah membaca tentang berbagai metode penggandengan - mulai dari lensa bola hingga menempelkan serat langsung di atas LED mati.

Saya ingin tahu apakah ada yang punya pengalaman melakukan sesuatu seperti ini. Adakah yang bisa menggambarkan kelebihan / kekurangan dari berbagai metode? Apakah pengorbanan utama biaya vs efisiensi transmisi? Jika demikian, metode apa yang ada di ujung spektrum yang mana?

Perlu dinyatakan bahwa saya tidak dijual pada LED tertentu, tetapi saya telah bereksperimen dengan hanya memegang ferrule di atas LXML-PWC2 - banyak cahaya masuk (cukup untuk aplikasi saya) dengan iF ~ 400mA. Ini akan menjadi solusi yang masuk akal kecuali bahwa efisiensi transfer mengerikan (jelas) jadi saya harus menggunakan lebih banyak arus daripada yang saya inginkan. Hasilnya adalah heat sink yang agak besar, yang saya ingin menyusutkan atau parit bersama.

led optics

— Doov
sumber

Bisakah Anda menentukan aplikasi apa, atau setidaknya berapa banyak cahaya yang dibutuhkan, dan sebaran apa yang dibutuhkan pada akhir tampilan? Perencana kereta api model sering menggunakan serat pemancar ujung yang direkatkan dengan kuat ke kepala lensa diskrit 3 mm, atau bahkan LED SMD sudut kecil, menggunakan lem transparan dan ikatan ketat (tidak ada udara di persimpangan). Pada ujung keluaran, setrika solder yang ditekan ke ujung membentuk jamur kecil yang memancarkan cahaya dengan baik.

— Anindo Ghosh

Berapa banyak serat dalam bundel?

— The Photon

Aplikasi ini untuk menerangi volume kecil - 1,5cm ^ 3. Saya tidak benar-benar tahu cara menentukan jumlah cahaya yang saya butuhkan selain secara kualitatif untuk mengatakan "ini terlihat bagus." Frustasi saya tahu ... Dengan kekuatan tinggi yang dipimpin saya mendapatkan jumlah cahaya yang tepat. Jika saya harus menebak efisiensi transfer saya akan memarkirkannya kurang dari 10%. Saya kira dari sana saya bisa kembali ke jawaban dan mengatakan bahwa @ iF = 400 mA led melakukan sekitar 150 lumens. Jika saya anggap transfer 10% maka saya bisa menyebutnya ~ 15 lumen cahaya yang diperlukan. Itu barang curian yang cukup besar ...

— Doov

@ThePhoton Saya percaya ada sekitar 50 serat di bundel, tapi saya akan mengecek.

— Doov

Beberapa klarifikasi - memang ada ~ 50 serat, tetapi NA lebih tinggi dari yang saya kira - 0,87. Selain itu diameter setiap serat lebih kecil dari yang saya kira - 30 uM.

— Doov

Jawaban:

Serat "biasa" untuk komunikasi adalah diameter inti 9, 50, atau 62,5 um, tetapi ada kelongsong 125 um yang juga diperlukan agar serat bekerja. Ada juga 900 um inti serat optik plastik. Apa yang ada di luar sana untuk penerangan, saya tidak yakin. Jelas Anda tidak bekerja dengan salah satu tipe yang saya kenal.

Tapi, kuncinya adalah bahwa inti lebih kecil dari kelongsong. Dan cahaya yang digabungkan ke serat akan menjadi (kasus terbaik) yang jatuh pada inti. Dengan 0,87 NA Anda mungkin akan cukup dekat dengan ideal ini. Jadi saya hanya akan membuat beberapa angka. Katakanlah Anda memiliki inti 30 um dalam kelongsong 60 um. Secara keseluruhan efisiensi kopling maksimum yang dapat Anda harapkan dari seragam menerangi akhir bundel serat adalah 30 ² /60 ² atau 25%.

Lalu ada faktor kerapatan pengemasan benda-benda bundar ke suatu area (celah antara serat-serat dalam bundel) yang saya yakini sekitar 78% kasus terbaik.

Dan kerugian refleksi sekitar 4% untuk cahaya yang masuk kaca dari udara.

Tambahkan semua ini, (.25) x (.78) x (.96), dan Anda memiliki sekitar 19% efisiensi penggabungan case terbaik. (Anda harus menghitung ulang mengetahui faktor yang benar untuk istilah pertama)

Jika Anda mendekati ini, saya akan mengatakan Anda benar-benar melakukannya dengan cukup baik.

Tentu saja tidak ada salahnya untuk menemukan LED yang memancarkan dalam kerucut yang sempit alih-alih lebih dari setengah ruang, atau bahkan menambahkan beberapa jenis lensa untuk memfokuskan cahaya pada area bundel serat. Tetapi umumnya case coupling terbaik Anda masih tidak akan terlalu bagus.

— Foton
sumber

Terima kasih atas jawabannya. Apakah ada cara yang baik untuk mengukur efisiensi kopling? Ketika saya memarkir bola kurang dari 10%, itu hanya didasarkan pada barang curian saya (tidak akurat) dan berapa banyak cahaya yang keluar dari serat, seberapa banyak cahaya yang keluar dari dasar / koneksi. Sangat mungkin saya turun di sekitar 3% dalam hal ini 19% akan menjadi peningkatan - setidaknya saya bisa menurunkan iF pada dioda dan kehilangan panas. Solusi lensa seperti apa yang ada dan apa pengorbanannya? Terima kasih!

— Doov

Mengukur output dari bundel serat harus cukup mudah jika Anda memiliki gigi yang tepat. Cukup bawa bundel sedekat mungkin ke area photodetektor yang luas. Ini sudah tersedia dengan diameter jauh di atas .125 ". Mengukur output dari LED itu sendiri lebih sulit --- jika Anda mendapatkan fotodetektor yang cukup besar dan memegangnya cukup dekat dengan LED, Anda mungkin akan mendapatkan perkiraan yang masuk akal dari total daya yang tersedia

— The Photon

Sensor tingkat instrumen jenis ini (dan meteran elektronik untuk membaca respons, dikalibrasi dalam uW) tersedia dari perusahaan seperti Newport, ThorLabs, dll. Jika Anda ingin melakukannya dengan anggaran yang ketat, saya tidak yakin di mana tepatnya untuk pergi.

— The Photon

Terima kasih banyak untuk informasinya! Adakah saran untuk menggunakan lensa hanya sebagai perbandingan dengan kopling mekanik lurus?

— Doov

-1

Nah pilihan Anda terhadap LED putih adalah pilihan terburuk yang bisa Anda buat, kecuali Anda hanya perlu memiliki cahaya putih untuk aplikasi Anda. Alasannya adalah bahwa LED putih memiliki pencahayaan yang jauh lebih rendah daripada LED berwarna, karena cahaya dipancarkan dari fosfor yang memiliki luas permukaan yang besar, dibandingkan dengan LED kosong dari LED berwarna.

Lensa tidak akan banyak membantu, kecuali Anda bisa mendapatkan LED mati tanpa kabel ikatan untuk menghalangi optik, dan Anda akan kesulitan menemukan lensa yang cukup kecil dengan operasi NA yang cukup besar dan cukup rendah. kelainan untuk benar-benar bekerja dengan baik. Anda harus memfokuskan gambar nyata dari bare mati, ke ujung bundel serat. Tetapi Anda tidak pernah bisa mendapatkan pencahayaan dari gambar melebihi dari sumbernya. (larangan hukum kedua).

Taruhan terbaik (dengan asumsi Anda benar-benar harus memiliki cahaya putih itu), adalah menemukan LED kecil dengan permukaan datar (seperti keping) dan merekatkannya ke ujung bundel serat dengan lem bening, dengan jarak sekecil mungkin antara serat dan LED.

— pengguna28555
sumber

Saya butuh cahaya putih. Oleh karena itu LED putih. Mengapa lensa tidak membantu? Pemahaman saya adalah bahwa lensa bola bukan ide yang buruk untuk aplikasi ini. Mengapa led flat lebih baik? Hanya demi mematuhinya? Secara umum mereka memiliki sudut dispersi yang lebih luas (jadi saya anggap lebih sedikit cahaya diarahkan ke serat).

— Doov

Nah, dua hal menghentikan cahaya agar tidak masuk ke bundel serat Anda. Salah satunya adalah area permukaan serat (inti) dan yang lainnya adalah bukaan numerik (NA) serat. Jika U adalah sudut maksimum kejadian pada inti, yang dapat ditransmisikan, dan H adalah diameter inti, kuantitas NHSin (U) adalah invarian di bawah semua transformasi optik. Ini disebut teorema Dosa Optik, atau kadang-kadang invarian lagrange. Satu-satunya cara untuk mendapatkan lebih banyak cahaya adalah dengan meningkatkan cahaya (atau pencahayaan) dari sumber. Lensa tidak bisa melakukan itu bola lensa buruk karena penyimpangan yang kehilangan lebih banyak

— user28555

Mungkin saya tidak mengerti - mengapa lensa tidak bisa membantu menyatukan cahaya ke serat? Saya harus membayangkan bahwa ada hal ketiga yang menghentikan cahaya memasuki bundel - arah cahaya relatif terhadap bundel. Lagi pula jika saya memutar led 180 derajat dari bundel maka nol cahaya masuk tidak peduli luas permukaan / NA. Saya tidak mengerti mengapa sebuah lensa tidak dapat membantu - Jika 2 led memancarkan jumlah foton yang sama, tetapi satu memancarkannya ke area yang lebih kecil daripada watt / m ^ 2 dalam case area yang lebih kecil> dari area besar kasus. Tidak bisakah lensa membantu memfokuskan cahaya ke tempat yang lebih kecil (mis. Serat saya)?

— Doov

Mungkin saya tidak memahami hal ini, tetapi memeriksa FAQ dari edmuds optics "Saya mencari cara terbaik untuk memaksimalkan jumlah cahaya dari LED menjadi serat optik. Apa pilihan terbaik untuk menggabungkan LED dan serat saya? " edmundoptics.com/technical-resources-center/…

— Doov