Estou tentando acoplar um LED branco a um pacote de fibras composto por várias fibras de sílica de 30 uM. O diâmetro externo do pacote é da ordem de 0,5 mm. O NA da fibra é 0,87 e todo o feixe é colocado em uma ponteira de aço inoxidável com 0,125 "de diâmetro. Eu li sobre diferentes métodos de acoplamento - tudo, desde uma lente esférica até a colagem da fibra diretamente sobre o LED morrer.
Estou curioso para saber se alguém tem experiência em fazer algo assim. Alguém pode delinear as vantagens / desvantagens dos vários métodos? As principais vantagens e desvantagens custo x eficiência de transmissão? Em caso afirmativo, quais são os métodos em que extremidade do espectro?
Vale ressaltar que não sou vendido em nenhum LED em particular, mas experimentei simplesmente segurar o ferrolho sobre um LXML-PWC2 - toneladas de luz entram (o suficiente para a minha aplicação) com iF ~ 400mA. Essa seria uma solução razoável, exceto que a eficiência da transferência é terrível (obviamente), então eu tenho que usar mais corrente do que gostaria. O resultado é um dissipador de calor bastante grande, que eu gostaria de reduzir ou abandonar todos juntos.
Você poderia especificar o que é o aplicativo ou pelo menos quanta luz é necessária e qual propagação é necessária no final da visualização? Os ferroviários modelo geralmente usam fibra emissora final colada firmemente na cabeça de um LED discreto de 3 mm com lente ou mesmo um LED SMD de ângulo pequeno, usando uma cola transparente e uma ligação firme (sem ar na junção). No final da saída, um ferro de solda pressionado na ponta forma um pequeno cogumelo que emite luz bem.
— Anindo Ghosh 28/08/2013
Quantas fibras no pacote?
A aplicação é para iluminar um pequeno volume - 1,5 cm ^ 3. Realmente não sei como especificar a quantidade de luz necessária, além da qualitativa, para dizer "isso parece bom". Frustrante, eu sei ... Com o led de alta potência, recebo aproximadamente a quantidade certa de luz. Se eu tivesse que adivinhar a eficiência da transferência, eu estacionaria em menos de 10%. Suponho que a partir daí eu poderia voltar a responder e dizer que @ iF = 400 mA o led está produzindo aproximadamente 150 lúmens. Se eu assumir uma transferência de 10%, poderia chamá-lo de ~ 15 lúmens de luz necessária. Isso é um muito grande dos ganhos embora ...
@ ThePhoton Acredito que haja cerca de 50 fibras no pacote, mas vou verificar novamente.
Poucos esclarecimentos - existem de fato ~ 50 fibras, mas o NA é maior do que eu pensava - 0,87. Além disso, o diâmetro de cada fibra é menor do que eu pensava - 30 uM.
— Doov 28/08
A fibra "típica" para comunicação tem 9, 50 ou 62,5 um de diâmetro no núcleo, mas há um revestimento de 125 um que também é necessário para que a fibra funcione. Há também fibra ótica plástica de 900 um núcleo. O que há para iluminação, não tenho certeza. Claramente, você não está trabalhando com um dos tipos com os quais estou familiarizado.
Mas, o ponto principal é que o núcleo é menor que o revestimento. E a luz acoplada à fibra será (na melhor das hipóteses) o que cai no núcleo. Com o .87 NA, você provavelmente se aproximará desse ideal. Então eu vou inventar alguns números. Digamos que você tenha um núcleo de 30 um em um revestimento de 60 um. Em geral, a eficiência de acoplamento máxima que se poderia esperar a partir uniformemente iluminando a extremidade do feixe de fibras é de 30 2 /60 2 ou 25%.
Depois, há um fator para a densidade de empacotamento de objetos redondos em uma área (as lacunas entre as fibras do feixe) que, acredito, é cerca de 78% de melhor caso.
E uma perda de reflexão de cerca de 4% para a luz que entra no vidro do ar.
Adicione tudo isso, (.25) x (.78) x (.96) e você terá cerca de 19% de eficiência de acoplamento no melhor caso. (Você precisará recalcular isso sabendo o fator correto para o primeiro período)
Se você está chegando perto disso, eu diria que você está indo muito bem.
É claro que não faria mal encontrar um LED que emita em um cone estreito em vez de mais da metade de todo o espaço, ou até mesmo adicionar algum tipo de lente para focar a luz na área do feixe de fibras. Mas geralmente o seu melhor acoplamento ainda não será tão bom.
Obrigado pela resposta. Existe uma boa maneira de medir a eficiência do acoplamento? Quando estacionei em menos de 10%, baseei-me simplesmente em meus ganhos (imprecisos) e quanta luz estava saindo da fibra quanto em quanto luz estava saindo da base / conexão. É bem possível que eu esteja com algo em torno de 3%, caso em que 19% seria uma melhoria - pelo menos eu seria capaz de diminuir o iF no diodo e perder um pouco de calor. Que tipo de soluções de lentes existem e quais são as vantagens e desvantagens? Obrigado!
Medir a saída do pacote de fibras deve ser bastante fácil se você tiver a engrenagem certa. Basta aproximar o pacote o mais próximo possível de um fotodetector de grande área. Eles estão prontamente disponíveis com diâmetros bem acima de .125 ". Medir a saída do próprio LED é mais difícil - se você obtiver um fotodetector grande o suficiente e segurá-lo perto o suficiente do LED, provavelmente obterá uma estimativa razoável da total de energia disponível.
Sensores deste tipo (e os componentes eletrônicos do medidor para ler a resposta, calibrados em uW) estão disponíveis em empresas como Newport, ThorLabs, etc. Se você quiser fazê-lo com um orçamento apertado, não sei exatamente onde ir.
Muito obrigado pela informação! Alguma sugestão para uma lente usar apenas como comparação ao acoplamento mecânico reto?
Bem, sua escolha de um LED branco é a pior escolha possível, a menos que você simplesmente precise ter luz branca para sua aplicação. O motivo é que os LEDs brancos têm uma luminância significativamente menor que os LEDs coloridos, porque a luz está sendo emitida a partir de um fósforo que possui uma grande área de superfície, em comparação com a matriz nua de um LED colorido.
Uma lente não vai ajudar muito, a menos que você possa obter um LED de matriz nua sem fios bond para atrapalhar a óptica, e você terá dificuldade em encontrar uma lente pequena o suficiente com uma NA operacional grande o suficiente e baixa o suficiente aberrações para realmente funcionar corretamente. Você precisaria focar uma imagem real da matriz nua no final do pacote de fibras. Mas você nunca pode fazer com que a luminância da imagem exceda a da fonte. (proibição da segunda lei).
A melhor aposta (supondo que você realmente tenha essa luz branca) é encontrar um pequeno LED de superfície plana (semelhante a um chip) e colá-lo na extremidade do pacote de fibras com uma cola transparente, com o menor espaçamento possível entre a fibra e o LED.
— user28555
Eu preciso de luz branca. Daí o LED branco. Por que uma lente não ajuda? Meu entendimento é que uma lente esférica não é uma má idéia para esta aplicação. Por que um led plano seria melhor? Apenas por uma questão de aderi-lo? De um modo geral, eles têm ângulos de dispersão muito mais amplos (então eu assumiria menos luz direcionada para a fibra).
— Doov 6/13
Bem, duas coisas impedem a luz de entrar no seu pacote de fibras. Uma é a área de superfície da fibra (núcleo) e a outra é a abertura numérica (NA) das fibras. Se U é o ângulo máximo de incidência no núcleo, que pode ser transmitido, e H é o diâmetro do núcleo, a quantidade NHSin (U) é invariável em todas as transformações ópticas. É chamado de teorema do pecado óptico ou, às vezes, invariável no intervalo de tempo. A única maneira de obter mais luz é aumentar o brilho (ou luminância) da fonte. A lente não pode fazer isso uma lente de bola é ruim por causa de aberrações que perdem mais
Talvez eu não esteja entendendo - por que uma lente não pode ajudar a colimar a luz na fibra? Eu tenho que imaginar que há uma terceira coisa que impede que a luz entre no feixe - a direção da luz em relação ao feixe. Afinal, se eu girar o led 180 graus do feixe, a luz zero entra em qualquer área de superfície / NA. Não entendo por que uma lente não pode ajudar - se 2 leds emitem o mesmo número de fótons, mas um os emite em uma área menor do que os watts / m ^ 2 no caso de área menor é> do que na área grande caso. Uma lente não pode ajudar a focalizar a luz em um ponto menor (por exemplo, minha fibra)?
Talvez eu não esteja entendendo isso, mas verifique as perguntas frequentes da edmuds optics "Estou procurando a melhor maneira de maximizar a quantidade de luz de um LED em uma fibra óptica. Quais são as melhores opções para acoplar meu LED e fibra? " edmundoptics.com/technical-resources-center/…