激光通信中单模光纤耦合效率是多少

LCwy

在激光通信中，用单模光纤接收信号光，查了一些资料，理论上最佳耦合效率是81%，很多人的论文里实验室测得的实际效率是60%左右，还有别人给的空间激光通信耦合效率经验值是20%左右：
问题一：激光通信的单模光纤耦合效率到底应该怎么算，是（纤芯接收的能量/焦平面总能量）*模场耦合效率吗？
问题二：实测效率与经验值效率低很多，主要损失在哪里？
问题三：有一定视场时，如何计算耦合效率？
问题四：用zemax能仿真出这个耦合效率值吗？（我用zemax作出来的仿真结果，物理光学分析和光纤耦合效率分析值差很多，而且不同视场之间效率也相差很多）
问题五：耦合透镜的参数该如何确定？
现在我自己弄的特别混乱，感觉光纤耦合这里特别难，请经验丰富的老师们能帮助解答指导，感谢！

逐光追电

问题一：耦合效率本质是信号光与光纤模场的匹配程度，两个光场越一致耦合效率越高。81%的耦合效率出处是艾里斑光场和高斯光场的耦合效率，信号光是艾里斑，光纤是高斯光场。文章里都有相应公式，必须用光场表达式（复振幅）去算
问题二：耦合效率实测值低的损失主要来自：1）波前畸变，通俗点光场变形了；2）对准误差，就是光斑不在光纤中心。做到60%还是没问题，大气通信可能因为大气畸变太大才会导致耦合效率很低。
问题三：耦合效率肯定是单视场的，不能是扩展光源，激光通信也是单视场的光束。
问题四：用zemax可以仿真耦合效率，zemax自带了Fiber Coupling.ZMX例子文件，可以看一看。
问题五：耦合透镜的F/#决定艾里斑，艾里斑决定耦合效率，最好是按耦合效率公式去算一下。对1550你们，模场直径10微米左右的光纤，F/4的耦合透镜耦合效率接近极限。

LCwy

逐光追电 发表于 2022-10-9 17:54
问题一：耦合效率本质是信号光与光纤模场的匹配程度，两个光场越一致耦合效率越高。81%的耦合效率出处是艾 ...

感觉明白些了，谢谢您的解答！
关于问题三还想再向您请教下，单视场是0视场的意思吗？
我做的单模光纤耦合接收的最大视场角是30urad，有一定视场角的时候，该怎么算光纤耦合效率呢？

汉堡炸鸡腿

我们实验室里做780nm的激光耦合，单模到单模效率能有85%以上，空间光（激光器出来，模式不好）耦合效率较优有个40%；效率基本上看模式匹配；

炉石传说真好玩

逐光追电 发表于 2022-10-9 17:54
问题一：耦合效率本质是信号光与光纤模场的匹配程度，两个光场越一致耦合效率越高。81%的耦合效率出处是艾 ...

您好，对应问题五的解答，如果是多透镜耦合（比如说准直和汇聚双lens）如何评判F数呢
以及关于艾里斑决定耦合效率，请问有相关文献分享一下吗
谢谢大佬

逐光追电

LCwy 发表于 2022-10-10 10:28
感觉明白些了，谢谢您的解答！
关于问题三还想再向您请教下，单视场是0视场的意思吗？
我做的单模光纤 ...

这里面视场和发散角有时候会混淆，你再想想这个30μrad是什么。单视场可以指单模光纤发出的光（光源宽度很小）也可指平行光，这些光都是符合空间相干性的，多视场指的是扩展光源（光源尺寸较大）空间相干性就很差了。

逐光追电

炉石传说真好玩 发表于 2022-10-13 09:49
您好，对应问题五的解答，如果是多透镜耦合（比如说准直和汇聚双lens）如何评判F数呢
以及关于艾里斑决 ...

F数是用焦距和口径算的，跟透镜数没有关系，多个透镜要看最终焦距

wx1994

逐光追电 发表于 2022-10-24 21:23
F数是用焦距和口径算的，跟透镜数没有关系，多个透镜要看最终焦距

请问一下，激光器耦合过程中怎么通过光束质量分析仪来分析是否准直效果好？达到了lens的最佳准直状态。