【光學(xué)基礎(chǔ)技巧】空間光耦合至光纖的方法[續(xù)]
一、對上一篇文章的補充
（前文：【光學(xué)基礎(chǔ)技巧】空間光耦合至光纖的方法[視頻]）上一篇文章對于自由空間光耦合到單模光纖中的基本方法總結(jié)的很好，這里補充一些耦合時應(yīng)注意的要點幫助大家理解和掌握。首先在進行耦合之前，應(yīng)盡量保證光路打到聚焦非球面透鏡或激光物鏡之前是平行于光學(xué)平臺的，同時盡可能與平臺上的螺孔行列平行。接著在聚焦透鏡后用帶十字叉同心圓的白屏（硬板紙畫同心圓）觀察光路的方向是否有改變。這一步主要是讓入射光穿過透鏡的中心，以免引起較嚴(yán)重的像差，降低焦斑質(zhì)量。之所以用同心圓是因為聚焦鏡后光束發(fā)散很快，用這種漸增的同心圓比較好找光斑的中心。當(dāng)然如果是紅外光還需要用紅外觀察儀或者紅外卡來協(xié)助。這樣一說，估計廣大新手也就能明白，光纖耦合系統(tǒng)一般是將透鏡固定，而調(diào)節(jié)光纖端面位置來實現(xiàn)最佳耦合。如果調(diào)節(jié)透鏡，則很容易使得光束穿過透鏡后方向發(fā)生很大的改變。
圖1. 同心圓白屏
光纖耦合過程的另一個關(guān)鍵點就是要盡可能準(zhǔn)確地估計透鏡焦點的位置，但不要過于精確地將光纖輸入端放在焦平面附近（假設(shè)其為平面吧，至少近軸情況應(yīng)該如此）。光纖輸入端離焦平面太遠則光斑功率密度太小，而太靠近則光斑太小，很難感知光束是否接觸到纖芯，容易讓人感覺完全挨不著邊。所以這一點需要一點估計能力。這些在前面的文章里都有詳細的描述。粗略尋找纖芯位置時可以直接觀察光纖入射端面在激光照射下的亮度。當(dāng)有一部分光進入纖芯后，整個光纖頭會變暗。同樣紅外光需要借助紅外觀察儀。
二、一種新的便于空間耦合光纖的工具
本文要講的重點是筆者前兩年碰到一款調(diào)節(jié)光纖耦合的神器，就是一個價廉物美的筆式USB數(shù)碼顯微鏡。它具體是下圖這個樣子的。是什么品牌我就不說了，不是我家的產(chǎn)品也沒給我推廣費。大家在某寶上搜USB顯微鏡就能找到。
圖2. USB顯微鏡
之所以這么喜歡是因為確實方便還便宜，以至于我出國都不忘帶兩個送給英國的朋友（自掏腰包）。其放大倍率標(biāo)稱500，具體能不能到這么多，怎么標(biāo)定的500倍等等都不太重要，咱只看有沒有光出來，不看纖芯細節(jié)。這個顯微鏡外徑是12mm，可以利用其自帶的調(diào)整架，也很容易裝到光學(xué)實驗室常見的半英寸口徑的夾持件中。具體使用時，將空間光的平均功率控制在15mW以下，然后將這個顯微鏡直接水平正對著光纖的輸出端，這時電腦屏幕上可以看到光纖的輸出端面，絕大部分場合馬上可以看到輸出端有亮光，如果沒有，掃描一下平移臺X和Y軸基本就能看到有部分光輸出了，盡管剛開始那些光可能只是光纖的包層傳導(dǎo)過來的。然后調(diào)節(jié)光纖平移臺的X、Y軸，很快就可以找到最佳的橫向位置，此時顯微鏡視場最圓最亮，甚至可能飽和了。為了保護顯微鏡，這時可以拿開顯微鏡，用白屏、紅外卡、光電二極管甚至?xí)r功率計繼續(xù)優(yōu)化光纖輸入端的耦合。在功率不高的時候一般不用擔(dān)心激光打壞顯微鏡，特別時Z軸還沒有優(yōu)化的時候。筆者耦合幾十次，還沒有用壞過。再說即使打壞了，也就200來塊錢，風(fēng)險可控。用顯微鏡來觀測光纖輸出的好處是CMOS比白屏或者紅外卡靈敏得多，直接對著光纖輸出頭成像能很好地收集了輸出光能量，而且成像的方法比單純用單點的光電探測器方法能提供輸出端面的光場分布空間信息。便宜的價格使得用戶不用太擔(dān)心顯微鏡被激光打壞。要說不足那就是這個顯微鏡對1100納米以上的波長無能為力，相信用戶也不太會舍得拿昂貴的紅外CCD去做長波長的空間光耦合。但至少在400nm-1100nm波長范圍內(nèi)，本文介紹的方法還是能大大提高光纖耦合調(diào)節(jié)的速度。
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