Jakie są kompromisy dla różnych opcji łączenia diody LED z włóknem światłowodowym?

Próbuję połączyć białą diodę LED z wiązką włókien, która składa się z kilku 30 μM włókien krzemionkowych. Średnica zewnętrzna wiązki jest rzędu 0,5 mm. NA światłowodu wynosi 0,87, a cały pakiet jest umieszczony w tulejce ze stali nierdzewnej o średnicy 0,125 cala. Czytałem o różnych metodach łączenia - od soczewki kulowej po przyklejenie włókna bezpośrednio do diody LED umierać.

Jestem ciekawy, czy ktoś ma doświadczenie w robieniu czegoś takiego. Czy ktoś może nakreślić zalety / wady różnych metod? Czy główne kompromisy wiążą się z wydajnością transmisji? Jeśli tak, jakie metody są na jakim końcu spektrum?

Warto stwierdzić, że nie jestem sprzedawany na żadnej konkretnej diodzie LED, ale eksperymentowałem po prostu trzymając tuleję nad LXML-PWC2 - tony światła wpadają (wystarczające do mojej aplikacji) z iF ~ 400mA. Byłoby to rozsądne rozwiązanie, z wyjątkiem tego, że wydajność transferu jest straszna (oczywiście), więc muszę zużywać więcej prądu, niż bym chciał. Rezultatem jest dość duży radiator, który chciałbym całkowicie zmniejszyć lub porzucić.

„Typowy” światłowód do komunikacji ma średnicę 9, 50 lub 62,5 μm w rdzeniu, ale istnieje płaszcz 125 μm, który jest również niezbędny do działania światłowodu. Istnieje również 900 światłowodów z rdzeniem z tworzywa sztucznego. Co tam jest na oświetlenie, nie jestem pewien. Najwyraźniej nie pracujesz z jednym z tych typów, które znam.

Ale kluczową kwestią jest to, że rdzeń jest mniejszy niż okładzina. A światło sprzężone z włóknem będzie (w najlepszym przypadku) tym, co pada na rdzeń. Z 0,87 NA prawdopodobnie zbliżysz się do tego ideału. Więc wymyślę kilka liczb. Załóżmy, że masz rdzeń 30 μm w okładzinie 60 μm. Ogólnie maksymalna sprawność sprzęgła można oczekiwać od równomiernie oświetlając koniec wiązki włókien wynosi 30 ² /60 ² lub 25%.

Następnie istnieje czynnik dla gęstości upakowania okrągłych przedmiotów w obszarze (szczeliny między włóknami w wiązce), który moim zdaniem stanowi około 78% najlepszego przypadku.

I utrata odbicia około 4% dla światła wpadającego do szkła z powietrza.

Dodaj je wszystkie, (.25) x (.78) x (.96), a uzyskasz około 19% wydajności sprzężenia w najlepszym przypadku. (Musisz to przeliczyć ponownie, znając poprawny współczynnik dla pierwszego semestru)

Jeśli zbliżasz się do tego, powiedziałbym, że naprawdę dobrze sobie radzisz.

Oczywiście nie zaszkodzi znaleźć diodę LED, która emituje wąski stożek zamiast ponad połowy całej przestrzeni, a nawet dodać jakąś soczewkę, aby skupić światło na obszarze wiązki włókien. Ale ogólnie twoje najlepsze połączenie sprzęgające nadal nie będzie aż tak świetne.

Wybór białej diody LED jest najgorszym możliwym wyborem, chyba że po prostu musisz mieć białe światło dla swojej aplikacji. Powodem jest to, że białe diody LED mają znacznie niższą luminancję niż kolorowe diody LED, ponieważ światło jest emitowane z luminoforu o dużej powierzchni, w porównaniu do gołej matrycy LED z kolorowej diody LED.

Obiektyw nic nie pomoże, chyba że można uzyskać gołą matrycę LED bez przewodów łączących, które mogłyby przeszkadzać w optyce, i trudno będzie znaleźć wystarczająco małą soczewkę z wystarczająco dużą działającą NA i wystarczająco niską aberracje faktycznie działają poprawnie. Będziesz musiał skupić prawdziwy obraz gołej kości na końcu wiązki włókien. Ale nigdy nie można uzyskać luminancji obrazu przekraczającej luminancję źródła. (zakaz drugiego prawa).

Najlepszym rozwiązaniem (zakładając, że naprawdę musisz mieć to białe światło), jest znalezienie małej płaskiej powierzchni LED (podobnej do chipa) i przyklejenie jej do końca wiązki włókien za pomocą przezroczystego kleju, z możliwie najmniejszymi odstępami między światłowodem a dioda LED.