¿Cuáles son las ventajas y desventajas de las diversas opciones que acoplan un LED a una fibra óptica?

Estoy tratando de acoplar un LED blanco a un haz de fibras que se compone de varias fibras de sílice de 30 uM. El diámetro exterior del haz es del orden de 0,5 mm. El NA de la fibra es de .87 y todo el haz se coloca en una férula de acero inoxidable de .125 "de diámetro. He leído sobre diferentes métodos de acoplamiento, desde lentes de bola hasta pegar la fibra directamente sobre el LED morir.

Tengo curiosidad por saber si alguien tiene experiencia haciendo algo como esto. ¿Alguien puede delinear las ventajas / desventajas de los diversos métodos? ¿Son las principales compensaciones costo vs eficiencia de transmisión? Si es así, ¿qué métodos hay en qué extremo del espectro?

Vale la pena decir que no estoy vendido en ningún LED en particular, pero he experimentado simplemente sosteniendo la férula sobre un LXML-PWC2 : entran toneladas de luz (suficiente para mi aplicación) con iF ~ 400mA. Esta sería una solución razonable, excepto que la eficiencia de la transferencia es terrible (obviamente), así que tengo que usar más corriente de la que me gustaría. El resultado es un disipador de calor bastante grande, que me gustaría encoger o deshacer todos juntos.

La fibra "típica" para la comunicación tiene un diámetro de 9, 50 o 62.5 um en el núcleo, pero hay un revestimiento de 125 um que también es necesario para que la fibra funcione. También hay 900 um de núcleo de fibra óptica de plástico. Lo que hay ahí fuera para la iluminación, no estoy seguro. Claramente no estás trabajando con uno de los tipos con los que estoy familiarizado.

Pero, el punto clave es que el núcleo es más pequeño que el revestimiento. Y la luz acoplada a la fibra será (el mejor de los casos) lo que cae sobre el núcleo. Con .87 NA, probablemente se acerque bastante a este ideal. Así que solo inventaré algunos números. Digamos que tiene un núcleo de 30 um en un revestimiento de 60 um. En general, la máxima eficiencia de acoplamiento se puede esperar de iluminar uniformemente el extremo del haz de fibras es 30 ² /60 ² o 25%.

Luego hay un factor para la densidad de empaque de los objetos redondos en un área (los espacios entre las fibras en el paquete) que creo que es aproximadamente el 78% del mejor caso.

Y una pérdida de reflexión de aproximadamente 4% para la luz que ingresa al vidrio desde el aire.

Agregue todo esto, (.25) x (.78) x (.96), y tendrá aproximadamente un 19% de eficiencia de acoplamiento en el mejor de los casos. (Deberá volver a calcular esto sabiendo el factor correcto para el primer término)

Si te estás acercando a esto, diría que en realidad lo estás haciendo bastante bien.

Por supuesto, no estaría de más encontrar un LED que emita en un cono estrecho en lugar de más de la mitad de todo el espacio, o incluso agregar algún tipo de lente para enfocar la luz en el área del haz de fibras. Pero, en general, el mejor acoplamiento de su caso aún no será tan bueno.

Bueno, su elección de un LED blanco es la peor opción posible que podría hacer, a menos que simplemente tenga que tener luz blanca para su aplicación. La razón es que los LED blancos tienen una luminancia significativamente menor que los LED de colores, porque la luz se emite desde un fósforo que tiene una gran superficie, en comparación con el dado de LED desnudo de un LED de color.

Una lente no va a ayudar mucho, a menos que pueda obtener un LED de matriz desnudo sin cables de unión para interponerse en el camino de la óptica, y tendrá dificultades para encontrar una lente lo suficientemente pequeña con un NA operativo lo suficientemente grande y lo suficientemente bajo aberraciones para realmente funcionar correctamente. Tendría que enfocar una imagen real del troquel desnudo, en el extremo del haz de fibras. Pero nunca puede lograr que la luminosidad de la imagen exceda la de la fuente. (prohibición de la segunda ley).

La mejor apuesta (suponiendo que realmente tenga que tener esa luz blanca), es encontrar un pequeño LED de superficie plana (como un chip) y pegarlo en el extremo del haz de fibras con un pegamento transparente, con el menor espacio posible entre la fibra y El LED.