Sự đánh đổi cho các tùy chọn khác nhau ghép một đèn LED với một sợi quang là gì?


10

Tôi đang cố gắng ghép một đèn LED trắng thành một bó sợi bao gồm một số sợi silica 30 uM. Đường kính ngoài của bó theo thứ tự 0,5 mm. NA của sợi là 0,87 và toàn bộ bó được đặt trong một ống thép không gỉ có đường kính 0,125 ". Tôi đã đọc về các phương pháp ghép khác nhau - mọi thứ từ ống kính bóng đến dán sợi trực tiếp lên đèn LED chết.

Tôi tò mò nếu có ai có kinh nghiệm làm việc như thế này. Bất cứ ai cũng có thể phác họa những lợi thế / bất lợi của các phương pháp khác nhau? Là sự đánh đổi chính chi phí so với hiệu quả truyền tải? Nếu vậy phương pháp nào là ở đầu cuối của phổ?

Điều đáng nói là tôi không được bán trên bất kỳ đèn LED cụ thể nào, nhưng tôi đã thử nghiệm chỉ đơn giản là giữ ferrule trên LXML-PWC2 - hàng tấn ánh sáng đi vào (đủ cho ứng dụng của tôi) với iF ~ 400mA. Đây sẽ là một giải pháp hợp lý ngoại trừ hiệu quả chuyển tiền là rất tệ (rõ ràng) vì vậy tôi phải sử dụng nhiều hơn hiện tại tôi muốn. Kết quả là một bộ tản nhiệt khá lớn, mà tôi muốn thu nhỏ hoặc bỏ lại tất cả cùng nhau.


Bạn có thể chỉ định ứng dụng là gì không, hoặc ít nhất là cần bao nhiêu ánh sáng, và mức độ lan truyền nào là cần thiết ở cuối xem? Người làm đường sắt mô hình thường sử dụng sợi quang phát ra được dán chặt vào đầu của đèn LED 3 mm rời rạc, hoặc thậm chí là đèn LED góc nhỏ, sử dụng keo trong suốt và liên kết chặt chẽ (không có không khí tại điểm nối). Ở đầu ra, một que hàn được ép vào đầu tạo thành một cây nấm nhỏ phát ra ánh sáng tốt.
Anindo Ghosh

Có bao nhiêu sợi trong bó?
Photon

Ứng dụng này là để chiếu sáng một khối lượng nhỏ - 1,5cm ^ 3. Tôi thực sự không biết làm thế nào để chỉ định lượng ánh sáng mà tôi cần ngoài việc định tính để nói "điều này có vẻ tốt". Bực bội tôi biết ... Với công suất cao, tôi nhận được lượng ánh sáng vừa phải. Nếu tôi phải đoán hiệu quả của việc chuyển nhượng thì tôi sẽ giữ nó ở mức dưới 10%. Tôi cho rằng từ đó tôi có thể quay lại câu trả lời và nói rằng @ iF = 400 mA đèn led đang hoạt động khoảng 150 lumens. Nếu tôi giả sử chuyển 10% thì tôi có thể gọi nó là ~ 15 lumens ánh sáng cần thiết. Đó là một swag khá lớn mặc dù ...
Doov

@ThePhoton Tôi tin rằng có khoảng 50 sợi trong gói, nhưng tôi sẽ kiểm tra lại.
Doov

Rất ít làm rõ - thực sự có ~ 50 sợi, nhưng NA cao hơn tôi nghĩ - .87. Ngoài ra, đường kính của mỗi sợi nhỏ hơn tôi nghĩ - 30 uM.
Doov

Câu trả lời:


4

Sợi "điển hình" để liên lạc là đường kính 9, 50 hoặc 62,5 um trong lõi, nhưng có lớp bọc 125 um cũng cần thiết để sợi hoạt động. Ngoài ra còn có sợi quang nhựa lõi 900 um. Những gì ở ngoài kia để chiếu sáng, tôi không chắc chắn. Rõ ràng bạn không làm việc với một trong những loại mà tôi quen thuộc.

Nhưng, điểm quan trọng là lõi nhỏ hơn lớp bọc. Và ánh sáng được ghép vào sợi quang sẽ là (trường hợp tốt nhất) những gì rơi vào lõi. Với 0,87 NA có lẽ bạn sẽ tiến gần đến lý tưởng này. Vì vậy, tôi sẽ chỉ tạo ra một số số. Giả sử bạn có lõi 30 um trong lớp phủ 60 um. Nhìn chung, hiệu quả khớp nối tối đa mà bạn có thể mong đợi từ thống nhất chiếu sáng cuối bó sợi là 30 2 /60 2 hoặc 25%.

Sau đó, có một yếu tố cho mật độ đóng gói của các vật thể tròn vào một khu vực (khoảng cách giữa các sợi trong bó) mà tôi tin là khoảng 78% trường hợp tốt nhất.

Và mất phản xạ khoảng 4% cho ánh sáng đi vào kính từ không khí.

Thêm tất cả những thứ này lên, (0,25) x (.78) x (.96) và bạn có hiệu suất ghép trường hợp tốt nhất khoảng 19%. (Bạn sẽ cần tính lại điều này khi biết hệ số chính xác cho thuật ngữ đầu tiên)

Nếu bạn đang đến gần điều này, tôi muốn nói rằng bạn thực sự đang làm khá tốt.

Tất nhiên, sẽ không hại gì khi tìm thấy một đèn LED phát ra trong một hình nón hẹp thay vì hơn một nửa không gian, hoặc thậm chí để thêm một số loại ống kính để tập trung ánh sáng vào khu vực của bó sợi. Nhưng nhìn chung khớp nối trường hợp tốt nhất của bạn vẫn sẽ không tuyệt vời như vậy.


Cảm ơn câu trả lời. Có một cách tốt để đo hiệu quả khớp nối? Khi tôi ném bóng chưa đến 10%, nó chỉ đơn giản dựa trên đống đổ nát (không chính xác) của tôi và lượng ánh sáng phát ra từ sợi quang như bao nhiêu ánh sáng phát ra từ cơ sở / kết nối. Hoàn toàn có khả năng tôi giảm xuống mức 3% trong trường hợp 19% sẽ là một sự cải thiện - ít nhất là tôi có thể hạ iF trên diode và giảm nhiệt. Những loại giải pháp ống kính tồn tại và sự đánh đổi là gì? Cảm ơn!
Doov

Đo đầu ra của bó sợi sẽ khá dễ dàng nếu bạn có đúng thiết bị. Đơn giản chỉ cần mang bó càng gần càng tốt với bộ tách sóng quang diện rộng. Chúng có sẵn với đường kính cao hơn 0,125 ". Việc đo đầu ra của đèn LED khó hơn --- nếu bạn có bộ tách sóng quang đủ lớn và giữ nó đủ gần với đèn LED, có lẽ bạn sẽ có được ước tính hợp lý về tổng công suất khả dụng.
Photon

Cảm biến cấp dụng cụ loại này (và thiết bị điện tử công tơ để đọc phản hồi, được hiệu chỉnh bằng uW) có sẵn từ các công ty như Newport, ThorLabs, v.v. Nếu bạn muốn thực hiện với ngân sách eo hẹp, tôi không chắc chính xác ở đâu đi.
Photon

Cảm ơn rất nhiều cho các thông tin! Bất kỳ đề xuất cho một ống kính để sử dụng chỉ là một so sánh với khớp nối cơ học thẳng?
Doov

-1

Vâng, sự lựa chọn của bạn về một đèn LED trắng là sự lựa chọn tồi tệ nhất bạn có thể thực hiện, trừ khi bạn chỉ cần có ánh sáng trắng cho ứng dụng của mình. Lý do là đèn LED trắng có độ chói thấp hơn đáng kể so với đèn LED màu, vì ánh sáng được phát ra từ phốt pho có diện tích bề mặt lớn, so với đèn LED trần của đèn LED màu.

Một ống kính sẽ không giúp được gì nhiều, trừ khi bạn có thể có được một đèn LED trần mà không cần dây liên kết để cản trở quang học, và bạn sẽ khó có thể tìm thấy một ống kính đủ nhỏ với NA hoạt động đủ lớn và đủ thấp quang sai để thực sự hoạt động đúng. Bạn sẽ phải tập trung một hình ảnh thực sự của cái chết trần, vào phần cuối của bó sợi. Nhưng bạn không bao giờ có thể có được độ chói của hình ảnh vượt quá nguồn. (cấm luật thứ hai).

Đặt cược tốt nhất (giả sử bạn thực sự phải có ánh sáng trắng đó), là tìm một đèn LED nhỏ có bề mặt phẳng (giống như chip) và dán nó vào đầu của bó sợi bằng keo rõ ràng, với khoảng cách nhỏ nhất có thể giữa sợi và đèn LED.


Tôi cần ánh sáng trắng. Do đó đèn LED trắng. Tại sao một ống kính sẽ không giúp đỡ? Tôi hiểu rằng một ống kính bóng không phải là một ý tưởng tồi cho ứng dụng này. Tại sao một đèn led phẳng sẽ tốt hơn? Chỉ vì lợi ích của việc tuân thủ nó? Nói chung, chúng có các góc phân tán rộng hơn nhiều (vì vậy tôi cho rằng ít ánh sáng hướng vào sợi quang).
Doov

Vâng, hai điều ngăn ánh sáng đi vào bó sợi của bạn. Một là diện tích bề mặt của sợi (lõi) và hai là khẩu độ số (NA) của sợi. Nếu U là góc tới tối đa trên lõi, có thể truyền được và H là đường kính của lõi thì đại lượng NHSin (U) là một bất biến dưới mọi biến đổi quang học. Nó được gọi là định lý Sin quang học, hoặc đôi khi là bất biến lagrange. Cách duy nhất để có được nhiều ánh sáng hơn là tăng độ rạng rỡ (hoặc độ chói) của nguồn. Một ống kính không thể làm cho ống kính bóng xấu vì quang sai làm mất nhiều hơn
dùng28555

Có lẽ tôi không hiểu - tại sao ống kính không thể giúp ánh sáng chiếu vào sợi quang? Tôi phải tưởng tượng rằng có một thứ ba ngăn ánh sáng đi vào bó - hướng ánh sáng so với bó. Sau tất cả, nếu tôi xoay led 180 độ từ bó thì ánh sáng bằng không đi vào bất kể diện tích bề mặt / NA. Tôi không hiểu tại sao một ống kính không thể giúp - Nếu 2 đèn led phát ra cùng số lượng photon, nhưng một ống phát ra chúng trên một diện tích nhỏ hơn watts / m ^ 2 trong trường hợp diện tích nhỏ hơn> so với diện tích lớn trường hợp Một ống kính có thể giúp tập trung ánh sáng đến một điểm nhỏ hơn (ví dụ như sợi của tôi) không?
Doov

Có lẽ tôi không hiểu điều này, nhưng hãy kiểm tra Câu hỏi thường gặp từ quang học edmuds "Tôi đang tìm cách tốt nhất để tối đa hóa lượng ánh sáng từ đèn LED vào sợi quang. Các tùy chọn tốt nhất để ghép đèn LED và sợi quang của tôi là gì? " edmundoptics.com/technical-resource-center/ từ
Doov
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.