Quais são as vantagens e desvantagens das várias opções que acoplam um LED a uma fibra óptica?

Estou tentando acoplar um LED branco a um pacote de fibras composto por várias fibras de sílica de 30 uM. O diâmetro externo do pacote é da ordem de 0,5 mm. O NA da fibra é 0,87 e todo o feixe é colocado em uma ponteira de aço inoxidável com 0,125 "de diâmetro. Eu li sobre diferentes métodos de acoplamento - tudo, desde uma lente esférica até a colagem da fibra diretamente sobre o LED morrer.

Estou curioso para saber se alguém tem experiência em fazer algo assim. Alguém pode delinear as vantagens / desvantagens dos vários métodos? As principais vantagens e desvantagens custo x eficiência de transmissão? Em caso afirmativo, quais são os métodos em que extremidade do espectro?

Vale ressaltar que não sou vendido em nenhum LED em particular, mas experimentei simplesmente segurar o ferrolho sobre um LXML-PWC2 - toneladas de luz entram (o suficiente para a minha aplicação) com iF ~ 400mA. Essa seria uma solução razoável, exceto que a eficiência da transferência é terrível (obviamente), então eu tenho que usar mais corrente do que gostaria. O resultado é um dissipador de calor bastante grande, que eu gostaria de reduzir ou abandonar todos juntos.

A fibra "típica" para comunicação tem 9, 50 ou 62,5 um de diâmetro no núcleo, mas há um revestimento de 125 um que também é necessário para que a fibra funcione. Há também fibra ótica plástica de 900 um núcleo. O que há para iluminação, não tenho certeza. Claramente, você não está trabalhando com um dos tipos com os quais estou familiarizado.

Mas, o ponto principal é que o núcleo é menor que o revestimento. E a luz acoplada à fibra será (na melhor das hipóteses) o que cai no núcleo. Com o .87 NA, você provavelmente se aproximará desse ideal. Então eu vou inventar alguns números. Digamos que você tenha um núcleo de 30 um em um revestimento de 60 um. Em geral, a eficiência de acoplamento máxima que se poderia esperar a partir uniformemente iluminando a extremidade do feixe de fibras é de 30 ² /60 ² ou 25%.

Depois, há um fator para a densidade de empacotamento de objetos redondos em uma área (as lacunas entre as fibras do feixe) que, acredito, é cerca de 78% de melhor caso.

E uma perda de reflexão de cerca de 4% para a luz que entra no vidro do ar.

Adicione tudo isso, (.25) x (.78) x (.96) e você terá cerca de 19% de eficiência de acoplamento no melhor caso. (Você precisará recalcular isso sabendo o fator correto para o primeiro período)

Se você está chegando perto disso, eu diria que você está indo muito bem.

É claro que não faria mal encontrar um LED que emita em um cone estreito em vez de mais da metade de todo o espaço, ou até mesmo adicionar algum tipo de lente para focar a luz na área do feixe de fibras. Mas geralmente o seu melhor acoplamento ainda não será tão bom.

Bem, sua escolha de um LED branco é a pior escolha possível, a menos que você simplesmente precise ter luz branca para sua aplicação. O motivo é que os LEDs brancos têm uma luminância significativamente menor que os LEDs coloridos, porque a luz está sendo emitida a partir de um fósforo que possui uma grande área de superfície, em comparação com a matriz nua de um LED colorido.

Uma lente não vai ajudar muito, a menos que você possa obter um LED de matriz nua sem fios bond para atrapalhar a óptica, e você terá dificuldade em encontrar uma lente pequena o suficiente com uma NA operacional grande o suficiente e baixa o suficiente aberrações para realmente funcionar corretamente. Você precisaria focar uma imagem real da matriz nua no final do pacote de fibras. Mas você nunca pode fazer com que a luminância da imagem exceda a da fonte. (proibição da segunda lei).

A melhor aposta (supondo que você realmente tenha essa luz branca) é encontrar um pequeno LED de superfície plana (semelhante a um chip) e colá-lo na extremidade do pacote de fibras com uma cola transparente, com o menor espaçamento possível entre a fibra e o LED.