Quali sono i compromessi per le varie opzioni che associano un LED a una fibra ottica?

Sto cercando di accoppiare un LED bianco a un fascio di fibre composto da diverse fibre di silice da 30 uM. Il diametro esterno del fascio è dell'ordine di 0,5 mm. La NA della fibra è .87 e l'intero fascio è inserito in una ghiera in acciaio inossidabile del diametro di .125 ". Ho letto su diversi metodi di accoppiamento: tutto da una lente a sfera all'incollaggio della fibra direttamente sul LED morire.

Sono curioso di sapere se qualcuno ha esperienza nel fare qualcosa del genere. Qualcuno può delineare i vantaggi / gli svantaggi dei vari metodi? I principali compromessi sono il costo rispetto all'efficienza di trasmissione? In tal caso, quali sono i metodi su quale estremità dello spettro?

Vale la pena affermare che non sono venduto su nessun particolare LED, ma ho sperimentato semplicemente tenendo la ghiera sopra un LXML-PWC2 - tonnellate di luce arrivano (abbastanza per la mia applicazione) con iF ~ 400mA. Questa sarebbe una soluzione ragionevole, tranne per il fatto che l'efficienza del trasferimento è terribile (ovviamente), quindi devo usare più corrente di quanto vorrei. Il risultato è un dissipatore di calore piuttosto grande, che mi piacerebbe ridurre o eliminare tutti insieme.

La fibra "tipica" per la comunicazione ha un diametro di 9, 50 o 62,5 um nel nucleo, ma c'è un rivestimento da 125 um che è anche necessario per far funzionare la fibra. C'è anche una fibra ottica di plastica con anima da 900 um. Cosa c'è là fuori per l'illuminazione, non ne sono sicuro. Chiaramente non stai lavorando con uno dei tipi con cui ho familiarità.

Ma il punto chiave è che il nucleo è più piccolo del rivestimento. E la luce accoppiata alla fibra sarà (nel migliore dei casi) ciò che cade sul nucleo. Con .87 NA probabilmente ti avvicinerai molto a questo ideale. Quindi inventerò solo alcuni numeri. Supponi di avere un nucleo da 30 um in un rivestimento da 60 um. Nel complesso la massima efficienza di accoppiamento si potrebbe aspettare da illuminare uniformemente l'estremità del fascio di fibre è di 30 ² /60 ² o 25%.

Quindi c'è un fattore per la densità di impacchettamento di oggetti rotondi in un'area (gli spazi tra le fibre nel fascio) che credo sia circa il 78% nel migliore dei casi.

E una perdita di riflessione di circa il 4% per la luce che entra nel vetro dall'aria.

Aggiungi tutti questi, (.25) x (.78) x (.96) e avrai circa il 19% di efficienza nel migliore dei casi. (Dovrai ricalcolare questo conoscendo il fattore corretto per il primo termine)

Se ti stai avvicinando a questo, direi che stai effettivamente andando abbastanza bene.

Ovviamente non sarebbe male trovare un LED che emette in un cono stretto invece di oltre la metà di tutto lo spazio, o anche aggiungere un qualche tipo di obiettivo per focalizzare la luce sull'area del fascio di fibre. Ma in genere il tuo accoppiamento nel migliore dei casi non sarà ancora così eccezionale.

Bene, la tua scelta di un LED bianco è la scelta peggiore che puoi fare, a meno che tu non debba semplicemente avere una luce bianca per la tua applicazione. Il motivo è che i LED bianchi hanno una luminanza significativamente inferiore rispetto ai LED colorati, perché la luce viene emessa da un fosforo che ha una grande superficie, rispetto al die nudo di un LED colorato.

Un obiettivo non sarà di grande aiuto, a meno che non si riesca a ottenere un LED a matrice nuda senza fili di collegamento per intralciare l'ottica, e sarà difficile trovare un obiettivo abbastanza piccolo con un NA operativo abbastanza grande e abbastanza basso aberrazioni per funzionare davvero correttamente. Dovresti focalizzare un'immagine reale del dado nudo, all'estremità del fascio di fibre. Ma non puoi mai far sì che la luminanza dell'immagine superi quella della sorgente. (divieto della seconda legge).

La soluzione migliore (supponendo che tu debba davvero avere quella luce bianca), è trovare un piccolo LED a superficie piatta (simile a un chip) e incollarlo sull'estremità del fascio di fibre con una colla trasparente, con la minima spaziatura possibile tra la fibra e il LED.