Ballens van saffierglas

Kogellenzen zijn geweldige optische onderdelen om de signaalkoppeling tussen vezels, zenders en detectoren te verbeteren. Ze worden ook gebruikt voor endoscopie, scannen van streepjescodes, kogelvoorvormen voor asferische lenzen en sensortoepassingen. Kogellenzen worden vervaardigd uit een enkel glassubstraat en kunnen licht focussen of collimeren, afhankelijk van de geometrie van de ingangsbron. Halve kogellenzen komen ook veel voor en kunnen worden vervangen door volledige kogellenzen als de fysieke beperkingen van een toepassing een compacter ontwerp vereisen.

Kogellenzen zijn geweldige optische componenten om de signaalkoppeling tussen vezels, zenders en detectoren te verbeteren. Ze worden ook gebruikt voor endoscopie, scannen van streepjescodes, kogelvoorvormen voor asferische lenzen en sensortoepassingen. Kogellenzen worden vervaardigd uit een enkel glassubstraat en kunnen licht focussen of collimeren, afhankelijk van de geometrie van de ingangsbron. Halve kogellenzen komen ook veel voor en kunnen worden vervangen door volledige kogellenzen als de fysieke beperkingen van een toepassing een compacter ontwerp vereisen.

Waarom een kogellens/kogellenzen gebruiken?

Een bol of kogel presteert verrassend goed als lens. Bij nadere beschouwing blijkt dat zo’n element kan worden opgesplitst in twee planoconvexe lenzen, gescheiden door een vlakke, parallelle plaat. De positieve lenzen hebben een ondergecorrigeerde sferische aberratie en de vlakke parallelle plaat is overgecorrigeerd. Daarom is er een compenserend effect. Een kogellens wordt voornamelijk toegepast als koppelelement voor optische vezels. Dit verdient een analyse, vooral omdat er bepaalde beperkingen zijn die moeten worden begrepen.

De onderstaande figuur geeft aan dat de brandpuntsafstand wordt gemeten vanaf het middelpunt van de bol, waar de in- en uitgaande stralen samenkomen. Dit betekent dat de terugbrandpuntsafstand bfl slechts het verschil is tussen de brandpuntsafstand en de straal R van de bol. Je ziet meteen dat het brandpunt op het achteroppervlak van de bol valt als f = R

Brandpuntsafstand van de kogellens/kogellenzen

Er zijn twee verschillende definities van de brandpuntsafstand van een kogellens. De effectieve brandpuntsafstand, die de afstand is tussen een vlak door het middelpunt van de lens en de taille (brandpunt) van een aanvankelijk gecollimeerde invoerbundel, wordt gegeven door de vergelijking waarbij D de diameter van de lensbol is en n de brekingsindex.

De achterste brandpuntsafstand wordt gedefinieerd als de afstand van het brandpunt tot het lensoppervlak en is kleiner dan de effectieve brandpuntsafstand met de helft van de diameter van de bol.

Toepassingen van kogellens/bollens.

Bolvormige kogels worden vaak gebruikt voor lasercollimeren en focussen, laser-naar-vezel koppeling, vezel-naar-vezel koppeling en vezel-naar-detectorkoppeling. Halve kogels zijn ideaal voor toepassingen zoals vezelcommunicatie, endoscopie, microscopie, optische pick-up apparaten en lasermeetsystemen.

Voorbeelden:

VOORBEELD 1: LASER-NAAR-VEZEL KOPPELING

Bij het koppelen van licht van een laser in een optische vezel is de keuze van de kogellens afhankelijk van de NA van de vezel en de diameter van de laserstraal, of de ingangsbron. De diameter van de laserstraal wordt gebruikt om de NA van de kogellens te bepalen. De NA van de kogellens moet kleiner of gelijk zijn aan de NA van de vezeloptiek om al het licht te kunnen koppelen. De kogellens wordt op zijn achterste brandpuntsafstand van de vezel geplaatst, zoals hieronder wordt weergegeven.

LASER-NAAR-VEZEL KOPPELING

Initiële parameters
Diameter van de inkomende laserbundel = 2mm
Brekingsindex van kogellens = 1,5168
Numerieke opening van glasvezel = 0,22

De NA van een N-BK7 kogellens is ongeveer 0,22 voor d/D ≈ 0,3 tot 0,35. Vergelijking 3 geeft d/D ≈ 0,33 voor NA = 0,22. Je zou een N-BK7 kogellens met een diameter groter dan 6mm (≈ 2mm/0.33) nodig hebben om een 2mm laserbron te koppelen in een 0.22 NA vezeloptiek. Men kan eenvoudig verschillende brekingsindices uitproberen om de beste kogellens te vinden voor een toepassing voor laser-naar-vezel koppeling.

VOORBEELD 2: KOPPELING VAN VEZEL NAAR VEZEL

Om licht van een vezeloptiek naar een andere vezeloptiek van vergelijkbare NA te koppelen, kunnen twee identieke kogellenzen worden gebruikt. Plaats de twee kogellenzen op de achterste brandpuntsafstand van de vezels zoals weergegeven in Figuur 4. Als de optische vezels dezelfde NA hebben, kan dezelfde logica als in Voorbeeld 1 worden toegepast.

Reguliere specificaties van onze kogellens