【光学基础技巧】空间光耦合至光纤的方法[续]
一、对上一篇文章的补充
（前文：【光学基础技巧】空间光耦合至光纤的方法[视频]）上一篇文章对于自由空间光耦合到单模光纤中的基本方法总结的很好，这里补充一些耦合时应注意的要点帮助大家理解和掌握。首先在进行耦合之前，应尽量保证光路打到聚焦非球面透镜或激光物镜之前是平行于光学平台的，同时尽可能与平台上的螺孔行列平行。接着在聚焦透镜后用带十字叉同心圆的白屏（硬板纸画同心圆）观察光路的方向是否有改变。这一步主要是让入射光穿过透镜的中心，以免引起较严重的像差，降低焦斑质量。之所以用同心圆是因为聚焦镜后光束发散很快，用这种渐增的同心圆比较好找光斑的中心。当然如果是红外光还需要用红外观察仪或者红外卡来协助。这样一说，估计广大新手也就能明白，光纤耦合系统一般是将透镜固定，而调节光纤端面位置来实现最佳耦合。如果调节透镜，则很容易使得光束穿过透镜后方向发生很大的改变。
图1. 同心圆白屏
光纤耦合过程的另一个关键点就是要尽可能准确地估计透镜焦点的位置，但不要过于精确地将光纤输入端放在焦平面附近（假设其为平面吧，至少近轴情况应该如此）。光纤输入端离焦平面太远则光斑功率密度太小，而太靠近则光斑太小，很难感知光束是否接触到纤芯，容易让人感觉完全挨不着边。所以这一点需要一点估计能力。这些在前面的文章里都有详细的描述。粗略寻找纤芯位置时可以直接观察光纤入射端面在激光照射下的亮度。当有一部分光进入纤芯后，整个光纤头会变暗。同样红外光需要借助红外观察仪。
二、一种新的便于空间耦合光纤的工具
本文要讲的重点是笔者前两年碰到一款调节光纤耦合的神器，就是一个价廉物美的笔式USB数码显微镜。它具体是下图这个样子的。是什么品牌我就不说了，不是我家的产品也没给我推广费。大家在某宝上搜USB显微镜就能找到。
图2. USB显微镜
之所以这么喜欢是因为确实方便还便宜，以至于我出国都不忘带两个送给英国的朋友（自掏腰包）。其放大倍率标称500，具体能不能到这么多，怎么标定的500倍等等都不太重要，咱只看有没有光出来，不看纤芯细节。这个显微镜外径是12mm，可以利用其自带的调整架，也很容易装到光学实验室常见的半英寸口径的夹持件中。具体使用时，将空间光的平均功率控制在15mW以下，然后将这个显微镜直接水平正对着光纤的输出端，这时电脑屏幕上可以看到光纤的输出端面，绝大部分场合马上可以看到输出端有亮光，如果没有，扫描一下平移台X和Y轴基本就能看到有部分光输出了，尽管刚开始那些光可能只是光纤的包层传导过来的。然后调节光纤平移台的X、Y轴，很快就可以找到最佳的横向位置，此时显微镜视场最圆最亮，甚至可能饱和了。为了保护显微镜，这时可以拿开显微镜，用白屏、红外卡、光电二极管甚至时功率计继续优化光纤输入端的耦合。在功率不高的时候一般不用担心激光打坏显微镜，特别时Z轴还没有优化的时候。笔者耦合几十次，还没有用坏过。再说即使打坏了，也就200来块钱，风险可控。用显微镜来观测光纤输出的好处是CMOS比白屏或者红外卡灵敏得多，直接对着光纤输出头成像能很好地收集了输出光能量，而且成像的方法比单纯用单点的光电探测器方法能提供输出端面的光场分布空间信息。便宜的价格使得用户不用太担心显微镜被激光打坏。要说不足那就是这个显微镜对1100纳米以上的波长无能为力，相信用户也不太会舍得拿昂贵的红外CCD去做长波长的空间光耦合。但至少在400nm-1100nm波长范围内，本文介绍的方法还是能大大提高光纤耦合调节的速度。
