Table of Contents In the world of optical imaging, telecentric lenses play a vital role in achieving precise measurements, accurate inspections, and high-quality imaging. Among telecentric lenses, two primary types exist: object-space telecentric lenses and image-space telecentric lenses. While both serve similar purposes, they differ significantly in their design, functionality, and applications. In this blog…

Als Nächstes betrachten wir eine Faser, die einen etwas größeren Kernradius von 5 μm hat, was zu sechs Moden führt (zehn, wenn wir alle Orientierungen zählen):

Bei einer einmodigen Stufenindexfaser gibt es nur noch einen freien Parameter, nämlich den Kernradius (Radius des Faserkerns). Dieser hat eine direkte Bedeutung für die Divergenz des aus der Faser austretenden Lichts. Wir erwarten die höchste Divergenz, wenn der Modenradius am kleinsten ist, und dieser hängt vom Kernradius ab:

Hier sehen wir einen ziemlich steilen Abfall bei der NA-Grenze (wieder mit der vertikalen Linie gezeigt), und nur wenig Leistung außerhalb dieser Grenze.

Eine Kombination von analytischen Überlegungen und numerischen Tests ist ideal, um solche Fragen vollständig zu beantworten.

Die Winkelverteilungen der Moden, die man durch räumliche Fouriertransformation der Modenamplituden berechnet, sind eng verbunden mit dem Fernfeld von aus der Faser austretendem Licht.

Convert NA to angle

Aus diesen Überlegungen ergibt sich, dass eine strikte Grenze für den Winkel bei Fasern nicht auftreten kann, sondern nur bei ebenen Wellen, die hier nicht vorkommen. Und die Modenberechnungen resultieren in Amplitudenprofilen, die keine Propagationsverluste durch nicht vollständige Totalreflexion aufweisen.

Table of Contents Pentaprisms, with their ability to manipulate light paths, play a crucial role in various optical systems. To optimize their performance, it is essential to enhance the efficiency of light transmission through these prisms. This blog delves into the techniques and methods used to maximize the effectiveness of light transmission in pentaprisms, thereby unlocking…

A beam splitter works by splitting the light beam into two or more parts. The angle at which the beam is split can be controlled by adjusting the position of the prism or mirror. The different light beams can then be redirected using additional optical elements such as lenses and mirrors.

Table of Contents The field of optics offers fascinating insights into the behavior of light and its manipulation. Among the many optical devices and components, the right angle prism stands out as a versatile tool capable of reversing the direction of light. In this blog post, we will explore the intriguing concept of using a…

There are three types of beam splitters: prisms, mirrors, and beam combiners. Prisms are the most common type of beam splitter. They are made of glass or plastic and can be used to split a beam into two or more parts. Mirrors can also be used to split beams, but they are less common than prisms. Beam combiners are used to combine multiple light beams into a single beam.

Nun erhöhen wir den Kernradius auf 25 μm, womit die Zahl der Moden auf 129 steigt (oder 248, wenn wir alle Orientierungen zählen). In diesem Fall reichen lediglich ein paar der Moden mit höchsten Ordnungen signifikant über die NA-Grenze hinaus:

Hier können Sie Fragen und Kommentare eingeben. Soweit diese vom Autor akzeptiert werden, werden sie über diesem Abschnitt zusammen mit der Antwort des Autors erscheinen. Der Autor wird mithilfe gewisser Kriterien darüber entscheiden. Vor allem geht es darum, dass die Sache für genügend viele Leser relevant ist.

Beachten Sie, dass der signifikante Anteil der Leistung bei Winkeln außerhalb der NA-Grenze nicht bedeutet, dass wir deswegen zusätzliche Ausbreitungsverluste hätten. Für eine theoretische perfekte Faser (ohne Absorption und Streuung) hätten wir nach wie vor keinerlei Verluste.

Advantages: One of the most important advantages of using a beam splitter in a microscope is that it helps in reducing damage to very thin objects and creating multiple images simultaneously. It also helps in reducing harmful reflections from being directed back to the eye of an observer, acting as a polarizing beam-splitting film or Wollaston prism. In addition, it increases the contrast between both dark and bright areas of an image making them visible. Beam splitters are also efficient in transmitting polarized light without any loss of intensity when they are made from calcite or quartz.

Table of Contents Laser mirrors stand as essential components in directing and shaping laser beams, and their reflective coatings play a pivotal role in determining the efficiency and precision of laser systems. Delving into the world of laser mirror coatings reveals a sophisticated array of materials and designs tailored to achieve specific reflectivity levels across…

There are two types of mirror beam splitters: Half-silvered and Dielectric. Half-silvered mirror beam splitters have a mirror on one side and a transparent surface on the other side. Dielectric mirror beam splitters have a dielectric coating on one side and a reflective surface on the other side. Mirror beam splitters are often used in lasers to produce multiple beam paths.

Table of Contents In the realm of optical technology, the ability to selectively control light wavelengths is critical for achieving precise and accurate results. Notch filter coatings stand out as versatile tools, offering unique capabilities in managing specific spectral bands of light. In this blog post, we’ll explore the significance of notch filter coatings, the…

A fused silica wedge prism is a type of optical prism that is made out of fused silica. It has a triangular shape, with the base of the triangle being the widest part. The apex of the triangle is very thin and sharp. This prism is used in a variety of applications, including spectroscopy, laser…

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Optical Instruments: Beam splitters are used in a variety of optical instruments, such as microscopes and telescopes. They can be used to split a beam into two or more parts, which can then be redirected using additional optical elements. This allows for greater flexibility and control over the light beam.

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Numerical aperture to f-number

A beam splitter is an optical instrument that splits a light beam into two or more beams. A beam of light is split using either a prism or a mirror. Beam Splitters are mainly used in optical instruments such as microscopes and telescopes. They can also be used in lasers to produce multiple beam paths. In this blog post, we will discuss the different types of beam splitters and their applications!

In der Praxis wird man oft eher wenig Leistung in die Moden höchster Ordnung schicken, und der Teil, der die NA-Grenze übersteigt, wird dann noch kleiner.

Lasers: Beam splitters are also often used in lasers to produce multiple beam paths. This is done by splitting the laser beam into two or more parts and then recombining them into a single beam. This allows for superb flexibility and control over the light beam.

Der Radius der Grundmode (LP01) ist nun deutlich größer (3,88 μm), was die Divergenz reduziert; ihr Fernfeld ist somit praktisch vollständig innerhalb der NA-Grenze.

Numerical aperture resolution

Nun weiß man, dass die geführten Moden Fernfeld-Intensitätsverteilungen haben, die nicht abrupt an einer bestimmten Grenze verschwinden, sondern vielmehr kontinuierlich abnehmen. Damit stößt man auf die interessante Frage, ob die genannte Grenze für den Einfallswinkel, die direkt mit der transversalen Komponente des Wellenvektors verbunden ist, eigentlich zu einer festen Grenze für die Fernfeld-Intensitätsverteilung führen sollte. Wenn nicht, sollten die Moden nicht Ausbreitungsverluste erleiden dadurch, dass ein gewisser Teil ihrer Leistung keine Totalreflexion mehr erfährt?

Traffic Signals: In everyday life, beam splitters are often used in traffic signals. Traffic signals use red, yellow, and green lights to indicate when it is safe to cross the street. Red lights are used to indicate that the traffic signal is red and that it is not safe to cross the street. Yellow lights are used to indicate that the traffic signal is about to turn red and that it might be unsafe to cross the street. Green lights are used to indicate that the traffic signal is green and that it is safe to cross the street.

wobei NA die numerische Apertur ist, die aus den Brechungsindizes von Faserkern und Fasermantel berechnet wird. Der Einfachheit halber betrachten wir hier immer Stufenindexfasern.

Numerical aperture of lens

Fiber NA

Numerical aperture formula

In einer Faser geführtes Licht kann natürlich nie eine ebene Welle sein, da es definitionsgemäß räumlich auf den Faserkern beschränkt ist (evtl. einschließlich seiner näheren Umgebung). Die räumliche Begrenzung führt zwangsläufig zum Einfluss von Beugung und damit zu einer kontinuierlichen Winkelverteilung. Dies ist fundamental anders als die Situation einer ebenen Welle, die transversal nicht beschränkt wird und keine Beugung erfährt.

Nach einer genügend langen Distanz ist das Intensitätsprofil des Lichts am Faserausgang in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung durch das räumliche Fourierspektrum der Modenamplituden bestimmt (wenigstens im Rahmen der paraxialen Näherung). (Siehe den Artikel über Fourier-Optik für mehr Details.)

Wenn man dies verstanden ist, ist es immer noch interessant zu prüfen, inwieweit (und unter welchen Umständen) die Winkelverteilung von Licht in Fasern (oder im Fernfeld des austretenden Lichts) die durch die numerische Apertur gegebene Grenze überschreiten kann. Das tun wir im Folgenden. Dabei betrachten wir hauptsächlich die Fernfeld-Profile der Moden. Dies ist praktischer, als etwa Eingangs-Strahlprofile zu konstruieren und für diese zu berechnen, wie viel der optischen Leistung in die geführten Moden gelangen würde.

Daraus können wir schließen, dass die Divergenz immer etwas über die NA-Grenze hinausreichen wird, sodass einige Prozent der Winkelverteilung außerhalb dieser Grenze liegen. Für andere Werte von V ist es weniger.

There are two types of prism beam splitters: right-angle and 45-degree. Right-angle beam splitters have a 90-degree angle between the input and output beams, while 45-degree beam splitters have a 45-degree angle between the input and output beams. Prism beam splitters are primarily used in optical instruments such as microscopes and telescopes.

Wir gehen die Fragestellung nun also mit einigen numerischen Tests an, bei denen wir die Software RP Fiber Power verwenden. Diese bietet eine Power Form namens “Fiber Modes From Refractive Index Profile”, die für solche Untersuchungen ideal geeignet ist. Im Folgenden testen wir mehrere verschiedene Situationen. In allen Fällen nehmen wir einen festen Wert von 0,2 der numerischen Apertur an und eine Wellenlänge von 1 μm, sodass wir die Resultate direkt vergleichen können.

Indem Sie hier Informationen eingeben, willigen Sie in eine eventuelle Veröffentlichung davon auf unserer Website ein entsprechend unserer Regelns. (Falls Sie später die Einwilligung zurückziehen, entfernen wir diese Eingaben wieder.) Da Ihre Eingaben vom Autor persönlich verarbeitet werden müssen, kann dies etwas dauern.

Interessanterweise zeigen keineswegs alle Moden, die nahe an ihrer Cut-off-Wellenlänge liegen, dieses Verhalten. Wenn wir beispielsweise den Kernradius auf 5,75 μm erhöhen, kommt die LP03 nahe an ihren Cut-off (1030 nm). Hier ragt das Modenfeld wesentlich über den Kern hinaus, aber das Fernfeld wird ziemlich schmal und liegt damit praktisch vollständig innerhalb der NA-Grenze:

High NA lens

There are three types of beam combiners: prisms, mirrors, and gratings. Prism beam combiners are made of glass or plastic and can be used to combine two or more beams into a single beam. Mirror beam combiners are made of mirrors and can be used to combine two or more beams into a single beam. Grating beam combiners are made of gratings and can be used to combine two or more beams into a single beam.

Nach allgemeiner Ansicht für die Führung von Licht in einer optischen Faser die Bedingung für die interne Totalreflexion erfüllt sein. Dies führt zu einer Grenze für den Akzeptanzwinkel <$\theta$> für auf die Faser treffendes Licht:

Optical Switches: Beam splitters can also be used in optical switches. Optical switches use beam splitters to switch light beams between different optical paths. They are used for example in fiber optic communication systems to switch the light beam coming from one optical fiber onto another optical fiber.

Disadvantages: One of the major disadvantages is that they are very expensive, especially when they are made from more valuable materials like calcite and quartz. They also tend to cause dispersion of light waves at higher levels which ultimately hamper the image formation process resulting in degradation of resolution. Difficulties may arise when very thin specimens are placed on it because bounce-back or double reflection can occur, resulting in less intensity reaching the eye of an observer. Further, if there is any dirt accumulation on it (calcite), the contrast between dark and bright areas will decline as well as damage the object being viewed under a microscope. In addition, microscope illumination can change as a result of changes occurring through time as a result of deterioration or fluctuation in voltage.

Für diesen einfachen Fall hätte man an sich keine numerischen Tests benötigt. Jedoch sind solche in den folgenden Fällen sehr nützlich.

You will learn not only about the tools which we offer ourselves – the RP Photonics Buyer's Guide, special promotions and banners – but also about many others.

Man mag sich nun fragen, wie die Verhältnisse mit anderen Werten der numerischen Apertur sind. Anstatt dies numerisch zu testen, können wir ein paar einfache Gleichungen verwenden:

In conclusion, beam splitters are essential components of microscopes which help in providing better images and reducing harmful reflections from being directed back to the eye of an observer. They also increase the contrast between dark and bright areas in an image-making them visible. However, their cost can be very high when compared to other components in a microscope, they tend to cause dispersion of light waves at higher levels resulting in degradation of resolution and difficulties may arise when very thin specimens are placed on it because of bounce-back or double reflection can occur, resulting in less intensity reaching the eye of an observer. In addition, illumination changes occurring through time due to deterioration or fluctuation in voltage can create problems for users who want to observe objects over a longer time period.

Anders ist es für Moden höherer Ordnung, insbesondere für die LP31 und die LP21, die deutlich über die NA-Grenze hinausgehen. (Die Bedeutung dieser Symbole lernen Sie im Artikel über LP-Moden.)

Um dies zu verstehen, müssen wir beachten, dass der Akzeptanzwinkel entsprechend der numerischen Aperture auf einem Konzept basiert, das sich auf zwei recht unterschiedliche Theorien bezieht:

Durch Integration über den Raumwinkel findet man, dass 6,3 % der optischen Leistung außerhalb der NA-Grenze liegen. Für einen noch größeren Kern erhält man einen größeren Modenradius, und wir haben entsprechend weniger Leistung außerhalb der genannten Grenze.

Für eine solche Faser ist die Anregung einer spezifischen Mode normalerweise nicht realistisch; meist bekommt man eine nicht genau kontrollierte Verteilung der optischen Leistungen überall die Moden. Der Einfachheit halber nehmen wir an, dass jede Mode die gleiche Leistung erhält, und wir betrachten eine ihn kohärente Überlagerung ihrer Intensitätsprofile:

We have published a number of comprehensive articles where we explain how a wide range of tools for the marketing of photonics, optics and laser product works.