injection d'une lumière visible et IR dans une fibre optique

[Scrat 0]

Bonjour à vous,

 

étant en BTS deuxième année, nous avons un projet où le principe est de coupler une source dans le visible et une source dans l'IR (les sources étant une LED WL et une LED NIR) puis de d'injecter le tout dans une seule et même fibre optique.

 

Le principe serait de coupler grâce à un miroir dichroïque passe haut lambda c = 730 nm les deux sources avant l'injection dans la fibre puis, une fois coupler, injecter le tout dans une fibre.

 

nous avons penser à utiliser une lentille à chaque sortie de source pour obtenir un faisceau lumineux "parallèle" de le coupler grâce à un miroir incliné à 45° mais le soucis serait d'injecter dans une fibre deux plages de longueures d'ondes qui sont différentes... (l'IR serait entre 730 et 770 nm) car l'utilisation d'une lentille entrainement une injection différente pour la lumière blanche et l'IR

 

Merci de votre concidération

 

Scrat

[chonum 976]

Vous voulez injecter dans une fibre de quelle ON ?

 

[PierrePA28 32]

Bonjour

Pour faire entrer un faisceau dans une fibre optique, si l'on souhaite que le maximum de lumière pénètre, il est préférable que le faisceau soit conique plutôt que parallèle.

On forme ce cône en focalisant le faisceau parallèle avec une lentille convergente: pour une longueur d'onde unique, on utilise généralement un objectif de microscope orienté pour que la lumière sorte du coté de l'objectif habituellement situé vers la préparation. Vu la place nécessaire pour le second faisceau, il sera mieux d'employer une lentille convergente dont la focale sera de quelques centimètres.  L'entrée de la fibre optique sera placée au foyer de la lentille.

Ici, il y a deux longueurs d'onde différentes, on réalise donc deux montages de focalisation identiques dans le principe à ce qui est décrit ci-dessus. Il faut les assembler pour que le foyer de chacun se trouve au même point: l'entrée de la fibre.

On  dispose celui qui fournit l'intensité la plus faible de façon que sa source, la lentille et la fibre soit alignés; de plus le  foyer de ce faisceau doit se situer sur la face d'entrée de la fibre; On vérifie ensuite que ce faisceau ressort à l'extrémité de la fibre.

On réalise le même montage pour l'autre longueur d'onde mais orienté à 90° du premier; on place une lamelle de microscope à 45° sur le faisceau qui sort de la seconde lentille, celui ci est réfléchi aussi à 45°, dont parallèle au premier faisceau. Il reste donc à superposer les deux foyers sur la face d'entrée de la fibre.

C'est faisable si l'on pense à être délicat, à bouger les pièces lentement et avec faible amplitude, beaucoup de patience et en contrôlant le trajet de chaque faisceau avec un papier ou un visualiseur de faisceau infra-rouge.

bon courage

Pierre

[PierrePA28 32]

Bonjour

Après une réponse donnant les grandes lignes, une qui ressemble plus à ce que je ferais si j'étais encore au labo.

J'utiliserai un support en V destiné à tenir la fibre et à la déplacer selon un axe, disons Z. Un objectif de microscope monté sur un déplacement  X et Y, donc dans un plan perpendiculaire à Z, serait aligné avec la fibre. Son foyer serait proche de l'extrémité d'entrée de la fibre.

Les mouvements doivent être assuré par un matériel de qualité, à vis micrométrique: soit vous avez, soit vous empruntez à un labo travaillant avec des lasers, à une faculté de sciences. Je ne tenterais pas la manip sans ce type de matériel.

Le couplage entre les deux faisceaux peut passer par un miroir dichroïque, en effet.

Ensuite, vu que vous ne recherchez pas un rendement maximum et que ce n'est pas pour vendre le dispositif, je n'utiliserais qu'un objectif de microscope, pourvu que les deux longueurs d'onde à injecter dans la fibre ne soient pas trop éloignées l'une de l'autre. Ainsi, l'objectif peut les focaliser simultanément et faire que les deux foyers ne soient pas trop éloignés le long de l'axe Z.. Il y aurait ainsi une position optimale de l'entrée de la fibre entre les deux foyers le long de Z, position que vous pouvez tester avec un détecteur.

Je suggère d'abord de réaliser le couplage avec la longueur d'onde visible, d'optimiser les alignements et positions relatives. Vous pourrez ensuite insérer l'optique d'amenée du faisceau IR: soit un cube réfléchissant, soit un miroir dichroïque. Réglez de nouveau l'optimum de couplage de la lumière visible.

Puis, avant d'envoyer le faisceau IR, remplacez le par un visible en éteignant le premier et testez le couplage. Lorsque tout est réglé pour deux faisceaux visibles, vous pouvez revenir au but: visible + IR et optimiser les deux transferts.

Bon courage, avec le bon matériel.

Pierre

[Scrat 0]

on a plusieurs contraintes tout de même ^^

 

- que ça tienne dans un boîtier (nous ne connaissons pas encore les dimensions maximums du boîtier)

- avoir une puissance lumineuse minimum de 1800 Lux pour la lumière blanche

- une excitation assez importante pour faire entrer en fluorescence un liquide fluorescent

 

à préciser que je suis dans un lycée spécialisé dans l'optique et la photonique donc on a laser de différentes longueurs d'ondes, lentille, cube séparateur, piezo, vis micrométrique etc avec salles noires pour les manipulations.

 

Si j'ai bien compris,, en sortie de la LED on utilise une lentille pour capter un maximum du rayonnement et avoir un faisceau parallèle que l'on fais converger à l'entrer de la fibre, on fait de même pour l'IR et on couple les 2 faisceaux entre la deuxième lentille de chaque LED et l'entrée de la fibre grâce à un miroir dichroïque.

 

( je met une lentille devant les LEDs pour capter un maximum de rayon, les rayons venant d'un point objet feront un faisceaux à l'infini qui convergera grâce à une deuxième lentille au point d'entrée de la fibre)

 

Comment pourrait t'on "attacher" la fibre à un élément extérieur pour guider l'éclairage produit par la fibre ? style endoscope optique ou autre ... .

 

Merci de ta réponse

 

Scrat

[PierrePA28 32]

Bonjour

L'ensemble tiendra toujours dans un boitier, il sera simplement plus ou moins gros et cela se saura une fois que c'est terminé.

Vous voulez exciter une fluorescence, utilisez donc une diode laser emettant cette longueur d'onde ou très proche et couplez la à votre fibre pour guider l'énergie vers le point choisi. Je vous signale qu'il existe toutes faites des diodes lasers avec sortie par fibre ( diodes "pigtail"). En effet, la composante de lumière ayant la bonne longueur d'onde capable d'exciter la fluorescence n'est qu'une faible partie du spectre de la lumière blanche que vous souhaitez créer avec 1800 Lux d'éclairement. Cette valeur de 1800 Lux est justifiée par quoi? Il est difficile d'innover dans ce domaine déjà pas mal exploré. Aussi je suggère une redéfinition afin d'avoir de bonnes chances de réussite, en regardant les idées du message  précédent et les remarques qui suivent.

Puisque vous avez du matériel, il faut que ce soit un faisceau convergent qui entre dans la fibre: vous utilisez donc ce que vous avez en suivant l'idée générale donnée dans mon précédent message.

1800 Lux n'est pas une puissance mais un éclairement, ou un flux d'énergie par unité de surface. Du coup, avec quel type de fibre voulez-vous réaliser son transport: quel est le diamètre du coeur de la fibre, c'est à dire la zone qui guide l'énergie? quelques micromètres, ou de l'ordre du mm? Attention, le diamètre extérieur de la fibre comprend le coeur, la gaine et la couche de protection.

Autre problème: vous voulez transmettre une lumière blanche, or vous allez avoir de la dispersion d'abord au foyer  de l'optique d'entrée dans la fibre et aussi lors de la propagation dans la fibre. Cela veut dire que la condition de guidage pour une longueur d'onde peut ne pas être strictement identique pour une autre: par condition de guidage j'entends la relation entre l'angle d'incidence dans la fibre et son indice qui varie avec la longueur d'onde.

Ensuite, vous parlez de diodes émettrices de lumière, vous n'allez pas former un spot de très petit diamètre avec une simple lentille convergente, donc la quantité de lumière qui va entrer dans la fibre sera une faible proportion de celle concentrée au foyer. C'est pour cela que d'une part on utilise des objectifs de microscope et que d'autre part c'est plutôt un rayonnement monochromatique que l'on fait propager dans une fibre.

Je suggère donc de simplifier en utilisant une diode laser pig tail de bonne longueur d'onde pour la fluorescence. Elle est munie d'une courte longueur de fibre qu'il faut recoupler optiquement avec celle à attacher à votre sorte d'endoscope; c'est ainsi que vous aurez le meilleur transfert de puissance de l'une à l'autre. Puis, l'usage de l'objectif de microscope, contrairement à un e lentille simple, donnera une taille de spot beaucoup plus petite, donc un éclairement plus grand pour une puissance donnée. Le couplage de l'une des fibres à l'autre sera déjà bien.

Aide:  les fournisseurs d'accès internet disposent d'outils de raccord de fibre optique. Regardez et vous verrez que ce n'est pas simple.

Bon courage

Cordialement

Pierre