Acta Photonica Sinica, Volume. 52, Issue 5, 0552216(2023)
Analysis of Collimation Errors in Off-axis Parabolic Reflective Fiber Collimators
Figures & Tables(19)
Fig. 1. The ideal（dotted line）and realistic（solid line）transmission peak of an FP Etalon
Fig. 2. Spectral images taken by the 2.16-HRS spectrograph of the same FP etalon under different illumination
Fig. 3. Illustration of the off-axis parabolic reflective collimator
Fig. 6. Angular energy distribution of the output beam without any fiber positioning error（OAP collimators with 16.5 mm PFL）
Fig. 7. Angular energy distribution of the output beam without any fiber positioning error（OAP collimators with the same off-axis angle and different PFL，or different off-axis angle and the same RFL）
Fig. 8. Influence of ±10 mrad rotation fiber positioning error around the yf-axis（pitch）on the angular energy distribution of the output beam（OAP collimator with 90o off-axis angle，16.5 mm PFL）
Fig. 9. Influence of ±10 mrad rotation fiber positioning error around the xf-axis（roll）on the angular energy distribution of the output beam（OAP collimator with 90o off-axis angle，16.5 mm PFL）
Fig. 10. Influence of ±10 μm shift fiber positioning error along the xf-axis（Δx）on the angular energy distribution of the output beam（OAP collimator with 90o off-axis angle，16.5 mm PFL）
Fig. 11. Influence of ±10 μm shift fiber positioning error along the yf-axis（Δy）on the angular energy distribution of the output beam（OAP collimator with 90o off-axis angle，16.5 mm PFL）
Fig. 12. Influence of ±10 μm shift fiber positioning error along the zf-axis（Δz）on the angular energy distribution of the output beam（OAP collimator with 90o off-axis angle，16.5 mm PFL）
Fig. 13. Influence of rotation + Δx shift fiber positioning errors on the angular distribution of the output beam（OAP collimator with 90o off-axis angle，16.5 mm PFL）
Fig. 14. Influence of rotation + Δy shift fiber positioning errors on the angular distribution of the output beam（OAP collimator with 90o off-axis angle，16.5 mm PFL）
Fig. 15. Influence of rotation + Δz shift fiber positioning errors on the angular distribution of the output beam（OAP collimator with 90o off-axis angle，16.5 mm PFL）
Table 1. Fiber output parameters used in the simulation
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Fiber type Near-field distribution（F/4 input） Far-field distribution（F/4 input） MMF（200 μm core diameter，NA~0.22） Measured Measured MMF（100 μm core diameter，NA~0.22） Measured Measured SMF（4.2 μm mode diameter，NA~0.12） Measured Measured
Table 2. Off-axis parabolic mirror parameters used in the simulation
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Off-axis angle θ/（°） Parental focal length fP/mm Reflective focal length fR/mm 90 16.5 33.000 45 16.5 19.330 15 16.5 16.786 90 25.4 50.800 45 43.4 50.846 90 7.5 15.000
Table 3. Fiber positioning error parameters used in the simulation
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Rotation error（yaw/zf -axis，pitch/yf -axis，roll/xf -axis） Shift error（Δx，Δy，Δz） （0，0，0） （0，0，0） （0，0~±10 mrad，0） （0~±10 μm，0，0） （0，0，0~ ±10 mrad） （0，0~±10 μm，0） — （0，0，0~±10 μm）
Table 4. Angular energy distribution variation under different combinations of fiber positioning errors for OAP collimators with the same RFL，different off-axis angle and PFL
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Fiber type Fiber positioning errors（in mrad or μm） OAP Distribution Barycenter Off-axis angle/o PFL/mm（RFL/mm） Mean/mrad Standard deviation/mrad x/mrad z/mrad 200 μm MMF rot（0，0，0）
sh（0，0，0）
90 25.4（50.8） 1.299 4.675×10-1 ~0 1.890×10-3 45 43.4（50.8） 1.295 4.596×10-1 ~0 9.182×10-4 rot（0，0，10）
sh（-10，0，0）
90 25.4（50.8） 1.322
（+2.300×10-2）
4.857×10-1
（+1.820×10-2）
1.487×10-1
（+1.487×10-1）
1.943×10-3
（+5.3×10-5）
45 43.4（50.8） 1.310
（+1.500×10-2）
4.751×10-1
（+1.55×10-2）
1.823×10-1
（+1.823×10-1）
9.281×10-4
（+9.9×10-6）
rot（0，0，-10）
sh（0，0，0）
90 25.4（50.8） 1.286
（-1.300×10-2）
4.630×10-1
（-4.5×10-3）
~0（-0） 1.866×10-3
（-2.4×10-5）
45 43.4（50.8） 1.290
（-5.000×10-3）
4.577×10-1
（-1.9×10-3）
~0（+0） 9.227×10-4
（+4.5×10-6）
rot（0，10，0）
sh（0，0，10）
90 25.4（50.8） 1.299（+0） 4.676×10-1
（+1×10-4）
1.466×10-3
（+1.466×10-3）
3.087×10-4
（-1.581×10-3）
45 43.4（50.8） 1.295（+0） 4.597×10-1
（+1×10-4）
1.813×10-3
（+1.813×10-3）
1.457×10-4
（-7.725×10-4）
rot（0，10，0）
sh（0，0，-10）
90 25.4（50.8） 1.299（+0） 4.676×10-1
（+1.000×10-4）
-1.428×10-3
（-1.428×10-3）
3.472×10-3
（+1.582×10-3）
45 43.4（50.8） 1.295（+0） 4.597×10-1
（+1.000×10-4）
-1.787×10-3
（-1.787×10-3）
1.691×10-3
（+7.728×10-4）
SMF rot（0，0，0）
sh（0，0，0）
90 25.4（50.8） 2.067×10-2 8.878×10-3 ~0 5.040×10-7 45 43.4（50.8） 2.064×10-2 8.807×10-3 ~0 2.453×10-7 rot（0，0，10）
sh（-10，0，0）
90 25.4（50.8） 1.992×10-1
（+1.785×10-1）
1.864×10-2
（+9.762×10-3）
1.490×10-1
（+1.490×10-1）
2.976×10-5
（+2.926×10-5）
45 43.4（50.8） 1.977×10-1
（+1.771×10-1）
1.638×10-2
（+7.573×10-3）
1.827×10-1
（+1.827×10-1）
1.490×10-5
（+1.465×10-5）
rot（0，0，-10）
sh（0，0，0）
90 25.4（50.8） 2.047×10-2
（-2.000×10-4）
8.791×10-3
（-8.700×10-5）
~0（+0） 4.977×10-7
（-6.300×10-9）
45 43.4（50.8） 2.055×10-2
（-9.000×10-5）
8.771×10-3
（-3.6×10-5）
~0（+0） 2.465×10-7
（+1.200×10-9）
rot（0，10，0）
sh（0，0，10）
90 25.4（50.8） 2.367×10-2
（+3.000×10-3）
1.140×10-2
（+2.522×10-3）
1.456×10-3
（+1.456×10-3）
-9.240×10-4
（-9.245×10-4）
45 43.4（50.8） 2.362×10-2
（+2.980×10-3）
1.130×10-2
（+2.493×10-3）
1.809×10-3
（+1.809×10-3）
-4.515×10-4
（-4.517×10-4）
rot（0，10，0）
sh（0，0，-10）
90 25.4（50.8） 2.367×10-2
（+3.000×10-3）
1.140×10-2
（+2.522×10-3）
-1.456×10-3
（-1.456×10-3）
9.254×10-4
（+9.249×10-4）
45 43.4（50.8） 2.362×10-2
（+2.980×10-3）
1.130×10-2
（+2.493×10-3）
-1.809×10-3
（-1.809×10-3）
4.522×10-4
（+4.520×10-4）
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Liang TANG, Huiqi YE, Zhibo HAO, Dong XIAO. Analysis of Collimation Errors in Off-axis Parabolic Reflective Fiber Collimators[J]. Acta Photonica Sinica, 2023, 52(5): 0552216
Paper Information
Category: Special Issue for Advanced Science and Technology of Astronomical Optics
Received: Dec. 27, 2022
Accepted: Feb. 2, 2023
Published Online: Jul. 19, 2023
The Author Email: TANG Liang (ltang@niaot.ac.cn)
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