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偏振光纖
- 產(chǎn)品型號(hào)：
- 更新時(shí)間：2024-04-19
- 產(chǎn)品介紹：Thorlabs的偏振光纖，即Zing™光纖，是一種特殊光纖，在其中能且只能傳播一種偏振態(tài)的光。當(dāng)其它偏振方向的光在其中傳播時(shí)，將會(huì)經(jīng)歷很高的光學(xué)損耗，這樣就不能從光纖中繼續(xù)傳播。為了實(shí)現(xiàn)這種效果，我們的PZ光纖采用蝴蝶結(jié)結(jié)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生較高的雙折射效應(yīng)。這種雙折射效應(yīng)會(huì)使特定偏振方向的光才能在光纖中傳播，而其它偏振方向的光則會(huì)經(jīng)歷很高的損耗。
- 廠(chǎng)商性質(zhì)：代理商
- 在線(xiàn)留言
產(chǎn)品介紹
| 品牌 | Thorlabs | 價(jià)格區(qū)間 | 面議 |
|---|---|---|---|
| 組件類(lèi)別 | 光學(xué)元件 | 應(yīng)用領(lǐng)域 | 電子/電池 |
偏振光纖
偏振光纖特性
~100 nm的帶寬
>30分貝的分光比
設(shè)計(jì)波長(zhǎng)：830 nm、1064 nm或1550 nm
應(yīng)用：
光纖陀螺儀
相干通信
電流傳感器
Thorlabs的偏振(PZ)光纖，即Zing™光纖，是一種特殊光纖，在其中能且只能傳播一種偏振態(tài)的光。當(dāng)其它偏振方向的光在其中傳播時(shí)，將會(huì)經(jīng)歷很高的光學(xué)損耗，這樣就不能從光纖中繼續(xù)傳播。為了實(shí)現(xiàn)這種效果，我們的偏振光纖采用蝴蝶結(jié)結(jié)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生較高的雙折射效應(yīng)。這種雙折射效應(yīng)會(huì)使特定偏振方向的光才能在光纖中傳播，而其它偏振方向的光則會(huì)經(jīng)歷很高的損耗。
這些PZ光纖具有較寬的偏振帶寬(約100納米)、高分光比(大于30分貝)和低衰減。偏振窗口和分光比可以通過(guò)盤(pán)卷PZ光纖進(jìn)行調(diào)節(jié)(被稱(chēng)為光纖排布)。將光纖盤(pán)卷成更小直徑的線(xiàn)圈可以使偏振窗口變窄，并向低波長(zhǎng)方向偏移(請(qǐng)參看曲線(xiàn)標(biāo)簽了解更多信息)。偏振窗口定義為快軸20分貝衰減與慢軸1分貝衰減之間的波長(zhǎng)范圍(請(qǐng)參看右圖)。無(wú)論是出于筆直或盤(pán)卷狀態(tài)，Thorlabs公司的偏振光纖都具有ding級(jí)的性能。
光纖剖面圖
這些PZ光纖的偏振窗口定義為快軸20分貝衰減與慢軸3分貝衰減之間的波長(zhǎng)范圍。每種類(lèi)型光纖的曲線(xiàn)，請(qǐng)查看曲線(xiàn)標(biāo)簽。
PZ光纖是一種全光纖器件，比共軸偏振器具有更多的優(yōu)勢(shì)，如更低插入損耗、更高的消光比和無(wú)復(fù)雜部件組裝或笨重的包裝(請(qǐng)參看PZ教程標(biāo)簽)。這種光纖性?xún)r(jià)比高，具有較高的消光比(ER)和較寬的帶寬，及時(shí)在光纖受到壓力時(shí)也可以在設(shè)計(jì)工作波長(zhǎng)(HB830Z對(duì)應(yīng)830納米，HB1060Z對(duì)應(yīng)1064納米，HB1550Z對(duì)應(yīng)1550納米)上起到偏振作用，其ER和插入損耗是對(duì)溫度穩(wěn)定的，并在使用時(shí)具有長(zhǎng)期可靠性。我們的PZ光纖切割、取放和熔接都與其它光纖相同，并能夠兼容標(biāo)準(zhǔn)PM光纖系統(tǒng)(包括熊貓型和蝴蝶結(jié)型)。該光纖還可以與任意其它需要低壓力環(huán)氧樹(shù)脂膠合和插銷(xiāo)與光軸對(duì)準(zhǔn)的PM光纖一樣進(jìn)行末端處理。
很重要的一點(diǎn)，PZ光纖與保偏(PM)光纖是不同的。當(dāng)入射光的偏振方向與雙折射軸對(duì)齊時(shí)，PM光纖會(huì)保持其線(xiàn)偏振狀態(tài)，PM光纖可以傳播任意偏振方向的光。與PM光纖不同，PZ光纖不存在偏振串?dāng)_的問(wèn)題，這樣一它們就非常適合用于偏振敏感的應(yīng)用。
通過(guò)我們的定制跳線(xiàn)頁(yè)面，這些光纖還可以定制各種接頭。
Item #a | OperatingWavelengthb | CladdingDiameter | CoatingDiameter | MFDd | NAe | CladdingIndexf | CoreIndexf | Cut-Off(Typ.)g | Attenuation | BeatLength | ExtinctionRatiob | 20 dB FastEdgeb,c | 3 dB SlowEdgeb,c |
HB830Z | 830 nm | 80 ± 1 µm | 170 ± 10 µm | 4.1 - 7.7 µm@ 830 nm | 0.14 | 830 nm:1.45954 | 830 nm:1.45282 | 400 - 600 nm | ≤0.02 dB/m@ 830 nm | ≤1.04 mm@ 830 nm | ≥30 dB | ≤790 nm | ≥860 nm |
HB1060Z | 1064 nm | 125 ± 1 µm | 245 ± 15 µm | 6 - 8 µm@ 1064 nm | 0.14 | 1064 nm:1.45635 | 1064 nm:1.44963 | < 1000 nm | ≤0.02 dB/m@ 1060 nm | ≤0.8 mm@ 633 nm | ≥30 dB | ≤1015 nm | ≥1105 nm |
HB1550Z | 1550 nm | 125 ± 1 µm | 245 ± 15 µm | 10.0 - 12.5 µm@ 1550 nm | 0.09 - 0.11 | 1550 nm:1.64263g | 1550 nm:1.63985g | 1150 nm | ≤0.02 dB/m@ 1550 nm | ≤2.5 mm@ 1550 nm | ≥30 dB | ≤1500 nm | ≥1600 nm |
完整的規(guī)格列表請(qǐng)看規(guī)格標(biāo)簽。
在光纖排布為光纖長(zhǎng)5米、盤(pán)卷直徑為89毫米(?3.5英寸)時(shí)典型的偏振性能。
關(guān)于定義請(qǐng)看右上方的圖。
模場(chǎng)直徑(MFD)是一個(gè)標(biāo)稱(chēng)值。它是近場(chǎng)1/e2 功率處的直徑。更多信息，請(qǐng)查閱上面的模場(chǎng)直徑定義標(biāo)簽。
數(shù)值孔徑(NA)是標(biāo)稱(chēng)值。
該值為標(biāo)稱(chēng)值，處于標(biāo)稱(chēng)工作波長(zhǎng)下。
典型值，實(shí)際截止數(shù)值取決于光纖排布。
該值是在數(shù)值孔徑為0.09時(shí)
規(guī)格
Fiber | HB830Z | HB1060Z | HB1550Z |
Operating Wavelengtha | 830 nm | 1064 nm | 1550 nm |
Cladding Diameter | 80 ± 1 µm | 125 ± 1 µm | 125 ± 1 µm |
Coating Diameter | 170 ± 10 µm | 245 ± 15 µm | 245 ± 15 µm |
Mode Field Diameterc | 4.1 - 7.7 µm @ 830 nm | 6 - 8 µm @ 1064 nm | 10.0 - 12.5 µm @ 1550 nm |
Numerical Apertured | 0.14 | 0.14 | 0.9 - 0.11 |
Core Indexe | 830 nm: 1.45954 | 1064 nm: 1.45635 | 1550 nm: 1.64263f |
Cladding Indexe | 830 nm: 1.45282 | 1064 nm: 1.44963 | 1550 nm: 1.63985f |
Cut-Off Wavelength (Typical)g | 400 - 600 nm | < 1000 nm | >1150 nm |
Attenuation | ≤0.02 dB/m @ 830 nm | ≤0.02 dB/m @ 1060 nm | ≤0.02 dB/m @ 1550 nm |
Beat Length | ≤1.04 mm @ 830 nm | ≤0.8 mm @ 633 nm | ≤2.5 mm @ 1550 nm |
Extinction Ratioa | ≥30 dB | ||
20 dB Fast Edgea,b | ≤790 nm | ≤1015 nm | ≤1500 nm |
3 dB Slow Edgea,b | ≥860 nm | ≥1105 nm | ≥1600 nm |
Core-Cladding Concentricity | ≤1 µm | ||
Coating-Cladding Offset | ≤10 µm | ||
Coating Material | Dual Acrylate | ||
Operating Temperature | -40 to 85 °C | ||
Proof Test Level (1.4 GN/m2) | 100 kpsi | ||
a. 在光纖排布為光纖長(zhǎng)5米、盤(pán)卷直徑為89毫米(?3.5英寸)時(shí)典型的偏振性能
b. 請(qǐng)參看頁(yè)面ding部右方的圖片了解定義
c. 模場(chǎng)直徑(MFD)是一個(gè)標(biāo)稱(chēng)值。它是近場(chǎng)1/e2 功率處的直徑。更多信息，請(qǐng)查閱上面的模場(chǎng)直徑定義標(biāo)簽
d. 數(shù)值孔徑(NA)是標(biāo)稱(chēng)值
e. 提供的折射率是標(biāo)稱(chēng)工作波長(zhǎng)下的標(biāo)稱(chēng)值
f. 提供的折射率適用于0.09的數(shù)值孔徑。
g. 典型值，實(shí)際截止數(shù)值取決于光纖排布
這些PZ光纖的偏振窗口定義為快軸20分貝衰減與慢軸1分貝衰減之間的波長(zhǎng)范圍。如需了解每種光纖類(lèi)型的曲線(xiàn)圖，請(qǐng)看曲線(xiàn)標(biāo)簽。
曲線(xiàn)
HB830Z
標(biāo)準(zhǔn)排布是指PZ光纖的標(biāo)稱(chēng)應(yīng)用
HB1060Z
隨機(jī)排布是指PZ光纖的隨機(jī)盤(pán)卷
HB1550Z
This data was obtained with a 5 m sample of HB1550Z coiled to a diameter of 60 mm.
PZ光纖概述
偏振(PZ)光纖(也就是Zing™光纖)是只允許一個(gè)偏振方向光通過(guò)的特定光學(xué)光纖。這種單偏振傳輸模式相比單模(SM)光纖和保偏(PM)光纖有很多優(yōu)勢(shì)。雖然保偏光纖保持與雙折射軸對(duì)準(zhǔn)的偏振方向不變，但它可以讓任何偏振方向的光透過(guò)，因此會(huì)產(chǎn)生偏振串?dāng)_。SM光纖可通過(guò)壓力產(chǎn)生雙折射(查看手動(dòng)光纖偏振控制)，使光纖的作用更接近波片。雖然偏振軸可控，但SM光纖不使光發(fā)生偏振。
相比之下，PZ光纖只傳導(dǎo)一個(gè)偏振方向，其他方向的偏振光都不能通過(guò)。因此，PZ光纖將通過(guò)的光發(fā)生偏振，對(duì)不能通過(guò)的光產(chǎn)生極大的抑制。盡管共軸偏振器對(duì)不必要的偏振方向可以產(chǎn)生2030dB的抑制，但PZ光纖可在設(shè)計(jì)波長(zhǎng)范圍實(shí)現(xiàn)大于30dB的抑制。此外，用戶(hù)對(duì)光纖施加壓力，手動(dòng)調(diào)節(jié)偏振窗口可實(shí)現(xiàn)超過(guò)35dB的抑制。因?yàn)閴毫梢詻Q定PZ光纖的運(yùn)作，因此"部署"成為光纖的重要性能。部署是指光纖如何擺放，是拉直，卷曲或是任意堆放。
應(yīng)用PZ光纖
重要的是注意部署是光纖的重要性能。我們的PZ光纖有很大的偏振窗口，偏振窗口的寬度和中心波長(zhǎng)取決于光纖是如何擺放的。PZ光纖標(biāo)稱(chēng)的使用波長(zhǎng)是1060納米左右，任何擺放部署都可偏振。然而，對(duì)于其他應(yīng)用，用戶(hù)應(yīng)確保部署對(duì)偏振窗口的偏移可與光源波長(zhǎng)重疊。這個(gè)方法適用于例如激光的窄線(xiàn)寬波長(zhǎng)的光源。對(duì)于寬帶光源，PZ光纖需要適當(dāng)?shù)谋P(pán)繞，使偏振窗口的寬度和中心波長(zhǎng)與光源重疊。
在PZ光纖輸入端加消偏器是有益的，它可以確保入射光均勻偏振，避免各種偏振器引起的功率變化。消偏器可用兩段SM光纖45度疊接實(shí)現(xiàn)(長(zhǎng)度取決于光源)。對(duì)于這樣的系統(tǒng)，PZ光纖以45度角典型耦合消偏器的輸出，達(dá)到好的消偏效果(注意：如果用跳線(xiàn)，消偏光纖與PZ光纖接觸處，一個(gè)終端應(yīng)相對(duì)另一個(gè)旋轉(zhuǎn)45度)。當(dāng)PZ光纖的輸入光消偏后，入射到PZ光纖長(zhǎng)軸和短軸的光相等，產(chǎn)生*的3dB的抑制和穩(wěn)定的輸出功率。下圖為用我們保偏光纖和非偏振光源搭建的示例系統(tǒng)。圖下面的表格列出了系統(tǒng)中的元件。
將PZ光纖卷到更小的直徑會(huì)產(chǎn)生窄偏振窗口和中心波長(zhǎng)的藍(lán)移。盡管會(huì)產(chǎn)生更高的損失，卷曲PZ光纖會(huì)得到更好的偏振消光比。如果損失太高，意味著光纖卷曲的太緊；相反的，如果偏振消光比太低，說(shuō)明卷曲的不夠緊。例如，HB1060Z PZ光纖欲達(dá)到35dB的消光比，需將2米長(zhǎng)的光纖卷曲成5厘米的圓環(huán)。上圖顯示了其是如何應(yīng)用的。非偏振光入射到卷曲達(dá)到預(yù)期效果的PZ光纖。再將PZ光纖疊接到我們的保偏光纖，隨后導(dǎo)出系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的性能，建議使用3-5米的HB1060Z光纖，或4-10米的HB830Z和HB1550Z光纖。無(wú)論如何，由于PZ光纖高雙折射率的特定，偏振窗口很寬，可以讓用戶(hù)有多種封裝和部署選擇。
Fiber | A | B | C | D |
HB830Z | 830 nm LaserSource | SM800 | Coiled HB830Z Fiber | Aligned |
HB1060Z | 1060 nm LaserSource | SM980 | Coiled HB1060Z Fiber | Aligned |
HB1550Z | 1550 nm LaserSource | SMF-28-J9, | Coiled HB1550Z Fiber | Aligned |
模場(chǎng)直徑的定義
模場(chǎng)直徑(MFD)是表征單模光纖中光傳輸時(shí)光束寬度的參數(shù)，與波長(zhǎng)、纖芯半徑，以及纖芯和包層折射率有關(guān)。雖然大部分光被束縛在光纖纖芯中，但有一小部分在包層中傳播。對(duì)高斯型功率分布，MFD是光功率衰減到峰值的1/e2處對(duì)應(yīng)的直徑。
MFD的測(cè)量對(duì)于測(cè)量MFD，這里有多種方法，每個(gè)場(chǎng)的MFD值都稍有不同。在這里我們闡述一種方法來(lái)說(shuō)明需要注意的事項(xiàng)。MFD的測(cè)量是通過(guò)遠(yuǎn)場(chǎng)可變孔徑法（VAMFF）實(shí)現(xiàn)的。在光纖輸出的遠(yuǎn)場(chǎng)放置一個(gè)孔徑，并測(cè)量光強(qiáng)。光路中的光圈逐漸減小，并測(cè)量每種孔徑下的強(qiáng)度水平；數(shù)據(jù)可以做功率相對(duì)孔徑半角的正弦值（或數(shù)值孔徑）的曲線(xiàn)
然后由彼得曼第二定義確定MFD，這是一個(gè)不假定功率分布的特定形狀的數(shù)學(xué)模型。近場(chǎng)MFD可以使用漢克爾變換通過(guò)該遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量確定。
上圖展示了光束在光纖中傳播的強(qiáng)度分布?？坑业膱D片表示光束在光纖中傳播的MFD和芯徑的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度分布。
損傷閥值
激光誘導(dǎo)的光纖損傷
以下教程詳述了無(wú)終端(裸露的)、有終端光纖以及其他基于激光光源的光纖元件的損傷機(jī)制，包括空氣-玻璃界面(自由空間耦合或使用接頭時(shí))的損傷機(jī)制和光纖玻璃內(nèi)的損傷機(jī)制。諸如裸纖、光纖跳線(xiàn)或熔接耦合器等光纖元件可能受到多種潛在的損傷(比如，接頭、光纖端面和裝置本身)。光纖適用的大功率始終受到這些損傷機(jī)制的小值的限制。
雖然可以使用比例關(guān)系和一般規(guī)則估算損傷閾值，但是，光纖的損傷閾值在很大程度上取決于應(yīng)用和特定用戶(hù)。用戶(hù)可以以此教程為指南，估算大程度降低損傷風(fēng)險(xiǎn)的安全功率水平。如果遵守了所有恰當(dāng)?shù)闹苽浜瓦m用性指導(dǎo)，用戶(hù)應(yīng)該能夠在的大功率水平以下操作光纖元件；如果有元件并未大功率，用戶(hù)應(yīng)該遵守下面描述的"實(shí)際安全水平"該，以安全操作相關(guān)元件?？赡芙档凸β蔬m用能力并給光纖元件造成損傷的因素包括，但不限于，光纖耦合時(shí)未對(duì)準(zhǔn)、光纖端面受到污染或光纖本身有瑕疵。關(guān)于特定應(yīng)用中光纖功率適用能力的深入討論，請(qǐng)聯(lián)系技術(shù)支持techsupport-cn@thorlabs.com。
Quick Links |
Damage at the Air / Glass Interface |
Intrinsic Damage Threshold |
Preparation and Handling of Optical Fibers |
空氣-玻璃界面的損傷
空氣/玻璃界面有幾種潛在的損傷機(jī)制。自由空間耦合或使用光學(xué)接頭匹配兩根光纖時(shí)，光會(huì)入射到這個(gè)界面。如果光的強(qiáng)度很高，就會(huì)降低功率的適用性，并給光纖造成yong久性損傷。而對(duì)于使用環(huán)氧樹(shù)脂將接頭與光纖固定的終端光纖而言，高強(qiáng)度的光產(chǎn)生的熱量會(huì)使環(huán)氧樹(shù)脂熔化，進(jìn)而在光路中的光纖表面留下殘留物。
損傷的光纖端面
未損傷的光纖端面
裸纖端面的損傷機(jī)制
光纖端面的損傷機(jī)制可以建模為大光學(xué)元件，紫外熔融石英基底的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)損傷閾值適用于基于石英的光纖(參考右表)。但是與大光學(xué)元件不同，與光纖空氣/璃界面相關(guān)的表面積和光束直徑都非常小，耦合單模(SM)光纖時(shí)尤其如此，因此，對(duì)于給定的功率密度，入射到光束直徑較小的光纖的功率需要比較低。
右表列出了兩種光功率密度閾值：一種理論損傷閾值，一種"實(shí)際安全水平"。一般而言，理論損傷閾值代表在光纖端面和耦合條件非常好的情況下，可以入射到光纖端面且沒(méi)有損傷風(fēng)險(xiǎn)的大功率密度估算值。而"實(shí)際安全水平"功率密度代表光纖損傷的低風(fēng)險(xiǎn)。超過(guò)實(shí)際安全水平操作光纖或元件也是有可以的，但用戶(hù)必須遵守恰當(dāng)?shù)倪m用性說(shuō)明，并在使用前在低功率下驗(yàn)證性能。
計(jì)算單模光纖和多模光纖的有效面積
單模光纖的有效面積是通過(guò)模場(chǎng)直徑(MFD)定義的，它是光通過(guò)光纖的橫截面積，包括纖芯以及部分包層。耦合到單模光纖時(shí)，入射光束的直徑必須匹配光纖的MFD，才能達(dá)到良好的耦合效率。
例如，SM400單模光纖在400 nm下工作的模場(chǎng)直徑(MFD)大約是?3 µm，而SMF-28 Ultra單模光纖在1550 nm下工作的MFD為?10.5 µm。則兩種光纖的有效面積可以根據(jù)下面來(lái)計(jì)算：
SM400 Fiber: Area= Pi x (MFD/2)2 = Pi x (1.5µm)2 = 7.07 µm2= 7.07 x 10-8cm2
SMF-28 Ultra Fiber: Area = Pi x (MFD/2)2 = Pi x (5.25 µm)2= 86.6 µm2= 8.66 x 10-7cm2
為了估算光纖端面適用的功率水平，將功率密度乘以有效面積。請(qǐng)注意，該計(jì)算假設(shè)的是光束具有均勻的強(qiáng)度分布，但其實(shí)，單模光纖中的大多數(shù)激光束都是高斯形狀，使得光束中心的密度比邊緣處更高，因此，這些計(jì)算值將略高于損傷閾值或?qū)嶋H安全水平對(duì)應(yīng)的功率。假設(shè)使用連續(xù)光源，通過(guò)估算的功率密度，就可以確定對(duì)應(yīng)的功率水平：
SM400 Fiber: 7.07 x 10-8cm2x 1MW/cm2= 7.1 x10-8MW =71 mW (理論損傷閾值)
7.07 x 10-8cm2x 250 kW/cm2= 1.8 x10-5kW = 18 mW (實(shí)際安全水平)
SMF-28 Ultra Fiber: 8.66 x 10-7cm2x 1MW/cm2= 8.7 x10-7MW =870mW (理論損傷閾值)
8.66 x 10-7cm2x 250 kW/cm2= 2.1 x10-4kW =210 mW (實(shí)際安全水平)
多模(MM)光纖的有效面積由纖芯直徑確定，一般要遠(yuǎn)大于SM光纖的MFD值。如要獲得佳耦合效果，Thorlabs建議光束的光斑大小聚焦到纖芯直徑的70 - 80%。由于多模光纖的有效面積較大，降低了光纖端面的功率密度，因此，較高的光功率(一般上千瓦的數(shù)量級(jí))可以無(wú)損傷地耦合到多模光纖中。
Estimated Optical Power Densities on Air / Glass Interfacea | ||
Type | Theoretical Damage Thresholdb | Practical Safe Levelc |
CW(Average Power) | ~1 MW/cm2 | ~250 kW/cm2 |
10 ns Pulsed(Peak Power) | ~5 GW/cm2 | ~1 GW/cm2 |
所有值針對(duì)無(wú)終端(裸露)的石英光纖，適用于自由空間耦合到潔凈的光纖端面。
這是可以入射到光纖端面且沒(méi)有損傷風(fēng)險(xiǎn)的大功率密度估算值。用戶(hù)在高功率下工作前，必須驗(yàn)證系統(tǒng)中光纖元件的性能與可靠性，因其與系統(tǒng)有著緊密的關(guān)系。
這是在大多數(shù)工作條件下，入射到光纖端面且不會(huì)損傷光纖的安全功率密度估算值。
插芯/接頭終端相關(guān)的損傷機(jī)制
有終端接頭的光纖要考慮更多的功率適用條件。光纖一般通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘合到陶瓷或不銹鋼插芯中。光通過(guò)接頭耦合到光纖時(shí)，沒(méi)有進(jìn)入纖芯并在光纖中傳播的光會(huì)散射到光纖的外層，再進(jìn)入插芯中，而環(huán)氧樹(shù)脂用來(lái)將光纖固定在插芯中。如果光足夠強(qiáng)，就可以熔化環(huán)氧樹(shù)脂，使其氣化，并在接頭表面留下殘?jiān)＿@樣，光纖端面就出現(xiàn)了局部吸收點(diǎn)，造成耦合效率降低，散射增加，進(jìn)而出現(xiàn)損傷。
與環(huán)氧樹(shù)脂相關(guān)的損傷取決于波長(zhǎng)，出于以下幾個(gè)原因。一般而言，短波長(zhǎng)的光比長(zhǎng)波長(zhǎng)的光散射更強(qiáng)。由于短波長(zhǎng)單模光纖的MFD較小，且產(chǎn)生更多的散射光，則耦合時(shí)的偏移也更大。
為了大程度地減小熔化環(huán)氧樹(shù)脂的風(fēng)險(xiǎn)，可以在光纖端面附近的光纖與插芯之間構(gòu)建無(wú)環(huán)氧樹(shù)脂的氣隙光纖接頭。我們的高功率多模光纖跳線(xiàn)就使用了這種設(shè)計(jì)特點(diǎn)的接頭。
曲線(xiàn)圖展現(xiàn)了帶終端的單模石英光纖的大概功率適用水平。每條線(xiàn)展示了考慮具體損傷機(jī)制估算的功率水平。大功率適用性受到所有相關(guān)損傷機(jī)制的低功率水平限制(由實(shí)線(xiàn)表示)。
確定具有多種損傷機(jī)制的功率適用性
光纖跳線(xiàn)或組件可能受到多種途徑的損傷(比如，光纖跳線(xiàn))，而光纖適用的大功率始終受到與該光纖組件相關(guān)的低損傷閾值的限制。
例如，右邊曲線(xiàn)圖展現(xiàn)了由于光纖端面損傷和光學(xué)接頭造成的損傷而導(dǎo)致單模光纖跳線(xiàn)功率適用性受到限制的估算值。有終端的光纖在給定波長(zhǎng)下適用的總功率受到在任一給定波長(zhǎng)下，兩種限制之中的較小值限制(由實(shí)線(xiàn)表示)。在488 nm左右工作的單模光纖主要受到光纖端面損傷的限制(藍(lán)色實(shí)線(xiàn))，而在1550
nm下工作的光纖受到接頭造成的損傷的限制(紅色實(shí)線(xiàn))。
對(duì)于多模光纖，有效模場(chǎng)由纖芯直徑確定，一般要遠(yuǎn)大于SM光纖的有效模場(chǎng)。因此，其光纖端面上的功率密度更低，較高的光功率(一般上千瓦的數(shù)量級(jí))可以無(wú)損傷地耦合到光纖中(圖中未顯示)。而插芯/接頭終端的損傷限制保持不變，這樣，多模光纖的大適用功率就會(huì)受到插芯和接頭終端的限制。
請(qǐng)注意，曲線(xiàn)上的值只是在合理的操作和對(duì)準(zhǔn)步驟幾乎不可能造成損傷的情況下粗略估算的功率水平值。值得注意的是，光纖經(jīng)常在超過(guò)上述功率水平的條件下使用。不過(guò)，這樣的應(yīng)用一般需要專(zhuān)業(yè)用戶(hù)，并在使用之前以較低的功率進(jìn)行測(cè)試，盡量降低損傷風(fēng)險(xiǎn)。但即使如此，如果在較高的功率水平下使用，則這些光纖元件應(yīng)該被看作實(shí)驗(yàn)室消耗品。
光纖內(nèi)的損傷閾值
除了空氣玻璃界面的損傷機(jī)制外，光纖本身的損傷機(jī)制也會(huì)限制光纖使用的功率水平。這些限制會(huì)影響所有的光纖組件，因?yàn)樗鼈兇嬖谟诠饫w本身。光纖內(nèi)的兩種損傷包括彎曲損耗和光暗化損傷。
彎曲損耗
光在纖芯內(nèi)傳播入射到纖芯包層界面的角度大于臨界角會(huì)使其無(wú)法全反射，光在某個(gè)區(qū)域就會(huì)射出光纖，這時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生彎曲損耗。射出光纖的光一般功率密度較高，會(huì)燒壞光纖涂覆層和周?chē)乃商坠堋?/span>
有一種叫做雙包層的特種光纖，允許光纖包層(第二層)也和纖芯一樣用作波導(dǎo)，從而降低彎折損傷的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)使包層/涂覆層界面的臨界角高于纖芯/包層界面的臨界角，射出纖芯的光就會(huì)被限制在包層內(nèi)。這些光會(huì)在幾厘米或者幾米的距離而不是光纖內(nèi)的某個(gè)局部點(diǎn)漏出，從而大限度地降低損傷。Thorlabs生產(chǎn)并銷(xiāo)售0.22 NA雙包層多模光纖，它們能將適用功率提升百萬(wàn)瓦的范圍。
光暗化
光纖內(nèi)的第二種損傷機(jī)制稱(chēng)為光暗化或負(fù)感現(xiàn)象，一般發(fā)生在紫外或短波長(zhǎng)可見(jiàn)光，尤其是摻鍺纖芯的光纖。在這些波長(zhǎng)下工作的光纖隨著曝光時(shí)間增加，衰減也會(huì)增加。引起光暗化的原因大部分未可知，但可以采取一些列措施來(lái)緩解。例如，研究發(fā)現(xiàn)，羥基離子(OH)含量非常低的光纖可以抵抗光暗化，其它摻雜物比如氟，也能減少光暗化。
即使采取了上述措施，所有光纖在用于紫外光或短波長(zhǎng)光時(shí)還是會(huì)有光暗化產(chǎn)生，因此用于這些波長(zhǎng)下的光纖應(yīng)該被看成消耗品。
制備和處理光纖
通用清潔和操作指南
建議將這些通用清潔和操作指南用于所有的光纖產(chǎn)品。而對(duì)于具體的產(chǎn)品，用戶(hù)還是應(yīng)該根據(jù)輔助文獻(xiàn)或手冊(cè)中給出的具體指南操作。只有遵守了所有恰當(dāng)?shù)那鍧嵑筒僮鞑襟E，損傷閾值的計(jì)算才會(huì)適用。
安裝或集成光纖(有終端的光纖或裸纖)前應(yīng)該關(guān)掉所有光源，以避免聚焦的光束入射在接頭或光纖的脆弱部分而造成損傷。
光纖適用的功率直接與光纖/接頭端面的質(zhì)量相關(guān)。將光纖連接到光學(xué)系統(tǒng)前，一定要檢查光纖的末端。端面應(yīng)該是干凈的，沒(méi)有污垢和其它可能導(dǎo)致耦合光散射的污染物。另外，如果是裸纖，使用前應(yīng)該剪切，用戶(hù)應(yīng)該檢查光纖末端，確保切面質(zhì)量良好。
如果將光纖熔接到光學(xué)系統(tǒng)，用戶(hù)先應(yīng)該在低功率下驗(yàn)證熔接的質(zhì)量良好，然后在高功率下使用。熔接質(zhì)量差，會(huì)增加光在熔接界面的散射，從而成為光纖損傷的來(lái)源。
對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)和優(yōu)化耦合時(shí)，用戶(hù)應(yīng)該使用低功率；這樣可以大程度地減少光纖其他部分(非纖芯)的曝光。如果高功率光束聚焦在包層、涂覆層或接頭，有可能產(chǎn)生散射光造成的損傷。
高功率下使用光纖的注意事項(xiàng)
一般而言，光纖和光纖元件應(yīng)該要在安全功率水平限制之內(nèi)工作，但在理想的條件下(佳的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)和非常干凈的光纖端面)，光纖元件適用的功率可能會(huì)增大。用戶(hù)先必須在他們的系統(tǒng)內(nèi)驗(yàn)證光纖的性能和穩(wěn)定性，然后再提高輸入或輸出功率，遵守所有所需的安全和操作指導(dǎo)。以下事項(xiàng)是一些有用的建議，有助于考慮在光纖或組件中增大光學(xué)功率。
要防止光纖損傷光耦合進(jìn)光纖的對(duì)準(zhǔn)步驟也是重要的。在對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中，在取得佳耦合前，光很容易就聚焦到光纖某部位而不是纖芯。如果高功率光束聚焦在包層或光纖其它部位時(shí)，會(huì)發(fā)生散射引起損傷
使用光纖熔接機(jī)將光纖組件熔接到系統(tǒng)中，可以增大適用的功率，因?yàn)樗梢源蟪潭鹊販p少空氣/光纖界面損傷的可能性。用戶(hù)應(yīng)該遵守所有恰當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)來(lái)制備，并進(jìn)行高質(zhì)量的光纖熔接。熔接質(zhì)量差可能導(dǎo)致散射，或在熔接界面局部形成高熱區(qū)域，從而損傷光纖。
連接光纖或組件之后，應(yīng)該在低功率下使用光源測(cè)試并對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)。然后將系統(tǒng)功率緩慢增加到所希望的輸出功率，同時(shí)周期性地驗(yàn)證所有組件對(duì)準(zhǔn)良好，耦合效率相對(duì)光學(xué)耦合功率沒(méi)有變化。
由于劇烈彎曲光纖造成的彎曲損耗可能使光從受到應(yīng)力的區(qū)域漏出。在高功率下工作時(shí)，大量的光從很小的區(qū)域(受到應(yīng)力的區(qū)域)逃出，從而在局部形成產(chǎn)生高熱量，進(jìn)而損傷光纖。請(qǐng)?jiān)诓僮鬟^(guò)程中不要破壞或突然彎曲光纖，以盡可能地減少?gòu)澢鷵p耗。
用戶(hù)應(yīng)該針對(duì)給定的應(yīng)用選擇合適的光纖。例如，大模場(chǎng)光纖可以良好地代替標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖在高功率應(yīng)用中使用，因?yàn)榍罢呖梢蕴峁└训墓馐|(zhì)量，更大的MFD，且可以降低空氣/光纖界面的功率密度。
階躍折射率石英單模光纖一般不用于紫外光或高峰值功率脈沖應(yīng)用，因?yàn)檫@些應(yīng)用與高空間功率密度相關(guān)。
產(chǎn)品型號(hào) | 公英制通用 |
HB830Z | 偏振光纖，830納米 |
HB1060Z | 偏振光纖，1064納米 |
HB1550Z | 偏振光纖，1550納米 |
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