Thorlabs光敏單模光纖

Thorlabs光敏單模光纖

Thorlabs提供多種對(duì)紫外輻射高度敏感的光敏單模光纖,。這些光纖和傳輸光纖的熔接損耗低，適合各種應(yīng)用,，比如,，將光纖布拉格光柵寫(xiě)入用于通信系統(tǒng)的光纖上。關(guān)于每種產(chǎn)品的規(guī)格請(qǐng)參看下表,。剝離光纖的緩沖層以便安裝接頭時(shí),，我們推薦使用T06S13作為剝纖工具。

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,。用戶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[email protected]。

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。

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就使用了這種設(shè)計(jì)特點(diǎn)的接頭,。

曲線圖展現(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)線表示),。

確定具有多種損傷機(jī)制的功率適用性

光纖跳線或組件可能受到多種途徑的損傷(比如，光纖跳線),，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),，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),。

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,，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),。

光敏光纖

改善的光敏特性

和傳輸光纖的熔接損耗低

這些光敏單模光纖對(duì)紫外輻射高度敏感，并且與和SMF-28e模式匹配,。這些光纖設(shè)計(jì)用于減少工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信光纖相關(guān)的光纖布拉格光柵的寫(xiě)入時(shí)間,，并且易于與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的光纖熔接。

在連接的準(zhǔn)備過(guò)程中去除光纖的緩沖層時(shí),，我們推薦T06S13作為剝纖工具,。

關(guān)于這些光纖的折射率信息，請(qǐng)聯(lián)系技術(shù)支持。我們不能在網(wǎng)站上公布此數(shù)據(jù),。

低損耗光敏光纖

背景衰減低

能與SMF-28e熔接

對(duì)紫外光敏感

與標(biāo)準(zhǔn)傳輸光纖相比,，低損耗光敏光纖對(duì)紫外光具有高得多的光敏特性。該光纖是為與SMF－28e光纖熔接而特別設(shè)計(jì)的,，并可用于波分復(fù)用中,。衰減降低使該光纖可用于更長(zhǎng)距離的傳輸，并能在制造的光纖光學(xué)器件中減少插入損耗

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包層模式偏移光敏光纖

高光敏特性

高包層模式偏移：9 nm(典型值)

嚴(yán)格的公差

包層模式偏移光纖設(shè)計(jì)用于提高包層模式偏移。在寫(xiě)入兩個(gè)或者多個(gè)彼此相鄰的（通常偏移9納米）光柵時(shí),，包層模式偏移能增強(qiáng)光纖的性能,。包層模式偏移光纖在和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通訊光纖熔接時(shí)損耗很低。

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選擇截止光敏光纖

高光敏特性

和傳輸光纖的熔接損耗低

價(jià)格低廉、高產(chǎn)量的生產(chǎn)

PS1060光敏光纖設(shè)計(jì)用于提供對(duì)紫外光的高光敏性,。該光纖是為用于泵浦穩(wěn)定器或輸出波長(zhǎng)為980到1060納米范圍的二極管的光纖布拉格光柵寫(xiě)入而特別設(shè)計(jì)的,。PS1060也可用于耦合器應(yīng)用,。

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保偏光敏光纖

低衰減

所有保偏特性都伴隨改善的光敏特性

批次*性高

PS-PM980設(shè)計(jì)用于980納米泵浦激光二極管、耦合器和復(fù)用器,，提供改善的光敏特性,，能夠大幅減少寫(xiě)入時(shí)間，同時(shí)具有出色的保偏特性,。

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損傷的光纖端面