Thorlabs階躍折射率多模光纖跳線

Thorlabs階躍折射率多模光纖跳線特性

FC/PC接頭兩端都帶有2.0 mm的窄鍵

提供許多光纖類型/纖芯尺寸(見右表)

長(zhǎng)度為1 m、2 m、5 m的光纖，帶有Ø3 mm的橙色分叉保護(hù)套管

可定制跳線

Thorlabs的多模(MM)光纖的跳線包括階躍折射率多模光纖，且兩端有帶陶瓷插芯的FC/PC接頭。我們庫存有長(zhǎng)度為1 m、2 m和5 m的型號(hào)。

由于過高功率會(huì)造成接頭內(nèi)的環(huán)氧樹脂過分加熱，這些跳線便不適合需要光纖承載高光學(xué)功率的應(yīng)用。詳情請(qǐng)看損傷閾值標(biāo)簽。除了沒有接頭的光纖，Thorlabs還提供其他可以兼容高功率的跳線選擇。下表中包含了一些選項(xiàng)的鏈接。

每條跳線都帶有兩個(gè)罩在終端的保護(hù)帽，防止灰塵或其他污染物落入插芯端面。我們也單獨(dú)出售保護(hù)FC/PC終端CAPF塑料光纖帽和CAPFM金屬螺紋光纖帽。

如果您沒有找到適合您應(yīng)用的現(xiàn)貨光纖，請(qǐng)見我們的定制跳線頁面，來滿足您特殊的需求。

損傷閥值

激光誘導(dǎo)的光纖損傷

以下教程詳述了無終端(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

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))可以無損傷地耦合到多模光纖中。

所有值針對(duì)無終端(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。光纖一般通過環(huán)氧樹脂粘合到陶瓷或不銹鋼插芯中。光通過接頭耦合到光纖時(shí)，沒有進(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)氧樹脂用來將光纖固定在插芯中。如果光足夠強(qiáng)，就可以熔化環(huán)氧樹脂，使其氣化，并在接頭表面留下殘?jiān)?。這樣，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)建無環(huán)氧樹脂的氣隙光纖接頭。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)常在超過上述功率水平的條件下使用。不過，這樣的應(yīng)用一般需要專業(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。

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^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)。

實(shí)驗(yàn)觀測(cè)

Thorlabs實(shí)驗(yàn)觀測(cè)：利用多模光纖修改光束輪廓

我們?cè)诖私o出探索多模光纖輸出光束輪廓如何受到光束入射角影響的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果。有些應(yīng)用中可能需要其他諸如高帽或甜甜圈等輪廓的光束分布，而不需要一般光學(xué)元件提供的固有高斯分布。這里，我們探索了改變聚焦激光束進(jìn)入多模光纖跳線時(shí)的入射角所產(chǎn)生的影響。將光垂直聚焦于光纖面，會(huì)產(chǎn)生近高斯輸出光束輪廓(圖1)，增大入射角則會(huì)產(chǎn)生高帽(圖2)和甜甜圈(圖3)形狀的光束輪廓。這些結(jié)果展現(xiàn)了利用多模光纖改變光束輪廓的方法。

實(shí)驗(yàn)中，我們使用一根M38L01纖芯?200 μm、數(shù)值孔徑0.39的階躍折射率光纖跳線(裸纖型號(hào)FT200EMT)作為聚焦光束耦合的待測(cè)光纖。將輸入光以0°、11°和15°入射到多模光纖的入射面，分別產(chǎn)生初始輪廓、高帽輪廓和甜甜圈輪廓。每次改變角度時(shí)，都要優(yōu)化輸入光纖的對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)用功率計(jì)監(jiān)測(cè)輸出功率，確保實(shí)現(xiàn)大的耦合。然后，在9秒的曝光時(shí)間下采集圖像，并評(píng)估光束輪廓的形狀。注意，曝光過程中，會(huì)在耦合光學(xué)元件之間(待測(cè)光纖之前)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)1500 grit的散射片，以減少空間相干，形成干凈的輸出光束輪廓。

假設(shè)一種光線追跡模型，存在兩種沿著多模光纖傳播的常見光線：(a)子午光線，每次反射之后都通過光纖的中心軸，和(b)斜光線，不通過光纖的中心軸。下面的圖片展現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)過程中觀察到的三種基本光線傳播情況。圖4和圖6分別繪制出了子午光線和斜光線通過多模光纖的傳播，以及在光纖輸出端的相關(guān)理論光束分布。如圖6所示，斜光線沿著光纖以與半徑r為圓的內(nèi)部焦散線相切的螺旋路徑傳播。圖5描繪了子午光線和斜光線的光束傳播和光束分布。我們通過改變光耦合到多模光纖的入射角，修改子午光線與斜光線的傳播，使輸出光束從近高斯分布(主要是子午光線，請(qǐng)看圖1)變成高帽分布(子午光線和斜光線混合，請(qǐng)看圖2)，再變成甜甜圈分布(主要是斜光線，請(qǐng)看圖3)。圖4到圖6顯示的光束輪廓都在離光纖端面5 mm處獲得。這些結(jié)果體現(xiàn)了利用標(biāo)準(zhǔn)的多模光纖跳線以一種相對(duì)低成本的方法將入射高斯輪廓修改成高帽和甜甜圈輪廓，且損耗極微。有關(guān)使用的實(shí)驗(yàn)裝置和總結(jié)結(jié)果詳情，請(qǐng)點(diǎn)擊這里。

圖 1.
入射角為0°時(shí)獲得的近高斯光束輪廓(垂直于光纖面)

圖 2.
入射角為11°時(shí)獲得的高帽光束輪廓

圖 3.
入射角為15°時(shí)獲得的甜甜圈光束輪廓

圖 4.
對(duì)應(yīng)近高斯輸出輪廓的子午光線傳播

圖 5.
對(duì)應(yīng)甜甜圈輪廓的斜光線傳播

圖 6.
對(duì)應(yīng)高帽輪廓的子午光線和斜光線傳播

Ø10 µm，數(shù)值孔徑0.10，F(xiàn)C/PC-FC/PC光纖跳線

Ø25 µm，數(shù)值孔徑0.10，F(xiàn)C/PC-FC/PC光纖跳線

Ø50 µm，數(shù)值孔徑0.22，F(xiàn)C/PC-FC/PC光纖跳線

Ø105 µm，數(shù)值孔徑0.10，F(xiàn)C/PC-FC/PC光纖跳線

Ø105 µm，數(shù)值孔徑0.22，F(xiàn)C/PC-FC/PC光纖跳線

Ø200 µm，數(shù)值孔徑0.39，F(xiàn)C/PC-FC/PC光纖跳線

Ø200 µm，數(shù)值孔徑0.50，F(xiàn)C/PC-FC/PC光纖跳線

Ø300 µm，數(shù)值孔徑0.39，F(xiàn)C/PC-FC/PC光纖跳線

Ø400 µm，數(shù)值孔徑0.39，F(xiàn)C/PC-FC/PC光纖跳線

Ø400 µm，數(shù)值孔徑0.50，F(xiàn)C/PC-FC/PC光纖跳線