特點(diǎn)

鎧裝雙護(hù)套設(shè)計(jì)，抗擠壓、表面磨損、剪切和拉伸

閉光結(jié)構(gòu)

SMA905型接頭

0.22數(shù)值孔徑、低OH含量、階躍型多模光纖，Ø50微米或Ø105微米纖芯

可定制長(zhǎng)達(dá)10米的跳線(聯(lián)系技術(shù)支持)

此類多模光纖跳線除具備我們標(biāo)準(zhǔn)跳線的所有特點(diǎn)外，它的兩層鎧甲套管使更具備閉光性能和耐用性能。每根跳線外層是FT061PS型帶塑料層不銹鋼套管，內(nèi)層是FT030-BK加強(qiáng)Kevlar套管。SMA905接頭的FTS61A不銹鋼套管使之更好地應(yīng)除應(yīng)力。雙套管和不銹鋼套管結(jié)構(gòu)使此類光纖*閉光，即使在彎曲時(shí)。此類跳線能承受高擠壓，所以適合地面或其它可能被踩踏的地方使用。套管也具備的抗剪切、抗表面磨損和高延展強(qiáng)度性能。

每根跳線都有一組橡膠和金屬螺紋保護(hù)蓋，使接頭端免受灰塵和損傷。此頁(yè)面出售的光纖跳線都可在訂購(gòu)日當(dāng)天發(fā)貨。

損傷測(cè)試細(xì)節(jié)測(cè)試時(shí)由數(shù)個(gè)成年人踩踏和一輛3300磅(1500千克)汽車碾壓，不會(huì)造成光纖信號(hào)強(qiáng)度損失。刀片無(wú)法切斷不銹鋼套管，50磅(23千克)重物從1英寸高度砸中光纖也未造成損傷。這些測(cè)試都是在跳線的中間層套管上完成的。請(qǐng)注意SMA接頭的螺紋套環(huán)更易壓損。另外，對(duì)跳線施加15磅拉力，對(duì)接頭和套管都不造成損傷。

測(cè)試閉光性能是，使用M660F1光纖耦合二極管將光耦合進(jìn)入光纖。測(cè)試中沿著跳線移動(dòng)一個(gè)S120B功率計(jì)探頭，未探測(cè)到漏光。此功率計(jì)可探測(cè)1納瓦的光功率。除在跳線輸出端外未能探測(cè)到光泄漏。超長(zhǎng)跳線鎧裝跳線在實(shí)驗(yàn)室光學(xué)平臺(tái)間的地面或其它有更大長(zhǎng)度要求的應(yīng)用上是非常有用的。雙保護(hù)層鎧裝跳線可定制長(zhǎng)達(dá)10米，其它類型光纖也一樣。請(qǐng)聯(lián)系Thorlabs技術(shù)支持訂購(gòu)雙套管跳線。另外，使用我們的定制光纖裝置，僅帶FT061PS套管的光纖跳線可長(zhǎng)達(dá)40米。單套管降低了閉光性能，但仍具備光纖機(jī)械保護(hù)性能。

Thorlabs鎧裝多模光纖跳線?截面

多模光纖教程

在光纖中引導(dǎo)光

光纖屬于光波導(dǎo)，光波導(dǎo)是一種更為廣泛的光學(xué)元件，可以利用全內(nèi)反射(TIR)在固體或液體結(jié)構(gòu)中限制并引導(dǎo)光。光纖通?？梢栽诒姸鄳?yīng)用中使用；常見(jiàn)的例子包括通信、光譜學(xué)、照明和傳感器。

比較常見(jiàn)的玻璃(石英)纖維使用一種稱之為階躍折射率光纖的結(jié)構(gòu)，如右圖所示。這種光纖的纖芯由一種折射率比外面包層高的材料構(gòu)成。在光纖中以臨界角入射時(shí)，光會(huì)在纖芯/包層界面產(chǎn)生全反射，而不會(huì)折射到周圍的介質(zhì)中。為了達(dá)到TIR的條件，發(fā)射到光纖中入射光的角度必須小于某個(gè)角度，即接收角，θ_acc。根據(jù)斯涅耳定律可以計(jì)算出這個(gè)角：

其中，n_core為纖芯的折射率，n_clad為光纖包層的折射率，n為外部介質(zhì)的折射率，θ_crit為臨界角，θ_acc為光纖的接收半角。數(shù)值孔徑(NA)是一個(gè)無(wú)量綱量，由光纖制造商用來(lái)確定光纖的接收角，表示為：

對(duì)于芯徑(多模)較大的階躍折射率光纖，使用這個(gè)等式可以直接計(jì)算出NA。NA也可以由實(shí)驗(yàn)確定，通過(guò)追蹤遠(yuǎn)場(chǎng)光束分布并測(cè)量光束中心與光強(qiáng)為大光強(qiáng)5%的點(diǎn)之間的角度即可；但是，直接計(jì)算NA得出的值更為準(zhǔn)確。

光纖的全內(nèi)反射

光纖中的模式數(shù)量

光在光纖中傳播的每種可能路徑即為光纖的導(dǎo)模。根據(jù)纖芯/包層區(qū)域的尺寸、折射率和波長(zhǎng)，單光纖內(nèi)可支持從一種到數(shù)千種模式。而其中常使用兩種為單模(支持單導(dǎo)模)和多模(支持多種導(dǎo)模)。在多模光纖中，低階模傾向于在空間上將光限制在纖芯內(nèi)；而高階模傾向于在空間上將光限制在纖芯/包層界面的附近。

使用一些簡(jiǎn)單的計(jì)算就可以估算出光纖支持的模(單模或多模)的數(shù)量。歸一化頻率，也就是常說(shuō)的V值，是一個(gè)無(wú)量綱的數(shù)，與自由空間頻率成比例，但被歸為光纖的引導(dǎo)屬性。V值表示為：

其中V為歸一化頻率(V值)，a為纖芯半徑，λ為自由空間波長(zhǎng)。多模光纖的V值非常大；例如，芯徑為Ø50 µm、數(shù)值孔徑為0.39的多模光纖，在波長(zhǎng)為1.5 µm時(shí)，V值為40.8。

對(duì)于具有較大V值的多模光纖，可以使用下式近似計(jì)算其支持的模式數(shù)量：

上面例子中，芯徑為Ø50 µm、NA為0.39的多模光纖支持大約832種不同的導(dǎo)模，這些?？梢酝瑫r(shí)穿過(guò)光纖。

單模光纖V值必須小于截止頻率2.405，這表示在這個(gè)時(shí)候，光只耦合到光纖的基模中。為了滿足這個(gè)條件，單模光纖的纖芯尺寸和NA要遠(yuǎn)小于同波長(zhǎng)下的多模光纖。例如SMF-28超單模光纖的標(biāo)稱NA為0.14，芯徑為Ø8.2 µm，在波長(zhǎng)為1550nm時(shí)，V值為2.404。

衰減來(lái)源

光纖損耗，也稱之為衰減，是光纖的特性，可以通過(guò)量化來(lái)預(yù)測(cè)光纖裝置內(nèi)的總透射功率損耗。這些損耗來(lái)源一般與波長(zhǎng)相關(guān)，因光纖的使用材料或光纖的彎曲等而有所差異。常見(jiàn)衰減來(lái)源的詳情如下：

吸收標(biāo)準(zhǔn)光纖中的光通過(guò)固體材料引導(dǎo)，因此，光在光纖中傳播會(huì)因吸收而產(chǎn)生損耗。標(biāo)準(zhǔn)光纖使用熔融石英制造，經(jīng)優(yōu)化可在波長(zhǎng)1300 nm-1550 nm的范圍內(nèi)傳播。波長(zhǎng)更長(zhǎng)(>2000nm)時(shí)，熔融石英內(nèi)的多聲子相互作用造成大量吸收。使用氟化鋯、氟化銦等氟氧物玻璃制造中紅外光纖，主要是因?yàn)樗鼈兲幱谶@些波長(zhǎng)范圍時(shí)損耗較低。氟化鋯、氟化銦的多聲子邊分別為~3.6 µm和~4.6 µm。

光纖內(nèi)的污染物也會(huì)造成吸收損耗。其中一種污染物就是困在玻璃纖維中的水分子，可以吸收波長(zhǎng)在1300 nm和2.94 µm的光。由于通信信號(hào)和某些激光器也是在這個(gè)區(qū)域里工作，光纖中的任意水分子都會(huì)明顯地衰減信號(hào)。

玻璃纖維中離子的濃度通常由制造商控制，以便調(diào)節(jié)光纖的傳播/衰減屬性。例如，石英中本來(lái)就存在羥基(OH-)，可以吸收近紅外到紅外光譜的光。因此，羥基濃度較低的光纖更適合在通信波長(zhǎng)下傳播。而羥基濃度較高的光纖在紫外波長(zhǎng)范圍時(shí)有助于傳播，因此，更適合對(duì)熒光或UV-VIS光譜學(xué)等應(yīng)用感興趣的用戶。

散射對(duì)于大多數(shù)光纖應(yīng)用來(lái)說(shuō)，光散射也是損耗的來(lái)源，通常在光遇到介質(zhì)的折射率發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生。這些變化可以是由雜質(zhì)、微?；驓馀菀鸬耐庠谧兓?；也可以是由玻璃密度的波動(dòng)、成分或相位態(tài)引起的內(nèi)在變化。散射與光的波長(zhǎng)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此，在光譜中的紫外或藍(lán)光區(qū)域等波長(zhǎng)較短時(shí)，散射損耗會(huì)比較大。使用恰當(dāng)?shù)墓饫w清潔、操作和存儲(chǔ)存步驟可以盡可能地減少光纖*的雜質(zhì)，避免產(chǎn)生較大的散射損耗。

彎曲損耗因光纖的外部和內(nèi)部幾何發(fā)生變化而產(chǎn)生的損耗稱之為彎曲損耗。通常包含兩大類：宏彎損耗和微彎損耗。

宏彎損耗造成的衰減

微彎損耗造成的衰減

宏彎損耗一般與光纖的物理彎曲相關(guān)；例如，將其卷成圈。如右圖所示，引導(dǎo)的光在空間上分布在光纖的纖芯和包層區(qū)域。以某半徑彎曲光纖時(shí)，在彎曲外半徑的光不能在不超過(guò)光速時(shí)維持相同的空間模分布。相反，由于輻射能量會(huì)損耗到周邊環(huán)境中。彎曲半徑較大時(shí)，與彎曲相關(guān)的損耗會(huì)比較小；但彎曲半徑小于光纖的推薦彎曲半徑時(shí)，彎曲損耗會(huì)非常大。光纖可以在彎曲半徑較小時(shí)進(jìn)行短時(shí)間工作；但如果要長(zhǎng)期儲(chǔ)存，彎曲半徑應(yīng)該大于推薦值。使用恰當(dāng)?shù)膬?chǔ)存條件(溫度和彎曲半徑)可以降低對(duì)光纖造成性損傷的幾率；FSR1光纖纏繞盤設(shè)計(jì)用來(lái)大程度地減少高彎曲損耗。

微彎損耗由光纖的內(nèi)部幾何，尤其是纖芯和包層發(fā)生變化而產(chǎn)生。光纖結(jié)構(gòu)中的這些隨機(jī)變化(即凸起)會(huì)破壞全內(nèi)反射所需的條件，使得傳播的光耦合到非傳播模中，造成泄露(詳情請(qǐng)看右圖)。與由彎曲半徑控制的宏彎損耗不同，微彎損耗是由制造光纖時(shí)在光纖內(nèi)造成的性缺陷而產(chǎn)生。

包層模雖然多模光纖中的大多數(shù)光通過(guò)纖芯內(nèi)的TIR引導(dǎo)，但是由于TIR發(fā)生在包層與涂覆層/保護(hù)層的界面，在纖芯和包層內(nèi)引導(dǎo)光的高階模也可能存在。這樣就產(chǎn)生了我們所熟知的包層模。這樣的例子可在右邊的光束分布測(cè)量中看到，其中體現(xiàn)了包層模包層中的光強(qiáng)比纖芯中要高。這些?？梢圆粋鞑?即它們不滿足TIR的條件)，也可以在一段很長(zhǎng)的光纖中傳播。由于包層模一般為高階模，在光纖彎曲和出現(xiàn)微彎缺陷時(shí)，它們就是損耗的來(lái)源。通過(guò)接頭連接兩個(gè)光纖時(shí)包層模會(huì)消失，因?yàn)樗鼈儾荒茉诠饫w之間輕松耦合。

由于包層模對(duì)光束空間輪廓的影響，有些應(yīng)用(比如發(fā)射到自由空間中)中可能不需要包層模。光纖較長(zhǎng)時(shí)，這些模會(huì)自然衰減。對(duì)于長(zhǎng)度小于10 m的光纖，消除包層模的一種辦法就是將光纖纏繞在半徑合適的芯軸上，這樣能保留需要的傳播模式。

在FT200EMT多模光纖與M565F1 LED的光束輪廓中，展現(xiàn)了包層而不是纖芯引導(dǎo)的光。

入纖方式

多模光纖未充滿條件對(duì)于在NA較大時(shí)接收光的多模光纖來(lái)說(shuō)，光耦合到光纖的的條件(光源類型、光束直徑、NA)對(duì)性能有著極大影響。在耦合界面，光的光束直徑和NA小于光纖的芯徑和NA時(shí)，就出現(xiàn)了未充滿的入纖條件。這種情況的常見(jiàn)例子就是將激光光源發(fā)射到較大的多模光纖。從下面的圖和光束輪廓測(cè)量可以看出，未充滿時(shí)會(huì)使光在空間上集中到光纖的中心，優(yōu)先充滿低階模，而非高階模。因此，它們對(duì)宏彎損耗不太敏感，也沒(méi)有包層模。這種條件下，所測(cè)的插入損耗也會(huì)小于典型值，光纖纖芯處有著較高的功率密度。

展示未充滿條件的圖(左邊)和使用FT200EMT多模光纖進(jìn)行的光束輪廓測(cè)量(右邊)。

多模光纖過(guò)滿條件在耦合界面，光束直徑和NA大于光纖的芯徑和NA時(shí)就出現(xiàn)了過(guò)滿的情況。實(shí)現(xiàn)這種條件的一個(gè)方法就是將LED光源的光發(fā)射到較小的多模光纖中。過(guò)滿時(shí)會(huì)將整個(gè)纖芯和部分包層裸露在光中，均勻充滿低階模和高階模(請(qǐng)看下圖)，增加耦合到光纖包層模的可能性。高階模比例的增加意味著過(guò)滿光纖對(duì)彎曲損耗會(huì)更為敏感。在這種條件下，所測(cè)的插入損耗會(huì)大于典型值，與未充滿光纖條件相比，會(huì)產(chǎn)生較高的總輸出功率。

展示過(guò)滿條件的圖(左邊)和使用FT200EMT多模光纖進(jìn)行的光束輪廓測(cè)量(右邊)。

多模光纖未充滿或過(guò)滿條件各有優(yōu)劣，這取決于特定應(yīng)用的要求。如需測(cè)量多模光纖的基準(zhǔn)性能，Thorlabs建議使用光束直徑為光纖芯徑70-80%的入纖條件。過(guò)滿條件在短距離時(shí)輸出功率更大；而長(zhǎng)距離(>10 - 20 m)時(shí)，對(duì)衰減較為敏感的高階模會(huì)消失。

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techsupport-cn@thorlabs.com。

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

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1550nm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。

光暗化

光纖內(nèi)的第二種損傷機(jī)制稱為光暗化或負(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)。

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(guò)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(jiàn)光線：(a)子午光線，每次反射之后都通過(guò)光纖的中心軸，和(b)斜光線，不通過(guò)光纖的中心軸。下面的圖片展現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)過(guò)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(guò)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(guò)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。

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

鎧裝光纖跳線，Ø50 µm，數(shù)值孔徑0.22，SMA轉(zhuǎn)SMA

受FT061PS外層套管的小彎曲半徑限制。

接頭使用FTS61A金屬套管而不是內(nèi)含的橡膠套筒。

鎧裝光纖跳線，Ø105 µm，數(shù)值孔徑0.22，SMA轉(zhuǎn)SMA

受FT061PS外層套管的小彎曲半徑限制。

接頭使用FTS61A金屬套管而不是內(nèi)含的橡膠套筒。