產(chǎn)品介紹

Thorlabs階躍折射率多模光纖

Thorlabs階躍折射率多模光纖特性

不同光譜范圍的低羥基和高羥基型

　　　　高羥基版本，用于250-1200

　　　　低羥基版本，用于400-2400 nm

摻氟玻璃包層的石英纖芯

Thorlabs制造的階躍折射率多模光纖有三種纖芯尺寸，Ø50微米、Ø105微米、Ø200微米，適用于多種應(yīng)用。摻氟玻璃包層的純石英纖芯，光纖有高和低羥基離子(OH)濃度，高OH用于紫外到可見光波段，低OH用于可見光到近紅外波段。光纖由ETO和其它方法消毒，是污染分析和化學(xué)工藝的光譜分析、醫(yī)學(xué)診斷和光療法的理想選擇。

接頭兼容性Ø50和105微米纖芯光纖的包層直徑是125±1微米，所以兼容標準的單模光纖接頭和組件。我們也供應(yīng)多模接頭用于此頁出售的光纖。

上一代產(chǎn)品這些光纖取代我們上一代的AFS/SFS系列產(chǎn)品，這些產(chǎn)品可用作連接的光纖跳線。這些光纖在所有應(yīng)用中*可以互換。點擊規(guī)格標簽查看上一代產(chǎn)品部件編號的替換參考指導(dǎo)。

0.22數(shù)值孔徑多模光纖有多重結(jié)構(gòu)的光纖跳線可供選擇。點擊下表中的More [+] 鏈接查看可選擇光纖跳線的選擇，也可以定制光纜。點擊右邊定制光纜鏈接查看更多信息。我們也提供用于高功率的TECS雙包層0.22數(shù)值孔徑多模光纖和用于紫外的抗負感0.22數(shù)值孔徑多模光纖。

負感效應(yīng)可能發(fā)生在小于300 nm波長情況。我們也供應(yīng)抗負感多模光纖。

規(guī)格

低于300 nm波長下可能出現(xiàn)負感現(xiàn)象。我們也提供抗負感多模光纖。

安裝的幾何應(yīng)力推薦值是驗證試驗水平的，此水平基于光纖失效的統(tǒng)計分析。

安裝的幾何應(yīng)力推薦值是驗證試驗水平的50%，此水平基于光纖失效的統(tǒng)計分析。

我們抱歉不能提供這種zhuan利數(shù)據(jù)。

上一代產(chǎn)品對比參考

這些光纖取代我們上一代AFS/SFS系列多模光纖產(chǎn)品，在所有應(yīng)用上都可以互相替換。下表列出了當前的玻璃包層的石英纖芯光纖和與之等效的上一代光纖部件編號。

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；常見的例子包括通信、光譜學(xué)、照明和傳感器。

比較常見的玻璃(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，光會在纖芯/包層界面產(chǎn)生全反射，而不會折射到周圍的介質(zhì)中。為了達到TIR的條件，發(fā)射到光纖中入射光的角度必須小于某個角度，即接收角，θ_acc。根據(jù)斯涅耳定律可以計算出這個角：

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)是一個無量綱量，由光纖制造商用來確定光纖的接收角，表示為：

對于芯徑(多模)較大的階躍折射率光纖，使用這個等式可以直接計算出NA。NA也可以由實驗確定，通過追蹤遠場光束分布并測量光束中心與光強為大光強5%的點之間的角度即可；但是，直接計算NA得出的值更為準確。

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，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。

使用一些簡單的計算就可以估算出光纖支持的模(單?；蚨嗄?的數(shù)量。歸一化頻率，也就是常說的V值，是一個無量綱的數(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。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，在波長為1.5 µm時，V值為40.8。

對于具有較大V值的多模光纖，可以使用下式近似計算其支持的模式數(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穿過光纖。

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

衰減來源

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

吸收標準光纖中的光通過固體材料引導(dǎo)，因此，光在光纖中傳播會因吸收而產(chǎn)生損耗。標準光纖使用熔融石英制造，經(jīng)優(yōu)化可在波長1300 nm-1550 nm的范圍內(nèi)傳播。波長更長(>2000
nm)時，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，主要是因為它們處于這些波長范圍時損耗較低。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，可以吸收波長在1300 nm和2.94 µm的光。由于通信信號和某些激光器也是在這個區(qū)域里工作，光纖中的任意水分子都會明顯地衰減信號。

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下傳播。而羥基濃度較高的光纖在紫外波長范圍時有助于傳播，因此，更適合對熒光或UV-VIS光譜學(xué)等應(yīng)用感興趣的用戶。

散射對于大多數(shù)光纖應(yīng)用來說，光散射也是損耗的來源，通常在光遇到介質(zhì)的折射率發(fā)生變化時產(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、成分或相位態(tài)引起的內(nèi)在變化。散射與光的波長呈負相關(guān)關(guān)系，因此，在光譜中的紫外或藍光區(qū)域等波長較短時，散射損耗會比較大。使用恰當?shù)墓饫w清潔、操作和存儲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，在彎曲外半徑的光不能在不超過光速時維持相同的空間模分布。相反，由于輻射能量會損耗到周邊環(huán)境中。彎曲半徑較大時，與彎曲相關(guān)的損耗會比較?。坏珡澢霃叫∮诠饫w的推薦彎曲半徑時，彎曲損耗會非常大。光纖可以在彎曲半徑較小時進行短時間工作；但如果要長期儲存，彎曲半徑應(yīng)該大于推薦值。使用恰當?shù)膬Υ鏃l件(溫度和彎曲半徑)可以降低對光纖造成性損傷的幾率；FSR1光纖纏繞盤設(shè)計用來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)中的這些隨機變化(即凸起)會破壞全內(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量中看到，其中體現(xiàn)了包層模包層中的光強比纖芯中要高。這些模可以不傳播(即它們不滿足TIR的條件)，也可以在一段很長的光纖中傳播。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，它們就是損耗的來源。通過接頭連接兩個光纖時包層模會消失，因為它們不能在光纖之間輕松耦合。

由于包層模對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。光纖較長時，這些模會自然衰減。對于長度小于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

對于在NA較大時接收光的多模光纖來說，光耦合到光纖的的條件(光源類型、光束直徑、NA)對性能有著極大影響。在耦合界面，光的光束直徑和NA小于光纖的芯徑和NA時，就出現(xiàn)了未充滿的入纖條件。這種情況的常見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量可以看出，未充滿時會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，它們對宏彎損耗不太敏感，也沒有包層模。這種條件下，所測的插入損耗也會小于典型值，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多模光纖進行的光束輪廓測量(右邊)。

多模光纖過滿條件

在耦合界面，光束直徑和NA大于光纖的芯徑和NA時就出現(xiàn)了過滿的情況。實現(xiàn)這種條件的一個方法就是將LED光源的光發(fā)射到較小的多模光纖中。過滿時會將整個纖芯和部分包層裸露在光中，均勻充滿低階模和高階模(請看下圖)，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滿光纖對彎曲損耗會更為敏感。在這種條件下，所測的插入損耗會大于典型值，與未充滿光纖條件相比，會產(chǎn)生較高的總輸出功率。

展示過滿條件的圖(左邊)和使用FT200EMT多模光纖進行的光束輪廓測量(右邊)。

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

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制，包括空氣-玻璃界面(自由空間耦合或使用接頭時)的損傷機制和光纖玻璃內(nèi)的損傷機制。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)險的安全功率水平。如果遵守了所有恰當?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，光纖耦合時未對準、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制。自由空間耦合或使用光學(xué)接頭匹配兩根光纖時，光會入射到這個界面。如果光的強度很高，就會降低功率的適用性，并給光纖造成性損傷。而對于使用環(huán)氧樹脂將接頭與光纖固定的終端光纖而言，高強度的光產(chǎn)生的熱量會使環(huán)氧樹脂熔化，進而在光路中的光纖表面留下殘留物。

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)可以無損傷地耦合到多模光纖中。

所有值針對無終端(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)險的大功率密度估算值。用戶在高功率下工作前，必須驗證系統(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，沒有進入纖芯并在光纖中傳播的光會散射到光纖的外層，再進入插芯中，而環(huán)氧樹脂用來將光纖固定在插芯中。如果光足夠強，就可以熔化環(huán)氧樹脂，使其氣化，并在接頭表面留下殘渣。這樣，光纖端面就出現(xiàn)了局部吸收點，造成耦合效率降低，散射增加，進而出現(xiàn)損傷。

與環(huán)氧樹脂相關(guān)的損傷取決于波長，出于以下幾個原因。一般而言，短波長的光比長波長的光散射更強。由于短波長單模光纖的MFD較小，且產(chǎn)生更多的散射光，則耦合時的偏移也更大。

為了大程度地減小熔化環(huán)氧樹脂的風(fēng)險，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)計特點的接頭。

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制估算的功率水平。大功率適用性受到所有相關(guān)損傷機制的低功率水平限制(由實線表示)。

Ø50 µm纖芯玻璃包層石英多模光纖，0.22 NA

a.     在波長低于300 nm時可能發(fā)生負感現(xiàn)象。我們也提供抗負感多模光纖。

b.     安裝時的幾何應(yīng)力推薦值是驗證試驗水平的，此水平基于光纖失效的統(tǒng)計分析。

c.     幾何應(yīng)力推薦值是驗證試驗水平的50%，此水平基于光纖失效的統(tǒng)計分析。

d.     我們抱歉不能提供這種zhuan利數(shù)據(jù)。

Ø105 µm纖芯玻璃層石英多模光纖，0.22 NA

a.    在波長低于300 nm時可能發(fā)生負感現(xiàn)象。我們也提供抗負感多模光纖。

b.    安裝時的幾何應(yīng)力推薦值是驗證試驗水平的，此水平基于光纖失效的統(tǒng)計分析。

c.    幾何應(yīng)力推薦值是驗證試驗水平的50%，此水平基于光纖失效的統(tǒng)計分析。

d.    我們抱歉不能提供這種zhuan利數(shù)據(jù)。

Ø200 µm纖芯玻璃包層石英多模光纖，0.22 NA

a.    在波長低于300 nm時可能發(fā)生負感現(xiàn)象。我們也提供抗負感多模光纖。

b.    安裝時的幾何應(yīng)力推薦值是驗證試驗水平的，此水平基于光纖失效的統(tǒng)計分析。

c.    幾何應(yīng)力推薦值是驗證試驗水平的50%，此水平基于光纖失效的統(tǒng)計分析。

d.    我們抱歉不能提供這種zhuan利數(shù)據(jù)。

損傷的光纖端面