產(chǎn)品介紹

Thorlabs階躍折射率多模光纖數(shù)值孔徑0.50

Thorlabs階躍折射率多模光纖數(shù)值孔徑0.50特性

較寬的紫外/可見(jiàn)/近紅外光譜范圍

300到1200 nm(高羥基)

400到2200 nm(低羥基)

靜態(tài)疲勞降低，微彎曲損耗低

生物相容材料，抗輻射

可以通過(guò)環(huán)氧乙烷清洗法進(jìn)行消毒

我們數(shù)值孔徑為0.50的聚合物包層光纖具有高數(shù)值孔徑，適合從遠(yuǎn)程照明到光動(dòng)力療法等的各種應(yīng)用。光纖包裹在Tefzel^®涂覆層內(nèi)，工作溫度的范圍是-40150 °C。

Thorlabs還提供帶有低羥基、數(shù)值孔徑0.50的多模光纖的SMA接頭跳線。如果您需要其他接頭類(lèi)型，我們提供ADAFCSMA1FC/PC轉(zhuǎn)SMA匹配套管，可將SMA接頭耦合到FC/PC接頭中，以及混合跳線。詳情請(qǐng)聯(lián)系技術(shù)支持。

0.50 NA光纖接頭如右下圖所示，Thorlabs使用一種特殊的方法給0.50 NA光纖機(jī)上終端。將Tefzel緩沖層更進(jìn)一步剝離，這樣更多的包層可以接觸到粘合劑，從而改善光纖與接頭之間的粘合。Thorlabs在本頁(yè)面上還提供低羥基光纖的預(yù)組裝SMA轉(zhuǎn)SMA跳線。我們也可以定制跳線。

數(shù)值孔徑為0.50的光纖終端圖解

規(guī)格

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(chēng)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?chē)慕橘|(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?；蚨嗄?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，這些模可以同時(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(mǎn)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(chēng)NA為0.14，芯徑為Ø8.2 µm，在波長(zhǎng)為1550nm時(shí)，V值為2.404。

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(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。

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

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(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)?。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(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)。

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。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

多模光纖選擇指南

Thorlabs提供的多模裸光纖具有石英、氟化鋯(ZrF₄)或氟化銦(InF₃)纖芯。下表詳述了Thorlabs的所有多模裸光纖。點(diǎn)擊右邊欄中的曲線圖標(biāo)可以查看衰減曲線圖。

階躍折射率多模光纖，纖芯Ø200 µm，數(shù)值孔徑0.50

階躍折射率多模光纖，纖芯Ø400 µm，數(shù)值孔徑0.50

階躍折射率多模光纖，纖芯Ø600 µm，數(shù)值孔徑0.50

階躍折射率多模光纖，纖芯Ø1000 µm，數(shù)值孔徑0.50

階躍折射率多模光纖，纖芯Ø1500 µm，數(shù)值孔徑0.50

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