Thorlabs多模光纖跳線，方形纖芯

Thorlabs多模光纖跳線，方形纖芯?特性

方形纖芯的多模光纖跳線，數(shù)值孔徑0.39

純石英纖芯尺寸150 µm x 150 µm

硬聚合物包層Ø225 µm

波長范圍400 - 2200 nm

兩端有2.0 mm窄鍵FC/PC或SMA905接頭

外有FT030
Ø3 mm松套管

提供焦比衰退(FRD)少或擾模增益高的版本(更多信息，請看應(yīng)用標簽)

非常適合成像和天文光譜學(xué)應(yīng)用

定制長度或接頭配置，詳情請聯(lián)系技術(shù)支持

制造這些多模光纖跳線使用的是150 µm x 150 µm 方形石英纖芯的光纖，而不是圓形纖芯的光纖。纖芯的方形有助于光纖中的模式混合，從而產(chǎn)生均勻的空間分布、正方形的光束形狀以及平頂截面輪廓(在輸出端)。為了在遠場距離保持方形的光束，需要使用準直器對纖芯成像(請看右圖)。該光束輪廓的形狀還可以改善激光二極管或LED的耦合，因為它們具有矩形發(fā)射面。

本頁出售的所有光纖跳線都非常適合通用或成像應(yīng)用；但這些跳線也包含其他特性，這些特性對天文光譜學(xué)非常重要。具體來說，方形和其他非圓形纖芯的跳線可以減少焦比衰退(FRD)，改善擾模增益。這些跳線具有優(yōu)化了FRD或擾模增益性能的兩種版本。這些光纖跳線使用低應(yīng)力環(huán)氧樹脂粘合終端，使跳線的FRD比圓形纖芯光纖跳線的FRD少。對高擾模增益感興趣的客戶，可以考慮M102L05和M103L05光纖跳線，它們由于長度較長而具有高擾模增益。方形纖芯與圓形纖芯光纖跳線的FRD與擾模增益的典型測量，請看應(yīng)用標簽。

光纖跳線的兩端可以為2.0 mm窄鍵FC/PC或SMA905接頭。對于SMA905終端的跳線，所刻黑線用于對準纖芯的平邊；對于FC/PC終端的跳線，接頭鍵對準纖芯的平邊(請看右圖)。每根光纖跳線包含兩個防塵帽，可以防止跳線末端受到灰塵影響和其他損害。我們也單獨出售額外的CAPF塑料防塵帽和CAPFM金屬螺紋防塵帽，用于FC/PC終端，以及CAPM橡膠防塵帽和CAPMM金屬螺紋防塵帽，用于SMA905終端。我們也可以定制不同的長度或接頭配置，詳情請聯(lián)系技術(shù)支持。

這些光纖跳線并不適合需要光纖承載高光功率的應(yīng)用，因為過高的功率可能會過度加熱接頭中使用的環(huán)氧樹脂(更多信息，請看損傷閾值標簽)。我們也提供方形纖芯的裸纖，不包含任何環(huán)氧樹脂，可以在功率較高的環(huán)境下使用。

使用M97L02光纖跳線(左圖)與M29L02 Ø200 µm纖芯的光纖跳線(右圖)的準直輸出比較。M625F2光纖耦合LED用作光源。

利用透鏡擴束測量的平頂光束輪廓

接頭有黑色標記(SMA905接頭)或?qū)舒I(FC/PC接頭)，用于對準纖芯的一條平邊。

規(guī)格：

應(yīng)用

方形纖芯的光纖適合多種應(yīng)用，包括：天文學(xué)、激光加工、皮膚病學(xué)設(shè)備和生物醫(yī)學(xué)成像。下面的例子展現(xiàn)了這些光纖相對于傳統(tǒng)圓形纖芯光纖而具有的*優(yōu)勢。

平坦的光束輪廓

方形纖芯的光纖具有一個明顯的特點，那就是它在纖芯區(qū)域產(chǎn)生的是強度均勻的光束，而不是圓形纖芯的光纖通常產(chǎn)生的高斯光束輪廓。這是因為，纖芯的方形有助于光在光纖中傳播時實現(xiàn)模式混合，從而使輸出光束的空間模式均勻分布。

方形纖芯的光纖非常適合激光加工應(yīng)用，無需光束整形光學(xué)元件或掩模，就可以形成尖角或進行邊緣切割；這種光纖也適合成像應(yīng)用，方形光束輪廓可以更好地適應(yīng)矩形CCD陣列的形狀。請注意，光束一旦離開光纖，光束形狀就無法保持，因此，需要準直器對纖芯成像，以保持光束在自由空間中的形狀。

使用透鏡擴展由530 nm LED光源從單模光纖發(fā)射到測試光纖的光束，并測量光束輪廓。

天文應(yīng)用

對恒星和天文光譜學(xué)感興趣的客戶，這種方形纖芯的光纖還有幾種優(yōu)于圓形纖芯光纖的特點。

焦比衰退(FRD)少多模光纖跳線適用于天文應(yīng)用，尤其常用于建立多天體分光(MOS)系統(tǒng)，可以在望遠鏡的視場內(nèi)同時觀察多個天體的光譜。光纖的小視場只能捕捉目標天體發(fā)出的光，周圍天體產(chǎn)生的噪聲很小。由于微彎曲以及安裝接頭時終端對光纖產(chǎn)生的應(yīng)力，光纖輸出端的焦比(也就是f/#)會低于輸入端，而光束角度在輸出端會變大。這種現(xiàn)象也就是所謂的焦比衰退(FRD)，輸出光束角度變寬，會導(dǎo)致光譜分辨率降低，在探測器上的采光量減少。FRD通過輸入f/#與輸出f/#的比值來計算。

Thorlabs方形纖芯的光纖可以大程度地減少終端應(yīng)力和焦比衰退。為了證明這點，我們測試了三種光纖，其終端由低應(yīng)力環(huán)氧樹脂粘合，并在40 °C下經(jīng)過4小時固化。如右圖所示，與FT200EMT(Ø200 µm纖芯)和FT300EMT(Ø300 µm 纖芯)光纖相比，使用FP150QMT方形纖芯光纖的跳線焦比衰退更低(即，輸入端與輸出端的焦比差異更小)。

在530 nm處的FRD測量FP150QMT：150 µm x 150 µm方形纖芯FT200EMT：Ø200 µm圓形纖芯FT300EMT：Ø300 µm圓形纖芯

擾模增益恒星光譜學(xué)中也使用多模光纖。觀察到的恒星的細微運動會導(dǎo)致所測光譜的變化，這是一種測量噪聲的來源。加強擾模可以降低光纖對這些波動的靈敏度。"擾模增益"可以量化光纖對這些擾動的靈敏度，被定義為光纖輸入端點光源的位移與光纖輸出端所測光束位移的比值。擾模增益值越高，表示點光源波動對光纖輸出的影響越小。

有好幾種方法可以改善光纖中的擾模增益。一般而言，使用較長的光纖可以提高擾模增益，但是，光纖的總透射率也會降低。而方形纖芯的光纖改善擾模增益不需要使用較長的光纖。如左表所示，使用方形纖芯的Thorlabs光纖跳線的擾模增益高于類似圓形纖芯的光纖跳線。

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

未損傷的光纖端面

裸纖端面的損傷機制

光纖端面的損傷機制可以建模為大光學(xué)元件，紫外熔融石英基底的工業(yè)標準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)光纖時尤其如此，因此，對于給定的功率密度，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有損傷風(fēng)險的大功率密度估算值。而"實際安全水平"功率密度代表光纖損傷的低風(fēng)險。超過實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?shù)倪m用性說明，并在使用前在低功率下驗證性能。

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)。

確定具有多種損傷機制的功率適用性

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下適用的總功率受到在任一給定波長下，兩種限制之中的較小值限制(由實線表示)。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(藍色實線)，而在1550
nm下工作的光纖受到接頭造成的損傷的限制(紅色實線)。

對于多模光纖，有效模場由纖芯直徑確定，一般要遠大于SM光纖的有效模場。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)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受到插芯和接頭終端的限制。

請注意，曲線上的值只是在合理的操作和對準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行測試，盡量降低損傷風(fēng)險。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)該被看作實驗室消耗品。

光纖內(nèi)的損傷閾值

除了空氣玻璃界面的損傷機制外，光纖本身的損傷機制也會限制光纖使用的功率水平。這些限制會影響所有的光纖組件，因為它們存在于光纖本身。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使其無法全反射，光在某個區(qū)域就會射出光纖，這時候就會產(chǎn)生彎曲損耗。射出光纖的光一般功率密度較高，會燒壞光纖涂覆層和周圍的松套管。

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。通過使包層/涂覆層界面的臨界角高于纖芯/包層界面的臨界角，射出纖芯的光就會被限制在包層內(nèi)。這些光會在幾厘米或者幾米的距離而不是光纖內(nèi)的某個局部點漏出，從而大限度地降低損傷。Thorlabs生產(chǎn)并銷售0.22 NA雙包層多模光纖，它們能將適用功率提升百萬瓦的范圍。

光暗化

光纖內(nèi)的第二種損傷機制稱為光暗化或負感現(xiàn)象，一般發(fā)生在紫外或短波長可見光，尤其是摻鍺纖芯的光纖。在這些波長下工作的光纖隨著曝光時間增加，衰減也會增加。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光時還是會有光暗化產(chǎn)生，因此用于這些波長下的光纖應(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。而對于具體的產(chǎn)品，用戶還是應(yīng)該根據(jù)輔助文獻或手冊中給出的具體指南操作。只有遵守了所有恰當?shù)那鍧嵑筒僮鞑襟E，損傷閾值的計算才會適用。

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，會增加光在熔接界面的散射，從而成為光纖損傷的來源。

對準系統(tǒng)和優(yōu)化耦合時，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

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)對準和非常干凈的光纖端面)，光纖元件適用的功率可能會增大。用戶先必須在他們的系統(tǒng)內(nèi)驗證光纖的性能和穩(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光纖的對準步驟也是重要的。在對準過程中，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，會發(fā)生散射引起損傷

使用光纖熔接機將光纖組件熔接到系統(tǒng)中，可以增大適用的功率，因為它可以大程度地減少空氣/光纖界面損傷的可能性。用戶應(yīng)該遵守所有恰當?shù)闹笇?dǎo)來制備，并進行高質(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試并對準系統(tǒng)。然后將系統(tǒng)功率緩慢增加到所希望的輸出功率，同時周期性地驗證所有組件對準良好，耦合效率相對光學(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，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，進而損傷光纖。請在操作過程中不要破壞或突然彎曲光纖，以盡可能地減少彎曲損耗。

用戶應(yīng)該針對給定的應(yīng)用選擇合適的光纖。例如，大模場光纖可以良好地代替標準的單模光纖在高功率應(yīng)用中使用，因為前者可以提供更佳的光束質(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，因為這些應(yīng)用與高空間功率密度相關(guān)。

多模光纖跳線，方形纖芯

這些跳線具有優(yōu)化了FRD或擾模增益性能的版本，適合天文應(yīng)用。更多信息，請看應(yīng)用標簽。