Thorlabs中紅外多模氟化物光纖跳線

Thorlabs中紅外多模氟化物光纖跳線特性

ZBLAN氟化鋯
(ZrF₄)波長(zhǎng)范圍285 nm - 4.5 µm，或者氟化銦(InF₃)波長(zhǎng)范圍310 nm - 5.5 µm

ZrF₄纖芯尺寸：Ø100 µm、Ø200 µm、Ø450 µm或Ø600 µm

InF₃纖芯尺寸：Ø100 µm

兼容可見光波長(zhǎng)對(duì)準(zhǔn)光束

用于光譜技術(shù)，紅外對(duì)抗(IRCM)系統(tǒng)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

菲涅爾反射損耗低：每面< 4%

我們的IRPhotonics^®多模氟化物跳線設(shè)計(jì)用于中紅外光譜范圍的低損耗傳輸。它們使用Thorlabs的氟化物光纖制造，ZBLAN氟化鋯(ZrF₄)跳線的傳輸范圍在285 nm4.5 µm，而我們的氟化銦(InF₃)光纖跳線的傳輸范圍在310 nm - 5.5µm。ZrF₄光纖，InF₃光纖和低羥基石英光纖的比較曲線請(qǐng)看右邊。

這些氟化物光纖跳線提供與標(biāo)準(zhǔn)石英光纖跳線相似的機(jī)械靈活性，環(huán)境穩(wěn)定性好，并且中紅外光譜范圍內(nèi)的衰減曲線平穩(wěn)(詳情參見規(guī)格標(biāo)簽)。由于氟化物玻璃的透射范圍低紫外線范圍，因此可見光(比如由光纖耦合激光器產(chǎn)生的激光)可沿著相同光纖作為對(duì)準(zhǔn)輔助進(jìn)行傳播。光纖跳線的數(shù)值孔徑(NA)在其特定衰減度范圍上保持相對(duì)恒定(參見曲線標(biāo)簽)。

每條跳線兩端的終端接頭為分別與SMA905或FC/PC連接組件兼容的金屬插芯連接器(詳情參見FC連接器標(biāo)簽)。每條跳線包括兩個(gè)保護(hù)帽，它們用來保護(hù)插芯端以屏蔽灰塵和其它危害?？蓡为?dú)購(gòu)買用于兼容FC/PC的跳線的CAPF(塑膠質(zhì))和CAPFM(金屬)替換保護(hù)帽，或用于SMA905終端跳線的CAPM(橡膠)和CAPMM(金屬)替換保護(hù)帽。

對(duì)于光譜學(xué)和照明應(yīng)用，Thorlabs還制造兩根光纖的氟化物分叉光纖束。

氟化鋯(ZrF₄)光纖比氟化銦(InF₃)光纖在中紅外范圍內(nèi)提供更平坦的衰減，而InF₃光纖比ZrF₄光纖在更長(zhǎng)波長(zhǎng)下具有透明性。跳線中通常使用的石英光纖在中紅外范圍內(nèi)不具透明性。

使用建議

由于氟化物玻璃比標(biāo)準(zhǔn)石英玻璃更軟，因此不能用Kimwipes擦拭紙來清潔這些跳線。其它氟化物光纖特定的使用建議請(qǐng)參見操作標(biāo)簽。與無端光纖相比，這些跳線所能承受的大功率是受連接器限制的。取決于應(yīng)用，我們推薦以約300 mW的大CW功率使用這些跳線。

中紅外應(yīng)用

這些跳線由于它們的寬傳輸范圍和平穩(wěn)衰減度，非常適用于我們的量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL)和帶間級(jí)聯(lián)激光器(ICL)，它們?cè)谥屑t外范圍內(nèi)提供寬帶或單波長(zhǎng)發(fā)射。它們也與我們的SLS202L穩(wěn)定型光源良好匹配，這種穩(wěn)定光源提供了從可見光到中紅外范圍的黑體輻射光譜。我們推薦將Ø100 µm纖芯的跳線與我們的光譜分析儀配合使用。其它應(yīng)用實(shí)例如下圖所示。

氟化物跳線可通過光纖轉(zhuǎn)接件連接到我們的中紅外光電探測(cè)器。

InF₃跳線的310 nm - 5.5 µm波長(zhǎng)范圍使其非常適用于利用我們穩(wěn)定光源的照明應(yīng)用。

在這種裝置中，使用一根ZrF₄
跳線將中紅外光傳播到氣相光譜應(yīng)用的樣本腔中。(圖中裝置的更多信息請(qǐng)看這里。)

裸纖規(guī)格

光纖的工作波長(zhǎng)范圍定義為衰減度< 3 dB/m (每米的透過率>50%)的區(qū)域。

曲線標(biāo)簽中含有其它波長(zhǎng)的NA數(shù)值孔徑曲線。

短期彎曲半徑受到不銹鋼護(hù)套的限制。

曲線

該標(biāo)簽包含了我們的氟化物光纖的衰減，數(shù)值孔徑和折射率隨波長(zhǎng)變化的曲線圖。

下圖中陰影部分表示可以保證光纖滿足衰減規(guī)格的特定波長(zhǎng)范圍。我們的纖芯直徑為100 µm，200 µm，和450 µm的ZrF₄線纜在
2.0到3.6 µm范圍上衰減度≤0.2 dB/m (每米透過率≥95%)，我們的纖芯直徑為600 µm 的ZrF₄線纜在2.0到3.6 µm范圍上衰減度≤0.25 dB/m(每米透過率≥94%)。相比之下，我們的InF₃光纖跳線在2.0到4.6 µm范圍上衰減度≤0.45 dB/m (每米透過率≥90%)。在質(zhì)量控制時(shí)，范圍外的性能并沒有經(jīng)過嚴(yán)格檢測(cè)，而且可能因工序不同而變化。

為了減小因工序引起的變化，特別是在波長(zhǎng)范圍的兩端，我們?cè)诓煌５赝晟菩虏牧系墓に嚒Ｈ绻鷵?dān)心收到的光纖不滿足您的需求，關(guān)于目前提供的產(chǎn)品詳情請(qǐng)聯(lián)系技術(shù)支持。

衰減

該曲線圖是從五根獨(dú)立抽取的纖芯直徑200 µm的ZrF₄光纖測(cè)量的衰減曲線。這些數(shù)據(jù)代表我們的纖芯直徑為100 µm，200 µm和450 µm光纖的數(shù)據(jù)。

該圖中的曲線是從五根單獨(dú)抽取的纖芯直徑600 µm的ZrF₄光纖測(cè)量的衰減曲線。

該曲線圖是從五根單獨(dú)抽取的纖芯直徑100 µm的InF₃光纖測(cè)量的衰減曲線。

數(shù)值孔徑

這些數(shù)值孔徑值是利用下圖所示的折射率計(jì)算得到的。

這些數(shù)值孔徑值是利用下圖所示的折射率計(jì)算得到的。

折射率

這些折射率是用Sellmeier方程計(jì)算得到的。下表列出擬合中用到的Sellmeier系數(shù)。

這些折射率是將Sellmeier方程擬合測(cè)量數(shù)據(jù)得到的。下表列出擬合中用到的Sellmeier系數(shù)

Sellmeier Equation

Sellmeier Equation

操作

該標(biāo)簽描述了在日常使用中標(biāo)準(zhǔn)石英光纖跳線和氟化物光纖跳線之間的相似和不同之處。

環(huán)境因素

一般的實(shí)驗(yàn)室溫度和濕度不會(huì)影響光纖的完整性。但是應(yīng)該避免拉伸、直接接觸液態(tài)水或水蒸氣。

FC接頭

使用標(biāo)準(zhǔn)石英光纖跳線是一般選擇FC/PC或FC/APC接頭，因?yàn)镻C和APC拋光面為圓頂頭可以使匹配的兩根跳線的纖芯直接接觸，從而將跳線界面之間接觸損耗降到小。

因?yàn)榉锊ＡП谑⒉ＡЦ洠瑨伖夂髸?huì)是平頭光纖端。根據(jù)跳線的不同，光纖端可以根據(jù)插芯稍微地凹下去一點(diǎn)。因此，氟化物光纖跳線既不是FC/PC接頭（PC指直接接觸）也不是FC/APC（APC指有角度的直接接觸）接頭。

平光纖端不會(huì)影響輸出是耦合到自由空間的應(yīng)用，但是在連接FC接頭的光纖跳線時(shí)，比如通過匹配套管或連接頭連接時(shí)會(huì)有傳輸損耗，因?yàn)楣饫w纖芯沒有直接接觸。由于FC終端的跳線之間的間隔一般要小于SMA905終端（使用空氣間隔插芯）的跳線間的典型間隔，這些損耗經(jīng)?？梢员缓雎浴?/span>

下圖是一根氟化物成品跳線末端的二維圖和三維圖。

標(biāo)準(zhǔn)FC/PC接頭為圓頂型末端面

FC終端的氟化物跳線有平坦的拋光末端面

該圖為一根平面拋光FC氟化物跳線的Ø100微米纖芯末端的二維表面輪廓圖。X和Y軸的單位是 微米。虛線圓和直線用于眼睛觀察指導(dǎo)。金屬插芯和跳線內(nèi)側(cè)的界面根據(jù)藍(lán)色虛線圓中的綠色圓查看。

該圖為一根平面拋光FC氟化物跳線的Ø100微米纖芯末端的三維分布圖。虛線圓用于眼睛觀察指導(dǎo)。金屬插芯和跳線內(nèi)側(cè)的界面根據(jù)黑色圓和藍(lán)色圓之間的的圓形凹陷來查看。

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說，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。

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

氟化銦中紅外光纖跳線，纖芯Ø100 µm，數(shù)值孔徑0.26

?  SMA905，或帶金屬插芯、兼容FC/PC的接頭

?  庫(kù)存提供1米和2米的長(zhǎng)度

?  長(zhǎng)度可定制，具體聯(lián)系技術(shù)支持

?  硬質(zhì)，Ø3.0 mm塑料護(hù)套

?  包含兩個(gè)保護(hù)帽

SMA905終端的跳線：不銹鋼端帽

兼容FC/PC接頭的跳線：塑料端帽

每根氟化物跳線都標(biāo)有產(chǎn)品型號(hào)，關(guān)鍵參數(shù)以及批次。

a.    光纖的工作波長(zhǎng)范圍定義為衰減度小于3 dB/m(每米的透過率大于50%)的區(qū)域。

b.    曲線標(biāo)簽中有其它波長(zhǎng)下的NA數(shù)值孔徑曲線圖。

c.    更多信息請(qǐng)看FC接頭標(biāo)簽。

氟化鋯中紅外光纖跳線，纖芯Ø100 µm，數(shù)值孔徑0.20

?  SMA905，或帶金屬插芯、兼容FC/PC的接頭

?  庫(kù)存提供1米和2米的長(zhǎng)度

?  長(zhǎng)度可定制，具體請(qǐng)聯(lián)系技術(shù)支持

?  硬質(zhì)，Ø3.0 mm塑料護(hù)套

?  含有兩個(gè)保護(hù)端帽

SMA905終端跳線：不銹鋼端帽

兼容FC/PC接頭的線纜：塑料端帽

每根氟化物跳線都標(biāo)有產(chǎn)品型號(hào)，關(guān)鍵參數(shù)以及批次

光纖的工作波長(zhǎng)范圍定義為衰減度小于3 dB/m(每米的透過率大于50%)的區(qū)域。

曲線標(biāo)簽中有其它波長(zhǎng)下的NA數(shù)值孔徑曲線。

更多信息請(qǐng)看FC接頭標(biāo)簽。

氟化鋯中紅外光纖跳線，纖芯Ø200 µm，數(shù)值孔徑0.20

SMA905，或帶金屬插芯、兼容FC/PC的接頭

庫(kù)存提供1米和2米的長(zhǎng)度

長(zhǎng)度可定制，具體請(qǐng)聯(lián)系技術(shù)支持

硬質(zhì)，Ø3.0 mm塑料護(hù)套

含有兩個(gè)保護(hù)端帽

SMA905終端跳線：不銹鋼端帽

兼容FC/PC接頭的跳線：塑料端帽

每根氟化物跳線都標(biāo)有項(xiàng)目號(hào)，關(guān)鍵參數(shù)以及批號(hào)

a.    光纖的工作波長(zhǎng)范圍定義為衰減度小于3 dB/m（每米的透過率大于50%）的區(qū)域。

b.    曲線標(biāo)簽中有其它波長(zhǎng)下的NA數(shù)值孔徑曲線。

c.    更多信息請(qǐng)看FC接頭標(biāo)簽。

氟化鋯中紅外光纖跳線，纖芯Ø450 µm，數(shù)值孔徑0.20

?  SMA905或兼容FC/PC的金屬套接頭

?  庫(kù)存長(zhǎng)度為1 m

?  若需定制長(zhǎng)度，請(qǐng)聯(lián)系技術(shù)支持

?  Ø3.8 mm不銹鋼套，小彎曲半徑為50 mm

?  包括兩個(gè)保護(hù)端帽

SMA905端口的跳線: 不銹鋼端帽

兼容FC/PC接頭的跳線:塑料端帽

光纖端帽的俯視圖

光纖端帽的仰視圖

每根氟化物跳線都刻有產(chǎn)品型號(hào)，關(guān)鍵規(guī)格。產(chǎn)品批號(hào)在單獨(dú)的白色套管上給出。

光纖的工作波長(zhǎng)范圍定義為衰減度小于3 dB/m（每米的透過率大于50%）的區(qū)域。

曲線標(biāo)簽中包含其它波長(zhǎng)下的數(shù)值孔徑曲線。

由不銹鋼套限制。

請(qǐng)參見FC接頭標(biāo)簽查看更多詳情。

氟化鋯中紅外光纖跳線，纖芯Ø600 µm，數(shù)值孔徑0.20

?  SMA905，或帶金屬插芯、兼容FC/PC的接頭

?  庫(kù)存提供1米長(zhǎng)度

?  可定制長(zhǎng)度，具體聯(lián)系技術(shù)支持

?  Ø8.0 mm的不銹鋼護(hù)套，小彎曲半徑是140 mm

?  附帶兩個(gè)保護(hù)帽

SMA905端頭的跳線: 不銹鋼保護(hù)帽

FC/PC端頭的跳線: 塑料保護(hù)帽

光纖端的俯視圖

光纖端的仰視圖

每個(gè)氟化物光纖跳線上刻有產(chǎn)品型號(hào)和關(guān)鍵規(guī)格。產(chǎn)品批號(hào)在單獨(dú)的白色套管上給出(未圖示)。

光纖的工作波長(zhǎng)范圍定義為衰減度小于3 dB/m（每米的透過率大于50%）的區(qū)域。

曲線標(biāo)簽含有其它波長(zhǎng)下的NA的曲線圖。

更多信息請(qǐng)看FC接頭標(biāo)簽。

光纖端的俯視圖