Thorlabs多模光纖跳線，兼容超高真空和高溫

Thorlabs多模光纖跳線，兼容超高真空和高溫

多模光纖跳線特性

• 兼容超高真空(UHV)：

真空水平低1 x10^-10Torr

無護套光纖設(shè)計大程度地減少了表面區(qū)域，以減少氣體釋放

使用兼容真空的環(huán)氧樹脂和304不銹鋼SMA905接頭

所有產(chǎn)品經(jīng)過清潔，然后以雙層真空密封的包裝形式發(fā)貨

兼容Thorlabs的SMA真空饋通

• 兼容高溫：

鍍聚酰亞胺膜的光纖，能夠在高250 °C下連續(xù)工作

耐熱元件和跳線設(shè)計

• 數(shù)值孔徑0.22的階躍折射率光纖

纖芯Ø100、Ø200、Ø400或Ø600 µm

波長范圍180 nm - 1150 nm(高羥基)或380 nm - 2200 nm(低羥基)

庫存標準產(chǎn)品長度有0.5 m和1 m

• 提供定制長度和纖芯尺寸；具體請聯(lián)系技術(shù)支持techsupport-cn@thorlabs.com

Thorlabs兼容超高真空和高溫的多模光纖跳線屬于兼容真空的系列產(chǎn)品，適用于氣壓低10^-10Torr的UHV環(huán)境及高250 °C下的連續(xù)工作。高羥基跳線的工作范圍為180 - 1150 nm，而低羥基跳線的工作范圍為380 - 2200 nm。庫存纖芯Ø100、Ø200、Ø400或Ø600 µm的標準跳線長度有0.5 m和1 m。

低羥基和高羥基兼容UHV高溫跳線的光纖衰減數(shù)據(jù)

兼容超高真空

這些跳線具有無護套光纖設(shè)計，大程度地減少了表面區(qū)域，以減少低10^-10
Torr真空環(huán)境下的氣體釋放速率。每根跳線兩端都有兼容真空的SMA905接頭和由304不銹鋼制成的套管。跳線中使用的環(huán)氧樹脂(型號353NDPK)經(jīng)過NASA測試適合低釋氣應(yīng)用。組裝的跳線同樣經(jīng)過嚴格測試，確保在這些UHV環(huán)境下釋氣少(詳情請看工作標簽)。這些跳線可與我們的SMA真空饋通和ADASMAV兼容真空的匹配套管配合使用。

兼容高溫

對于高溫條件，這些跳線經(jīng)過設(shè)計和測試，能夠在高250 °C的環(huán)境下連續(xù)工作(>8小時)或在高280 °C的環(huán)境下間歇使用(一分鐘只一小時)。組成跳線的材料都是耐熱的；我們使用鍍聚酰亞胺膜的光纖、304不銹鋼光纖接頭和耐高溫的環(huán)氧樹脂。產(chǎn)品在高溫爐中經(jīng)過測試，確保跳線滿足高溫條件下的光學規(guī)格(詳情請看工作標簽)。

每根跳線有兩個金屬保護蓋，防止插芯端受到灰塵污染或其他損害。SMA905終端跳線更換用的CAPM(橡膠)和CAPMM(金屬)保護蓋單獨提供。請注意，保護蓋既不兼容真空，也不耐熱。

定制兼容UHV和高溫的跳線

這些光纖跳線為需要在高真空或高溫環(huán)境中工作的應(yīng)用提供了一種集成光纖的解決方案。為了兼容大量的實驗設(shè)備，我們可以生產(chǎn)不同纖芯尺寸或不同長度的光纖跳線。請注意，我們僅提供SMA接頭。如需訂購定制光纖跳線，請聯(lián)系技術(shù)支持techsupport-cn@thorlabs.com。

工作

這些兼容超高真空和高溫的跳線經(jīng)過嚴格測試，確保在的環(huán)境下能夠維持機械完整性和光學性能。組裝和測試過程中確定連續(xù)工作和間歇工作的高溫度和真空條件。連續(xù)工作連續(xù)工作定義為在真空或高溫條件下連續(xù)使用時間超過8小時。為了測試這種用途，我們將跳線放置在高真空(1 x 10^-9
Torr)或高溫(250 °C)環(huán)境8小時，并監(jiān)測插入損耗。在這些條件下，對跳線進行跳線粘合和插入損耗測試，以分別確定機械完整性和光學性能。間歇工作間歇工作是指在的溫度條件下1分鐘1小時的使用時間。這些條件是根據(jù)光纖跳線制造和組裝中使用的材料特性而不是基于測試來確定的。因此，如果在這些條件下長時間使用，Thorlabs無法保證跳線的機械性能和光學性能。

多模光纖教程

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??；但彎曲半徑小于光纖的推薦彎曲半徑時，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?？梢圆粋鞑?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

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)。

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)。

SMA-SMA光纖跳線，兼容超高真空和高溫，Ø100 µm，數(shù)值孔徑0.22

這些跳線可以在低10^-10Torr的真空環(huán)境和高250 °C的溫度下連續(xù)工作(>8小時)。它們也可以在高280 °C的溫度下間歇工作(1分鐘1小時)。

在波長300 nm以下時可能發(fā)生負感現(xiàn)象。我們還提供抗負感多模光纖。

SMA-SMA光纖跳線，兼容超高真空和高溫，Ø200 µm，數(shù)值孔徑0.22

這些跳線可以在低10^-10Torr的真空環(huán)境和高250 °C的溫度下連續(xù)工作(>8小時)。它們也可以在高280 °C的溫度下間歇工作(1分鐘1小時)。

在波長300 nm以下時可能發(fā)生負感現(xiàn)象。我們還提供抗負感多模光纖。

SMA-SMA光纖跳線，兼容超高真空和高溫，Ø400 µm，數(shù)值孔徑0.22

這些跳線可以在低10^-10Torr的真空環(huán)境和高250 °C的溫度下連續(xù)工作(>8小時)。它們也可以在高280 °C的溫度下間歇工作(1分鐘1小時)。

在波長300 nm以下時可能發(fā)生負感現(xiàn)象。我們還提供抗負感多模光纖。

SMA-SMA光纖跳線，兼容超高真空和高溫，Ø600 µm，數(shù)值孔徑0.22

這些跳線可以在低10^-10Torr的真空環(huán)境和高250 °C的溫度下連續(xù)工作(>8小時)。它們也可以在高280 °C的溫度下間歇工作(1分鐘1小時)。

在波長300 nm以下時可能發(fā)生負感現(xiàn)象。我們還提供抗負感多模光纖。

損傷的光纖端面