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)波長范圍285 nm - 4.5 µm，或者氟化銦(InF₃)波長范圍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

兼容可見光波長對準(zhǔn)光束

用于光譜技術(shù)，紅外對抗(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?？蓡为氋徺I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光纖在更長波長下具有透明性。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聯(lián)激光器(QCL)和帶間級聯(lián)激光器(ICL)，它們在中紅外范圍內(nèi)提供寬帶或單波長發(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器。

InF₃跳線的310 nm - 5.5 µm波長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看這里。)

裸纖規(guī)格

光纖的工作波長范圍定義為衰減度< 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，范圍外的性能并沒有經(jīng)過嚴(yán)格檢測，而且可能因工序不同而變化。

為了減小因工序引起的變化，特別是在波長范圍的兩端，我們在不停地完善新材料的工藝。如果您擔(dān)心收到的光纖不滿足您的需求，關(guān)于目前提供的產(chǎn)品詳情請聯(lián)系技術(shù)支持。

衰減

該曲線圖是從五根獨立抽取的纖芯直徑200 µm的ZrF₄光纖測量的衰減曲線。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抽取的纖芯直徑600 µm的ZrF₄光纖測量的衰減曲線。

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

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算得到的。

這些數(shù)值孔徑值是利用下圖所示的折射率計算得到的。

折射率

這些折射率是用Sellmeier方程計算得到的。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

一般的實驗室溫度和濕度不會影響光纖的完整性。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，因為PC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。

因為氟化物玻璃壁石英玻璃更軟，拋光后會是平頭光纖端。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。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，比如通過匹配套管或連接頭連接時會有傳輸損耗，因為光纖纖芯沒有直接接觸。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)常可以被忽略。

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(jìn)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(jìn)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(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。

實驗觀測

Thorlabs實驗觀測：利用多模光纖修改光束輪廓

我們在此給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驗測量結(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)入多模光纖跳線時的入射角所產(chǎn)生的影響。將光垂直聚焦于光纖面，會產(chǎn)生近高斯輸出光束輪廓(圖1)，增大入射角則會產(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。

實驗中，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FT200EMT)作為聚焦光束耦合的待測光纖。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，都要優(yōu)化輸入光纖的對準(zhǔn)，同時用功率計監(jiān)測輸出功率，確保實現(xiàn)大的耦合。然后，在9秒的曝光時間下采集圖像，并評估光束輪廓的形狀。注意，曝光過程中，會在耦合光學(xué)元件之間(待測光纖之前)手動旋轉(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)了實驗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，請看圖1)變成高帽分布(子午光線和斜光線混合，請看圖2)，再變成甜甜圈分布(主要是斜光線，請看圖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)使用的實驗裝置和總結(jié)結(jié)果詳情，請點擊這里。

圖 1.
入射角為0°時獲得的近高斯光束輪廓(垂直于光纖面)

圖 2.
入射角為11°時獲得的高帽光束輪廓

圖 3.
入射角為15°時獲得的甜甜圈光束輪廓

圖 4.
對應(yīng)近高斯輸出輪廓的子午光線傳播

圖 5.
對應(yīng)甜甜圈輪廓的斜光線傳播

圖 6.
對應(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

?  庫存提供1米和2米的長度

?  長度可定制，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，關(guān)鍵參數(shù)以及批次。

a.    光纖的工作波長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)簽中有其它波長下的NA數(shù)值孔徑曲線圖。

c.    更多信息請看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

?  庫存提供1米和2米的長度

?  長度可定制，具體請聯(lián)系技術(shù)支持

?  硬質(zhì)，Ø3.0 mm塑料護(hù)套

?  含有兩個保護(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，關(guān)鍵參數(shù)以及批次

光纖的工作波長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)簽中有其它波長下的NA數(shù)值孔徑曲線。

更多信息請看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

庫存提供1米和2米的長度

長度可定制，具體請聯(lián)系技術(shù)支持

硬質(zhì)，Ø3.0 mm塑料護(hù)套

含有兩個保護(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)有項目號，關(guān)鍵參數(shù)以及批號

a.    光纖的工作波長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)簽中有其它波長下的NA數(shù)值孔徑曲線。

c.    更多信息請看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

?  庫存長度為1 m

?  若需定制長度，請聯(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，關(guān)鍵規(guī)格。產(chǎn)品批號在單獨的白色套管上給出。

光纖的工作波長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)簽中包含其它波長下的數(shù)值孔徑曲線。

由不銹鋼套限制。

請參見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

?  庫存提供1米長度

?  可定制長度，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

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

光纖的工作波長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)簽含有其它波長下的NA的曲線圖。

更多信息請看FC接頭標(biāo)簽。

光纖端的俯視圖