產品介紹

Thorlabs光纖后向反射器

Thorlabs光纖后向反射器特性

SM、PM或MM光纖后向反射鏡

一端有保護層的銀膜

從450 nm到光纖的波長上限，R_avg ≥ 97.5%

具有2.0 mm窄鍵FC/PC或FC/APC的版本可選

適用于高功率為300 mW的激光

長1米的電線

Thorlabs公司的光纖鍍膜后向反射器設計用于將通過接頭輸入的光從光纖中向后反射。它們可以用于產生一個光纖干涉儀或用于構建一個低功率光纖激光器。這些后向反射器極其適合用于準確測量發(fā)射機、放大器和其它器件的后向反射規(guī)格(請從參看應用標簽了解更多細節(jié))。

我們的光纖后向反射器具有單模(SM)、保偏(PM)或多模(MM)光纖這幾種版本。光纖插芯的一端有一層保護層的銀膜，可以為450 nm到光纖波長上限的范圍內提供≥97.5%的平均反射率(請參看右上圖表)。該末端封裝在?9.8 mm(0.39英寸)的不銹鋼外殼中，上面刻有部件型號(請參看上圖)。套管的另一端接有一個FC/PC(可以是SM、PM或MM光纖)或FC/APC(可以是SM或PM)的2.0 mm窄鍵接頭。對于PM光纖，窄鍵與其慢軸對準。

每一根跳線都包含一個保護帽，防止灰塵或者其它污染物附著在插芯末端。額外的CAPF塑料光纖保護帽和FC/PC和FC/APC CAPFM金屬螺紋光纖保護帽需要單獨購買。

跳線可以通過匹配套管進行耦合，它可以將后向反射小化，并保證光纖的可連接末端之間能夠有效對準。我們還提供定制接頭和金屬鍍膜(金膜和鋁膜)服務。請聯(lián)系Thorlabs公司的技術支持了解更多信息。

這些光纖后向反射器的反射末端可以通過不銹鋼外殼上的標識辨認.

平整基底上所測反射鏡鍍膜的反射率

應用

光纖后向反射器在產生各種全光纖器件(如光纖干涉儀、可調后向反射器和光纖放大器等)時是十分有效的。當一個后向反射器被安裝在一段光纖的末端時，它可以將平均≥97.5%的光(從450 nm到光纖的波長上限)反射回光纖當中。這在光纖反射儀中是極其有效的，這樣一來就不需要自由空間偶合，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的參考臂。

圖1顯示了一臺掃頻光源OCT(SS-OCT)干涉儀，它采用了一個光纖后向反射器。
光纖耦合器 (FC) 把光線分成樣本和參考臂；參考臂有偏振控制器 (PC)。反射光通過環(huán)形器 (CIR)直接回到探測器。SS-OCT系統(tǒng)采用一臺掃頻光源和光電探測器，可以快速產生同類型的干涉圖。由于掃頻激光光源的快速掃頻特性，各分立波長的高峰值功率可以用于對樣品進行照明，從而在減小光學損傷的同時產生更高的靈敏度。

這些后向反射器的另一個實際應用為構建可調后向反射器，如圖2所示。下游后向反射器的反饋信號會引起一些器件的不穩(wěn)定，如激光二極管等。通過采用一個可調后向反射器，就可以確定器件對后向反射的靈敏度?？烧{衰減器可以讓用戶對器件引入標準反射。通過分析后向反射效應，用戶可以計算器件的噪聲水平、誤碼率、失真等參數(shù)。這樣有效的計算器件很容易通過一個光纖耦合器、可調衰減器和光纖后向反射器進行構建。

圖3顯示了這些光纖后向反射器如何用于全光纖放大器的實例。其中，將一個光纖后向反射器置于一根摻餌光纖的末端，將光朝著入射光的方向反射回光纖中。用一個環(huán)形器直接將輸入光和放大輸出光導入其合適的光路中，這樣一來偏振控制和自由空間光耦合就不需要使用偏振分束立方體。

多模光纖教程

在光纖中引導光

光纖屬于光波導，光波導是一種更為廣泛的光學元件，可以利用全內反射(TIR)在固體或液體結構中限制并引導光。光纖通常可以在眾多應用中使用；常見的例子包括通信、光譜學、照明和傳感器。

比較常見的玻璃(石英)纖維使用一種稱之為階躍折射率光纖的結構，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成。在光纖中以臨界角入射時，光會在纖芯/包層界面產生全反射，而不會折射到周圍的介質中。為了達到TIR的條件，發(fā)射到光纖中入射光的角度必須小于某個角度，即接收角，θ_acc。根據(jù)斯涅耳定律可以計算出這個角：

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)是一個無量綱量，由光纖制造商用來確定光纖的接收角，表示為：

對于芯徑(多模)較大的階躍折射率光纖，使用這個等式可以直接計算出NA。NA也可以由實驗確定，通過追蹤遠場光束分布并測量光束中心與光強為大光強5%的點之間的角度即可；但是，直接計算NA得出的值更為準確。

光纖的全內反射

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模。根據(jù)纖芯/包層區(qū)域的尺寸、折射率和波長，單光纖內可支持從一種到數(shù)千種模式。而其中常使用兩種為單模(支持單導模)和多模(支持多種導模)。在多模光纖中，低階模傾向于在空間上將光限制在纖芯內；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。

使用一些簡單的計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，也就是常說的V值，是一個無量綱的數(shù)，與自由空間頻率成比例，但被歸為光纖的引導屬性。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。多模光纖的V值非常大；例如，芯徑為?50 µm、數(shù)值孔徑為0.39的多模光纖，在波長為1.5 µm時，V值為40.8。

對于具有較大V值的多模光纖，可以使用下式近似計算其支持的模式數(shù)量：

上面例子中，芯徑為?50 µm、NA為0.39的多模光纖支持大約832種不同的導模，這些?？梢酝瑫r穿過光纖。

單模光纖V值必須小于截止頻率2.405，這表示在這個時候，光只耦合到光纖的基模中。為了滿足這個條件，單模光纖的纖芯尺寸和NA要遠小于同波長下的多模光纖。例如SMF-28超單模光纖的標稱NA為0.14，芯徑為?8.2 µm，在波長為1550
nm時，V值為2.404。

衰減來源

光纖損耗，也稱之為衰減，是光纖的特性，可以通過量化來預測光纖裝置內的總透射功率損耗。這些損耗來源一般與波長相關，因光纖的使用材料或光纖的彎曲等而有所差異。常見衰減來源的詳情如下：

吸收標準光纖中的光通過固體材料引導，因此，光在光纖中傳播會因吸收而產生損耗。標準光纖使用熔融石英制造，經優(yōu)化可在波長1300 nm-1550 nm的范圍內傳播。波長更長(>2000
nm)時，熔融石英內的多聲子相互作用造成大量吸收。使用氟化鋯、氟化銦等氟氧物玻璃制造中紅外光纖，主要是因為它們處于這些波長范圍時損耗較低。氟化鋯、氟化銦的多聲子邊分別為~3.6 µm和~4.6 µm。

光纖內的污染物也會造成吸收損耗。其中一種污染物就是困在玻璃纖維中的水分子，可以吸收波長在1300 nm和2.94 µm的光。由于通信信號和某些激光器也是在這個區(qū)域里工作，光纖中的任意水分子都會明顯地衰減信號。

玻璃纖維中離子的濃度通常由制造商控制，以便調節(jié)光纖的傳播/衰減屬性。例如，石英中本來就存在羥基(OH-)，可以吸收近紅外到紅外光譜的光。因此，羥基濃度較低的光纖更適合在通信波長下傳播。而羥基濃度較高的光纖在紫外波長范圍時有助于傳播，因此，更適合對熒光或UV-VIS光譜學等應用感興趣的用戶。

散射對于大多數(shù)光纖應用來說，光散射也是損耗的來源，通常在光遇到介質的折射率發(fā)生變化時產生。這些變化可以是由雜質、微粒或氣泡引起的外在變化；也可以是由玻璃密度的波動、成分或相位態(tài)引起的內在變化。散射與光的波長呈負相關關系，因此，在光譜中的紫外或藍光區(qū)域等波長較短時，散射損耗會比較大。使用恰當?shù)墓饫w清潔、操作和存儲存步驟可以盡可能地減少光纖*的雜質，避免產生較大的散射損耗。

彎曲損耗因光纖的外部和內部幾何發(fā)生變化而產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；例如，將其卷成圈。如右圖所示，引導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損傷的幾率；FSR1光纖纏繞盤設計用來大程度地減少高彎曲損耗。

微彎損耗由光纖的內部幾何，尤其是纖芯和包層發(fā)生變化而產生。光纖結構中的這些隨機變化(即凸起)會破壞全內反射所需的條件，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造成的缺陷而產生。

包層模雖然多模光纖中的大多數(shù)光通過纖芯內的TIR引導，但是由于TIR發(fā)生在包層與涂覆層/保護層的界面，在纖芯和包層內引導光的高階模也可能存在。這樣就產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，用戶應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，用戶應該遵守下面描述的"實際安全水平"該，以安全操作相關元件?？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。關于特定應用中光纖功率適用能力的深入討論，請聯(lián)系技術支持[email protected]。

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

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損傷機制的低功率水平限制(由實線表示)。

單模后向反射器

a.     所有規(guī)格都基于無終端的光纖數(shù)據(jù)

b.     模場直徑(MFD)是標稱計算值，在工作波長下通過典型NA值和光纖的截止波長進行估算所得。

c.     這是典型的插入損耗，代表輸入和輸出通道之和。

保偏后向反射器

a.     所有規(guī)格都基于無接頭光纖的數(shù)據(jù)。

b.     模場直徑(MFD)是標稱計算值，在工作波長下通過典型數(shù)值孔徑值和光纖的截止波長進行估算。

c.     插入損耗表示輸入與輸出通道的損耗之和。

d.     接頭與慢軸對準

多模后向反射器

a.     所有規(guī)格都基于無端接光纖數(shù)據(jù)

b.     這些后向反射器上采用的銀膜設計用于高于450納米的波長。盡管光纖的工作波長為400 - 2400納米，但該鍍膜限制了后向反射器的較低工作波長邊界。

損傷的光纖端面