Thorlabs中红外多模氟化物光纤跳线

Thorlabs中红外多模氟化物光纤跳线

Thorlabs中红外多模氟化物光纤跳线特性

ZBLAN氟化锆
(ZrF₄)波长范围285 nm - 4.5 μm，或者氟化铟(InF₃)波长范围310 nm - 5.5 μm

ZrF₄纤芯尺寸：?100 μm、?200 μm、?450 μm或?600 μm

InF₃纤芯尺寸：?100 μm

兼容可见光波长对准光束

用于光谱技术，红外对抗(IRCM)系统和医学领域

菲涅尔反射损耗低：每面< 4%

我们的IRPhotonics^?多模氟化物跳线设计用于中红外光谱范围的低损耗传输。它们使用Thorlabs的氟化物光纤制造，ZBLAN氟化锆(ZrF₄)跳线的传输范围在285 nm4.5 μm，而我们的氟化铟(InF₃)光纤跳线的传输范围在310 nm - 5.5μm。ZrF₄光纤，InF₃光纤和低羟基石英光纤的比较曲线请看右边。

这些氟化物光纤跳线提供与标准石英光纤跳线相似的机械灵活性，环境稳定性好，并且中红外光谱范围内的衰减曲线平稳(详情参见规格标签)。由于氟化物玻璃的透射范围低紫外线范围，因此可见光(比如由光纤耦合激光器产生的激光)可沿着相同光纤作为对准辅助进行传播。光纤跳线的数值孔径(NA)在其特定衰减度范围上保持相对恒定(参见曲线标签)。

每条跳线两端的终端接头为分别与SMA905或FC/PC连接组件兼容的金属插芯连接器(详情参见FC连接器标签)。每条跳线包括两个保护帽，它们用来保护插芯端以屏蔽灰尘和其它危害。可单独购买用于兼容FC/PC的跳线的CAPF(塑胶质)和CAPFM(金属)替换保护帽，或用于SMA905终端跳线的CAPM(橡胶)和CAPMM(金属)替换保护帽。

对于光谱学和照明应用，Thorlabs还制造两根光纤的氟化物分叉光纤束。

氟化锆(ZrF₄)光纤比氟化铟(InF₃)光纤在中红外范围内提供更平坦的衰减，而InF₃光纤比ZrF₄光纤在更长波长下具有透明性。跳线中通常使用的石英光纤在中红外范围内不具透明性。

使用建议

由于氟化物玻璃比标准石英玻璃更软，因此不能用Kimwipes擦拭纸来清洁这些跳线。其它氟化物光纤特定的使用建议请参见操作标签。与无端光纤相比，这些跳线所能承受的大功率是受连接器限制的。取决于应用，我们推荐以约300?mW的大CW功率使用这些跳线。

中红外应用

这些跳线由于它们的宽传输范围和平稳衰减度，非常适用于我们的量子级联激光器(QCL)和带间级联激光器(ICL)，它们在中红外范围内提供宽带或单波长发射。它们也与我们的SLS202L稳定型光源良好匹配，这种稳定光源提供了从可见光到中红外范围的黑体辐射光谱。我们推荐将?100 μm纤芯的跳线与我们的光谱分析仪配合使用。其它应用实例如下图所示。

氟化物跳线可通过光纤转接件连接到我们的中红外光电探测器。

InF₃跳线的310 nm - 5.5 μm波长范围使其非常适用于利用我们稳定光源的照明应用。

在这种装置中，使用一根ZrF₄
跳线将中红外光传播到气相光谱应用的样本腔中。(图中装置的更多信息请看这里。)

光纤的工作波长范围定义为衰减度< 3 dB/m (每米的透过率>50%)的区域。

曲线标签中含有其它波长的NA数值孔径曲线。

短期弯曲半径受到不锈钢护套的限制。

曲线

该标签包含了我们的氟化物光纤的衰减，数值孔径和折射率随波长变化的曲线图。

下图中阴影部分表示可以保证光纤满足衰减规格的特定波长范围。我们的纤芯直径为100 μm，200 μm，和450 μm的ZrF₄线缆在
2.0到3.6 μm范围上衰减度≤0.2 dB/m (每米透过率≥95%)，我们的纤芯直径为600 μm 的ZrF₄线缆在2.0到3.6 μm范围上衰减度≤0.25 dB/m(每米透过率≥94%)。相比之下，我们的InF₃光纤跳线在2.0到4.6 μm范围上衰减度≤0.45 dB/m (每米透过率≥90%)。在质量控制时，范围外的性能并没有经过严格检测，而且可能因工序不同而变化。

为了减小因工序引起的变化，特别是在波长范围的两端，我们在不停地完善新材料的工艺。如果您担心收到的光纤不满足您的需求，关于目前提供的产品详情请联系技术支持。

该曲线图是从五根独立抽取的纤芯直径200 μm的ZrF₄光纤测量的衰减曲线。这些数据代表我们的纤芯直径为100 μm，200 μm和450 μm光纤的数据。

该图中的曲线是从五根单独抽取的纤芯直径600 μm的ZrF₄光纤测量的衰减曲线。

该曲线图是从五根单独抽取的纤芯直径100 μm的InF₃光纤测量的衰减曲线。

这些数值孔径值是利用下图所示的折射率计算得到的。

这些数值孔径值是利用下图所示的折射率计算得到的。

这些折射率是用Sellmeier方程计算得到的。下表列出拟合中用到的Sellmeier系数。

这些折射率是将Sellmeier方程拟合测量数据得到的。下表列出拟合中用到的Sellmeier系数

Sellmeier?Equation

Sellmeier?Equation

操作

该标签描述了在日常使用中标准石英光纤跳线和氟化物光纤跳线之间的相似和不同之处。

环境因素

一般的实验室温度和湿度不会影响光纤的完整性。但是应该避免拉伸、直接接触液态水或水蒸气。

FC接头

使用标准石英光纤跳线是一般选择FC/PC或FC/APC接头，因为PC和APC抛光面为圆顶头可以使匹配的两根跳线的纤芯直接接触，从而将跳线界面之间接触损耗降到小。

因为氟化物玻璃壁石英玻璃更软，抛光后会是平头光纤端。根据跳线的不同，光纤端可以根据插芯稍微地凹下去一点。因此，氟化物光纤跳线既不是FC/PC接头（PC指直接接触）也不是FC/APC（APC指有角度的直接接触）接头。

平光纤端不会影响输出是耦合到自由空间的应用，但是在连接FC接头的光纤跳线时，比如通过匹配套管或连接头连接时会有传输损耗，因为光纤纤芯没有直接接触。由于FC终端的跳线之间的间隔一般要小于SMA905终端（使用空气间隔插芯）的跳线间的典型间隔，这些损耗经常可以被忽略。

下图是一根氟化物成品跳线末端的二维图和三维图。

标准FC/PC接头为圆顶型末端面

FC终端的氟化物跳线有平坦的抛光末端面

该图为一根平面抛光FC氟化物跳线的?100微米纤芯末端的二维表面轮廓图。X和Y轴的单位是 微米。虚线圆和直线用于眼睛观察指导。金属插芯和跳线内侧的界面根据蓝色虚线圆中的绿色圆查看。

该图为一根平面抛光FC氟化物跳线的?100微米纤芯末端的三维分布图。虚线圆用于眼睛观察指导。金属插芯和跳线内侧的界面根据黑色圆和蓝色圆之间的的圆形凹陷来查看。

入纤方式

多模光纤未充满条件

对于在NA较大时接收光的多模光纤来说，光耦合到光纤的的条件(光源类型、光束直径、NA)对性能有着极大影响。在耦合界面，光的光束直径和NA小于光纤的芯径和NA时，就出现了未充满的入纤条件。这种情况的常见例子就是将激光光源发射到较大的多模光纤。从下面的图和光束轮廓测量可以看出，未充满时会使光在空间上集中到光纤的中心，优先充满低阶模，而非高阶模。因此，它们对宏弯损耗不太敏感，也没有包层模。这种条件下，所测的插入损耗也会小于典型值，光纤纤芯处有着较高的功率密度。

展示未充满条件的图(左边)和使用FT200EMT多模光纤进行的光束轮廓测量(右边)。

多模光纤过满条件

在耦合界面，光束直径和NA大于光纤的芯径和NA时就出现了过满的情况。实现这种条件的一个方法就是将LED光源的光发射到较小的多模光纤中。过满时会将整个纤芯和部分包层裸露在光中，均匀充满低阶模和高阶模(请看下图)，增加耦合到光纤包层模的可能性。高阶模比例的增加意味着过满光纤对弯曲损耗会更为敏感。在这种条件下，所测的插入损耗会大于典型值，与未充满光纤条件相比，会产生较高的总输出功率。

展示过满条件的图(左边)和使用FT200EMT多模光纤进行的光束轮廓测量(右边)。

多模光纤未充满或过满条件各有优劣，这取决于特定应用的要求。如需测量多模光纤的基准性能，Thorlabs建议使用光束直径为光纤芯径70-80%的入纤条件。过满条件在短距离时输出功率更大；而长距离(>10 - 20 m)时，对衰减较为敏感的高阶模会消失。

实验观测

Thorlabs实验观测：利用多模光纤修改光束轮廓

我们在此给出探索多模光纤输出光束轮廓如何受到光束入射角影响的实验测量结果。有些应用中可能需要其他诸如高帽或甜甜圈等轮廓的光束分布，而不需要一般光学元件提供的固有高斯分布。这里，我们探索了改变聚焦激光束进入多模光纤跳线时的入射角所产生的影响。将光垂直聚焦于光纤面，会产生近高斯输出光束轮廓(图1)，增大入射角则会产生高帽(图2)和甜甜圈(图3)形状的光束轮廓。这些结果展现了利用多模光纤改变光束轮廓的方法。

实验中，我们使用一根M38L01纤芯?200?μm、数值孔径0.39的阶跃折射率光纤跳线(裸纤型号FT200EMT)作为聚焦光束耦合的待测光纤。将输入光以0°、11°和15°入射到多模光纤的入射面，分别产生初始轮廓、高帽轮廓和甜甜圈轮廓。每次改变角度时，都要优化输入光纤的对准，同时用功率计监测输出功率，确保实现大的耦合。然后，在9秒的曝光时间下采集图像，并评估光束轮廓的形状。注意，曝光过程中，会在耦合光学元件之间(待测光纤之前)手动旋转1500 grit的散射片，以减少空间相干，形成干净的输出光束轮廓。

假设一种光线追迹模型，存在两种沿着多模光纤传播的常见光线：(a)子午光线，每次反射之后都通过光纤的中心轴，和(b)斜光线，不通过光纤的中心轴。下面的图片展现了实验过程中观察到的三种基本光线传播情况。图4和图6分别绘制出了子午光线和斜光线通过多模光纤的传播，以及在光纤输出端的相关理论光束分布。如图6所示，斜光线沿着光纤以与半径r为圆的内部焦散线相切的螺旋路径传播。图5描绘了子午光线和斜光线的光束传播和光束分布。我们通过改变光耦合到多模光纤的入射角，修改子午光线与斜光线的传播，使输出光束从近高斯分布(主要是子午光线，请看图1)变成高帽分布(子午光线和斜光线混合，请看图2)，再变成甜甜圈分布(主要是斜光线，请看图3)。图4到图6显示的光束轮廓都在离光纤端面5 mm处获得。这些结果体现了利用标准的多模光纤跳线以一种相对低成本的方法将入射高斯轮廓修改成高帽和甜甜圈轮廓，且损耗极微。有关使用的实验装置和总结结果详情，请点击这里。

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图 1.
入射角为0°时获得的近高斯光束轮廓(垂直于光纤面)

图 2.
入射角为11°时获得的高帽光束轮廓

图 3.
入射角为15°时获得的甜甜圈光束轮廓

图 4.
对应近高斯输出轮廓的子午光线传播

图 5.
对应甜甜圈轮廓的斜光线传播

图 6.
对应高帽轮廓的子午光线和斜光线传播

氟化铟中红外光纤跳线，纤芯?100 μm，数值孔径0.26

? ?SMA905，或带金属插芯、兼容FC/PC的接头

? ?库存提供1米和2米的长度

? ?长度可定制，具体联系技术支持

? ?硬质，?3.0 mm塑料护套

? ?包含两个保护帽

SMA905终端的跳线：不锈钢端帽

兼容FC/PC接头的跳线：塑料端帽

每根氟化物跳线都标有产品型号，关键参数以及批次。

a.?? ?光纤的工作波长范围定义为衰减度小于3 dB/m(每米的透过率大于50%)的区域。

b.?? ?曲线标签中有其它波长下的NA数值孔径曲线图。

c.?? ?更多信息请看FC接头标签。

氟化锆中红外光纤跳线，纤芯?100 μm，数值孔径0.20

? ?SMA905，或带金属插芯、兼容FC/PC的接头

? ?库存提供1米和2米的长度

? ?长度可定制，具体请联系技术支持

? ?硬质，?3.0 mm塑料护套

? ?含有两个保护端帽

SMA905终端跳线：不锈钢端帽

兼容FC/PC接头的线缆：塑料端帽

每根氟化物跳线都标有产品型号，关键参数以及批次

光纤的工作波长范围定义为衰减度小于3 dB/m(每米的透过率大于50%)的区域。

曲线标签中有其它波长下的NA数值孔径曲线。

更多信息请看FC接头标签。

氟化锆中红外光纤跳线，纤芯?200 μm，数值孔径0.20

SMA905，或带金属插芯、兼容FC/PC的接头

库存提供1米和2米的长度

长度可定制，具体请联系技术支持

硬质，?3.0 mm塑料护套

含有两个保护端帽

SMA905终端跳线：不锈钢端帽

兼容FC/PC接头的跳线：塑料端帽

每根氟化物跳线都标有项目号，关键参数以及批号

a.?? ?光纤的工作波长范围定义为衰减度小于3 dB/m（每米的透过率大于50%）的区域。

b.?? ?曲线标签中有其它波长下的NA数值孔径曲线。

c.?? ?更多信息请看FC接头标签。

氟化锆中红外光纤跳线，纤芯?450 μm，数值孔径0.20

? ?SMA905或兼容FC/PC的金属套接头

? ?库存长度为1 m

? ?若需定制长度，请联系技术支持

? ??3.8 mm不锈钢套，小弯曲半径为50 mm

? ?包括两个保护端帽

SMA905端口的跳线: 不锈钢端帽

兼容FC/PC接头的跳线:塑料端帽

光纤端帽的俯视图

光纤端帽的仰视图

每根氟化物跳线都刻有产品型号，关键规格。产品批号在单独的白色套管上给出。

光纤的工作波长范围定义为衰减度小于3 dB/m（每米的透过率大于50%）的区域。

曲线标签中包含其它波长下的数值孔径曲线。

由不锈钢套限制。

请参见FC接头标签查看更多详情。

氟化锆中红外光纤跳线，纤芯?600 μm，数值孔径0.20

? ?SMA905，或带金属插芯、兼容FC/PC的接头

? ?库存提供1米长度

? ?可定制长度，具体联系技术支持

? ??8.0 mm的不锈钢护套，小弯曲半径是140 mm

? ?附带两个保护帽

SMA905端头的跳线: 不锈钢保护帽

FC/PC端头的跳线: 塑料保护帽

光纤端的俯视图

光纤端的仰视图

每个氟化物光纤跳线上刻有产品型号和关键规格。产品批号在单独的白色套管上给出(未图示)。

光纤的工作波长范围定义为衰减度小于3 dB/m（每米的透过率大于50%）的区域。

曲线标签含有其它波长下的NA的曲线图。

更多信息请看FC接头标签。

光纤端的俯视图