中红外多模氟化物光纤跳线

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(ZrF)跳线 m,而我们的氟化铟(InF)光纤跳线m。ZrF光纤,InF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至紫外线范围,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(ZrF)光纤比氟化铟(InF)光纤在中红外范围内提供更平坦的衰减,而InF光纤比ZrF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。

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最大功率是受连接器限制的。取决于应用,我们推荐以约300 mW的最大CW功率使用这些跳线。

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100m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。

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。)

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100m,200 m,和450m的ZrF线dB/m (每米透过率≥95%),我们的纤芯直径为600m 的ZrF线dB/m(每米透过率≥94%)。相比之下,我们的InF光纤跳线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200m的ZrF光纤测量的衰减曲线。这些数据代表我们的纤芯直径为100m,200 m和450m光纤的数据。

该图中的曲线是从五根单独抽取的纤芯直径600m的ZrF光纤测量的衰减曲线。

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

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。

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。

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最小。

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。

该图为一根平面抛光FC氟化物跳线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。

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)。

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。

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EMT)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,确保实现最大的耦合。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1500grit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)变成高帽分布(子午光线),再变成甜甜圈分布(主要是斜光线显示的光束轮廓都在离光纤端面5mm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。

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

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

可定制长度,具体联系技术支持8.0 mm的不锈钢护套,最小弯曲半径是140mm

Leave a Comment