Thorlabs光纖部分反射器

Thorlabs的光纖部分反射器設(shè)計用于將部分入射光向后反射回到輸入端，同時將剩下的光透射出輸出端。鍍分束膜的跳線利用一個接頭端面的分束鍍膜反射，非常適用于光纖到自由空間的應(yīng)用，而嵌入式部分反射器利用內(nèi)部的反射鍍膜，非常適用于全光纖應(yīng)用。

光纖跳線，鍍分束膜

Single Mode or Multimode Fiber Optic 50:50 Partial Reflector

Coating Ranges from 1260 - 1620 nm

FC/PC or FC/APC Connectors

Thorlabs光纖部分反射器?特性

單模或多模光纖部分反射器

鍍膜一端對于1260 - 1620納米的波長可以實(shí)現(xiàn)48 ± 2%的反射率

適合用于高功率為300毫瓦的激光

提供帶有FC/PC或FC/APC接頭的單模分束器

接線長1米

Thorlabs公司的光纖部分反射器可以在光纖中將1260 - 1620納米波長的光波反射48 ± 2%（請參看右圖）。透射光從鍍膜接頭中出射，而反射光則直接返回光纖當(dāng)中。其部分反射末端用一個光滑的黑色護(hù)套進(jìn)行標(biāo)記，并標(biāo)有部件號（請參看上圖）。鍍膜末端用于自由空間應(yīng)用（即準(zhǔn)直），如果與其它接頭末端接觸會損壞鍍膜。當(dāng)該反射器與一個光纖環(huán)形器偶合時，它可以作為分束裝置，并且不需要將光束偶合到自由空間中，這樣就不需要使用非偏振分束立方體（請參看應(yīng)用標(biāo)簽了解更多細(xì)節(jié)）。

這些反射器接有后長1米的光纖，可以是單模（SM）或多模（MM）光纖。SM部分反射器帶有FC/PC或FC/APC接頭。由于部分反射末端的插芯經(jīng)過鍍膜處理，因此我們建議將該光纖末端與一個光纖準(zhǔn)直器配合使用。鍍膜接頭末端不應(yīng)該與匹配套管一起使用，這樣會對鍍膜造成損壞。對于全光纖應(yīng)用，請看我們的嵌入式部分反射器。

每一個跳線都包含兩個保護(hù)帽用來隔離灰塵和臟物。額外用于FC/PC和FC/APC接頭的CAPF塑料光纖帽和CAPFM金屬螺紋光纖帽可以單獨(dú)購買。

跳線可以通過匹配套管進(jìn)行偶合，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(zhǔn)。它們很實(shí)用與這些光纖的未鍍膜接頭配合使用。我們還提供10:90、30:70、70:30和90:10的定制反射：透射鍍膜。請聯(lián)系Thorlabs公司的技術(shù)支持探討更多定制選項(xiàng)。

清潔鍍增透膜的接頭端且不損壞鍍膜的方法有好幾種。將壓縮空氣輕輕噴在接頭端是比較理想的做法。其他方法包括使用浸有異丙醇或甲醇的無絨光學(xué)擦拭紙或FCC-7020光纖接頭清潔器輕輕擦拭。但是請不要使用干的擦拭紙，因?yàn)榭赡軙p壞增透膜涂層。

這些光纖部分反射器上的鍍膜接頭可以通過光滑的黑色護(hù)套進(jìn)行辨認(rèn)。

50:50光纖部分反射器的反射率

應(yīng)用

光纖部分反射器在產(chǎn)生諸如非偏振分束器、激光諧振腔和干涉儀等各種器件時十分有效。這些光纖反射器可以將48 ± 2%的光反射回光纖中，同時讓剩余的光從鍍膜接頭出射。該特性在非偏振分束器尤為有效，可以讓用戶在自由空間偶合時不需要使用非偏振分束立方體就可以對光源進(jìn)行分光。圖1顯示了由一個光纖環(huán)形器和一個光纖部分反射器構(gòu)成的這種簡單裝置。其中，光從環(huán)形器的端口1入射，部分反射器偶合到端口2上。輸入光從端口1傳遞到端口2；這時，大約50%的光從鍍膜末端出射，剩余的光束將被反射回光纖中，并從端口3出射。

圖1：全光纖非偏振分束器

圖2：一個用部分反射器構(gòu)成的全光纖法布里-珀羅涉儀

圖2顯示了這些器件如何用于構(gòu)建光纖激光器的實(shí)例。其中，一個光纖后向反射器置于摻餌光纖的末端，讓光朝著入射光方向反射回光纖中。用一個WDM將輸入和激光輸出光束導(dǎo)向適當(dāng)?shù)墓饴分校敵龉饴分械牟糠址瓷淦鳛榧す庵C振腔提供反饋信號。

多模光纖教程

在光纖中引導(dǎo)光

光纖屬于光波導(dǎo)，光波導(dǎo)是一種更為廣泛的光學(xué)元件，可以利用全內(nèi)反射(TIR)在固體或液體結(jié)構(gòu)中限制并引導(dǎo)光。光纖通?？梢栽诒姸鄳?yīng)用中使用；常見的例子包括通信、光譜學(xué)、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(jié)構(gòu)，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(gòu)成。在光纖中以臨界角入射時，光會在纖芯/包層界面產(chǎn)生全反射，而不會折射到周圍的介質(zhì)中。為了達(dá)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(zhì)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(shí)驗(yàn)確定，通過追蹤遠(yuǎn)場光束分布并測量光束中心與光強(qiáng)為大光強(qiáng)5%的點(diǎn)之間的角度即可；但是，直接計算NA得出的值更為準(zhǔn)確。

光纖的全內(nèi)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(dǎo)模。根據(jù)纖芯/包層區(qū)域的尺寸、折射率和波長，單光纖內(nèi)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(dǎo)模)和多模(支持多種導(dǎo)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(nèi)；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(dǎo)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Ø50 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Ø50 µm、NA為0.39的多模光纖支持大約832種不同的導(dǎo)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(yuǎn)小于同波長下的多模光纖。例如SMF-28超單模光纖的標(biāo)稱NA為0.14，芯徑為Ø8.2 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(yù)測光纖裝置內(nèi)的總透射功率損耗。這些損耗來源一般與波長相關(guān)，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(biāo)準(zhǔn)光纖中的光通過固體材料引導(dǎo)，因此，光在光纖中傳播會因吸收而產(chǎn)生損耗。標(biāo)準(zhǔn)光纖使用熔融石英制造，經(jīng)優(yōu)化可在波長1300 nm-1550 nm的范圍內(nèi)傳播。波長更長(>2000
nm)時，熔融石英內(nèi)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?yàn)樗鼈兲幱谶@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(nèi)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(diào)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(xué)等應(yīng)用感興趣的用戶。

散射對于大多數(shù)光纖應(yīng)用來說，光散射也是損耗的來源，通常在光遇到介質(zhì)的折射率發(fā)生變化時產(chǎn)生。這些變化可以是由雜質(zhì)、微?；驓馀菀鸬耐庠谧兓?；也可以是由玻璃密度的波動、成分或相位態(tài)引起的內(nèi)在變化。散射與光的波長呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此，在光譜中的紫外或藍(lán)光區(qū)域等波長較短時，散射損耗會比較大。使用恰當(dāng)?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(zhì)，避免產(chǎn)生較大的散射損耗。

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(jìn)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(dāng)?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(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(jī)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)造成的缺陷而產(chǎn)生。

宏彎損耗造成的衰減

微彎損耗造成的衰減

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(hù)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(qiáng)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?yàn)樗鼈儾荒茉诠饫w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(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(shí)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。

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(jī)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(jī)制和光纖玻璃內(nèi)的損傷機(jī)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(jī)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(fēng)險的安全功率水平。如果遵守了所有恰當(dāng)?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(shí)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(zhǔn)、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(jī)制。自由空間耦合或使用光學(xué)接頭匹配兩根光纖時，光會入射到這個界面。如果光的強(qiáng)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(qiáng)度的光產(chǎn)生的熱量會使環(huán)氧樹脂熔化，進(jìn)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(fēng)險的大功率密度估算值。用戶在高功率下工作前，必須驗(yàn)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(jī)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(jìn)入纖芯并在光纖中傳播的光會散射到光纖的外層，再進(jìn)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(qiáng)，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(diǎn)，造成耦合效率降低，散射增加，進(jìn)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(qiáng)。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(fēng)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(diǎn)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(jī)制估算的功率水平。大功率適用性受到所有相關(guān)損傷機(jī)制的低功率水平限制(由實(shí)線表示)。

單模50:50部分反射器

a.     所有規(guī)格都基于無端接頭的光纖數(shù)據(jù)

b.     這些光纖上使用的部分反射率鍍膜專為1260 - 1620 nm的波長而設(shè)計。本跳線中所用的SMF-28 Ultra光纖的工作波長范圍是1260 - 1625 nm

c.     模場直徑（MFD）是標(biāo)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(jìn)行估算

多模50:50部分反射器

a.     所有規(guī)格數(shù)據(jù)都基于未端接光纖

b.     這些光纖上采用的部分反射鍍膜設(shè)計用于1260 - 1620納米的波長。盡管光纖的工作波長范圍為400 - 2400納米，但該鍍膜限制了部分反射器的工作波長范圍。

嵌入式部分反射器

·         Partial Reflectors with     Internal Reflective Coating

·         1450 nm - 1650 nm     Wavelength Range

·         67:33 or 10:90 Reflection     Ratio (R:T)

·         Available with FC/PC or     FC/APC Connectors

特性

·         部分反射器，用于嵌入式光纖應(yīng)用

·         內(nèi)部鍍有反射膜，反射率(R:T)為67:33或10:90

·         波長范圍1450 nm - 1650     nm

·         提供具有2.0 mm窄鍵FC/PC或FC/APC接頭的版本

Thorlabs的嵌入式部分反射器用于反射部分輸入光；即一部分光反射回到輸入端，而另一部分則透射到輸出端。通過分離輸入光，然后利用里面鍍的反射膜，將光引回輸入端。與我們的鍍分束膜的光纖跳線不同，它的接頭端都未鍍膜；因此，這些部分反射器可以連接到其他光纖跳線，*實(shí)現(xiàn)嵌入式操作。與單模光纖環(huán)形器一起使用時，這些反射器可以作為全光纖分束裝置(請看應(yīng)用標(biāo)簽)，非常適合往返延遲計時等應(yīng)用。

這些部分反射器的單模波長范圍為1450 nm - 1650 nm，反射率為67:33或10:90。反射率(R：T)是指反射光與透射光之比，不包括由于吸收而在裝置中損失的光。白色端口用作輸入端；請注意，這些部分反射器不能反方向使用。庫存提供的部分反射器帶有FC/PC或FC/APC接頭，如下表所示。光纖引線包裹在Ø900 µm Hytrel^®套管中，引線長為0.8 m。我們也提供具有其他波長、光纖類型或R:T 比的自定義配置；詳情請聯(lián)系技術(shù)支持。

每個部分反射器包含兩個防護(hù)蓋，可以防止插芯端受到灰塵或其他損害。其他用于FC/PC-和FC/APC-端的CAPF塑料防塵蓋和CAPFM金屬螺紋防塵蓋單獨(dú)出售。我們也提供匹配套管，可以耦合光纖跳線，大程度減少背向反射，確保帶接頭的纖芯準(zhǔn)確對準(zhǔn)。

應(yīng)用

全光纖分束

部分反射器可用于制造多種裝置，比如分束器、激光腔和干涉儀。這些光纖將部分光反射回光纖，將剩下的光透射到輸出光纖接頭。

這種特性尤其適合制造全光纖分束器；用戶使用分束立方，且無需自由空間耦合，就可以使光分束。圖 1展現(xiàn)了由光纖環(huán)形器和部分反射器組成的簡單裝置。光從環(huán)形器的Port 1輸入，通過部分反射器耦合到Port 2。輸入光從Port 1耦合到Port 2；大約有33%的光通過光纖輸出端透射，剩下的光返回到輸入端，被環(huán)形器引導(dǎo)Port 3。

圖 1：全光纖分束裝置

反射率(R：T)67:33

a.    所有值的測量條件為在室溫環(huán)境下，帶寬范圍內(nèi)，以白色端作為輸入端，且?guī)Ы宇^。

b.    在白色端的總反射輸出

c.    在紅色端的總透射輸出

d.    反射輸出與透射輸出之比

e.    根據(jù)要求可提供其他光纖類型；詳情請聯(lián)系技術(shù)支持。

反射率(R：T)10:90

a.    所有值的測量條件為在室溫環(huán)境下，帶寬范圍內(nèi)，以白色端作為輸入端，且?guī)Ы宇^。

b.    在白色端的總反射輸出

c.    在紅色端的總透射輸出

d.    反射輸出與透射輸出之比

e.    根據(jù)要求可提供其他光纖類型；詳情請聯(lián)系技術(shù)支持。

損傷的光纖端面