產(chǎn)品介紹

偏振光纖

偏振光纖特性

~100 nm的帶寬

>30分貝的分光比

設計波長：830 nm、1064 nm或1550 nm

應用：

光纖陀螺儀

相干通信

電流傳感器

Thorlabs的偏振(PZ)光纖，即Zing™光纖，是一種特殊光纖，在其中能且只能傳播一種偏振態(tài)的光。當其它偏振方向的光在其中傳播時，將會經(jīng)歷很高的光學損耗，這樣就不能從光纖中繼續(xù)傳播。為了實現(xiàn)這種效果，我們的偏振光纖采用蝴蝶結結構來產(chǎn)生較高的雙折射效應。這種雙折射效應會使特定偏振方向的光才能在光纖中傳播，而其它偏振方向的光則會經(jīng)歷很高的損耗。

這些PZ光纖具有較寬的偏振帶寬(約100納米)、高分光比(大于30分貝)和低衰減。偏振窗口和分光比可以通過盤卷PZ光纖進行調(diào)節(jié)(被稱為光纖排布)。將光纖盤卷成更小直徑的線圈可以使偏振窗口變窄，并向低波長方向偏移(請參看曲線標簽了解更多信息)。偏振窗口定義為快軸20分貝衰減與慢軸1分貝衰減之間的波長范圍(請參看右圖)。無論是出于筆直或盤卷狀態(tài)，Thorlabs公司的偏振光纖都具有ding級的性能。

光纖剖面圖

這些PZ光纖的偏振窗口定義為快軸20分貝衰減與慢軸3分貝衰減之間的波長范圍。每種類型光纖的曲線，請查看曲線標簽。

PZ光纖是一種全光纖器件，比共軸偏振器具有更多的優(yōu)勢，如更低插入損耗、更高的消光比和無復雜部件組裝或笨重的包裝(請參看PZ教程標簽)。這種光纖性價比高，具有較高的消光比(ER)和較寬的帶寬，及時在光纖受到壓力時也可以在設計工作波長(HB830Z對應830納米，HB1060Z對應1064納米，HB1550Z對應1550納米)上起到偏振作用，其ER和插入損耗是對溫度穩(wěn)定的，并在使用時具有長期可靠性。我們的PZ光纖切割、取放和熔接都與其它光纖相同，并能夠兼容標準PM光纖系統(tǒng)(包括熊貓型和蝴蝶結型)。該光纖還可以與任意其它需要低壓力環(huán)氧樹脂膠合和插銷與光軸對準的PM光纖一樣進行末端處理。

很重要的一點，PZ光纖與保偏(PM)光纖是不同的。當入射光的偏振方向與雙折射軸對齊時，PM光纖會保持其線偏振狀態(tài)，PM光纖可以傳播任意偏振方向的光。與PM光纖不同，PZ光纖不存在偏振串擾的問題，這樣一它們就非常適合用于偏振敏感的應用。

通過我們的定制跳線頁面，這些光纖還可以定制各種接頭。

完整的規(guī)格列表請看規(guī)格標簽。

在光纖排布為光纖長5米、盤卷直徑為89毫米(?3.5英寸)時典型的偏振性能。

關于定義請看右上方的圖。

模場直徑(MFD)是一個標稱值。它是近場1/e2 功率處的直徑。更多信息，請查閱上面的模場直徑定義標簽。

數(shù)值孔徑(NA)是標稱值。

該值為標稱值，處于標稱工作波長下。

典型值，實際截止數(shù)值取決于光纖排布。

該值是在數(shù)值孔徑為0.09時

規(guī)格

a.     在光纖排布為光纖長5米、盤卷直徑為89毫米(?3.5英寸)時典型的偏振性能

b.     請參看頁面ding部右方的圖片了解定義

c.     模場直徑(MFD)是一個標稱值。它是近場1/e² 功率處的直徑。更多信息，請查閱上面的模場直徑定義標簽

d.     數(shù)值孔徑(NA)是標稱值

e.     提供的折射率是標稱工作波長下的標稱值

f.      提供的折射率適用于0.09的數(shù)值孔徑。

g.     典型值，實際截止數(shù)值取決于光纖排布

這些PZ光纖的偏振窗口定義為快軸20分貝衰減與慢軸1分貝衰減之間的波長范圍。如需了解每種光纖類型的曲線圖，請看曲線標簽。

曲線

HB830Z

標準排布是指PZ光纖的標稱應用

HB1060Z

隨機排布是指PZ光纖的隨機盤卷

HB1550Z

This data was obtained with a 5 m sample of HB1550Z coiled to a diameter of 60 mm.

PZ光纖概述

偏振(PZ)光纖(也就是Zing™光纖)是只允許一個偏振方向光通過的特定光學光纖。這種單偏振傳輸模式相比單模(SM)光纖和保偏(PM)光纖有很多優(yōu)勢。雖然保偏光纖保持與雙折射軸對準的偏振方向不變，但它可以讓任何偏振方向的光透過，因此會產(chǎn)生偏振串擾。SM光纖可通過壓力產(chǎn)生雙折射(查看手動光纖偏振控制)，使光纖的作用更接近波片。雖然偏振軸可控，但SM光纖不使光發(fā)生偏振。

相比之下，PZ光纖只傳導一個偏振方向，其他方向的偏振光都不能通過。因此，PZ光纖將通過的光發(fā)生偏振，對不能通過的光產(chǎn)生極大的抑制。盡管共軸偏振器對不必要的偏振方向可以產(chǎn)生2030dB的抑制，但PZ光纖可在設計波長范圍實現(xiàn)大于30dB的抑制。此外，用戶對光纖施加壓力，手動調(diào)節(jié)偏振窗口可實現(xiàn)超過35dB的抑制。因為壓力可以決定PZ光纖的運作，因此"部署"成為光纖的重要性能。部署是指光纖如何擺放，是拉直，卷曲或是任意堆放。

應用PZ光纖

重要的是注意部署是光纖的重要性能。我們的PZ光纖有很大的偏振窗口，偏振窗口的寬度和中心波長取決于光纖是如何擺放的。PZ光纖標稱的使用波長是1060納米左右，任何擺放部署都可偏振。然而，對于其他應用，用戶應確保部署對偏振窗口的偏移可與光源波長重疊。這個方法適用于例如激光的窄線寬波長的光源。對于寬帶光源，PZ光纖需要適當?shù)谋P繞，使偏振窗口的寬度和中心波長與光源重疊。

在PZ光纖輸入端加消偏器是有益的，它可以確保入射光均勻偏振，避免各種偏振器引起的功率變化。消偏器可用兩段SM光纖45度疊接實現(xiàn)(長度取決于光源)。對于這樣的系統(tǒng)，PZ光纖以45度角典型耦合消偏器的輸出，達到好的消偏效果(注意：如果用跳線，消偏光纖與PZ光纖接觸處，一個終端應相對另一個旋轉45度)。當PZ光纖的輸入光消偏后，入射到PZ光纖長軸和短軸的光相等，產(chǎn)生*的3dB的抑制和穩(wěn)定的輸出功率。下圖為用我們保偏光纖和非偏振光源搭建的示例系統(tǒng)。圖下面的表格列出了系統(tǒng)中的元件。

將PZ光纖卷到更小的直徑會產(chǎn)生窄偏振窗口和中心波長的藍移。盡管會產(chǎn)生更高的損失，卷曲PZ光纖會得到更好的偏振消光比。如果損失太高，意味著光纖卷曲的太緊；相反的，如果偏振消光比太低，說明卷曲的不夠緊。例如，HB1060Z PZ光纖欲達到35dB的消光比，需將2米長的光纖卷曲成5厘米的圓環(huán)。上圖顯示了其是如何應用的。非偏振光入射到卷曲達到預期效果的PZ光纖。再將PZ光纖疊接到我們的保偏光纖，隨后導出系統(tǒng)。為實現(xiàn)更穩(wěn)定的性能，建議使用3-5米的HB1060Z光纖，或4-10米的HB830Z和HB1550Z光纖。無論如何，由于PZ光纖高雙折射率的特定，偏振窗口很寬，可以讓用戶有多種封裝和部署選擇。

模場直徑的定義

模場直徑(MFD)是表征單模光纖中光傳輸時光束寬度的參數(shù)，與波長、纖芯半徑，以及纖芯和包層折射率有關。雖然大部分光被束縛在光纖纖芯中，但有一小部分在包層中傳播。對高斯型功率分布，MFD是光功率衰減到峰值的1/e²處對應的直徑。

MFD的測量對于測量MFD，這里有多種方法，每個場的MFD值都稍有不同。在這里我們闡述一種方法來說明需要注意的事項。MFD的測量是通過遠場可變孔徑法（VAMFF）實現(xiàn)的。在光纖輸出的遠場放置一個孔徑，并測量光強。光路中的光圈逐漸減小，并測量每種孔徑下的強度水平；數(shù)據(jù)可以做功率相對孔徑半角的正弦值（或數(shù)值孔徑）的曲線

然后由彼得曼第二定義確定MFD，這是一個不假定功率分布的特定形狀的數(shù)學模型。近場MFD可以使用漢克爾變換通過該遠場測量確定。

上圖展示了光束在光纖中傳播的強度分布。靠右的圖片表示光束在光纖中傳播的MFD和芯徑的標準強度分布。

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(nèi)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。可能降低功率適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yong久性損傷。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(chǎn)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

裸纖端面的損傷機制

光纖端面的損傷機制可以建模為大光學元件，紫外熔融石英基底的工業(yè)標準損傷閾值適用于基于石英的光纖(參考右表)。但是與大光學元件不同，與光纖空氣/璃界面相關的表面積和光束直徑都非常小，耦合單模(SM)光纖時尤其如此，因此，對于給定的功率密度，入射到光束直徑較小的光纖的功率需要比較低。

右表列出了兩種光功率密度閾值：一種理論損傷閾值，一種"實際安全水平"。一般而言，理論損傷閾值代表在光纖端面和耦合條件非常好的情況下，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。而"實際安全水平"功率密度代表光纖損傷的低風險。超過實際安全水平操作光纖或元件也是有可以的，但用戶必須遵守恰當?shù)倪m用性說明，并在使用前在低功率下驗證性能。

計算單模光纖和多模光纖的有效面積

單模光纖的有效面積是通過模場直徑(MFD)定義的，它是光通過光纖的橫截面積，包括纖芯以及部分包層。耦合到單模光纖時，入射光束的直徑必須匹配光纖的MFD，才能達到良好的耦合效率。

例如，SM400單模光纖在400 nm下工作的模場直徑(MFD)大約是?3 µm，而SMF-28 Ultra單模光纖在1550 nm下工作的MFD為?10.5 µm。則兩種光纖的有效面積可以根據(jù)下面來計算：

SM400 Fiber: Area= Pi x (MFD/2)² = Pi x (1.5µm)² = 7.07 µm²= 7.07 x 10^-8cm²
SMF-28 Ultra Fiber: Area = Pi x (MFD/2)² = Pi x (5.25 µm)²= 86.6 µm²= 8.66 x 10^-7cm²

為了估算光纖端面適用的功率水平，將功率密度乘以有效面積。請注意，該計算假設的是光束具有均勻的強度分布，但其實，單模光纖中的大多數(shù)激光束都是高斯形狀，使得光束中心的密度比邊緣處更高，因此，這些計算值將略高于損傷閾值或實際安全水平對應的功率。假設使用連續(xù)光源，通過估算的功率密度，就可以確定對應的功率水平：

SM400 Fiber: 7.07 x 10^-8cm²x 1MW/cm²= 7.1 x10^-8MW =71 mW (理論損傷閾值)
7.07 x 10^-8cm²x 250 kW/cm²= 1.8 x10^-5kW = 18 mW (實際安全水平)

SMF-28 Ultra Fiber: 8.66 x 10^-7cm²x 1MW/cm²= 8.7 x10^-7MW =870mW (理論損傷閾值)

8.66 x 10^-7cm²x 250 kW/cm²= 2.1 x10^-4kW =210 mW (實際安全水平)

多模(MM)光纖的有效面積由纖芯直徑確定，一般要遠大于SM光纖的MFD值。如要獲得佳耦合效果，Thorlabs建議光束的光斑大小聚焦到纖芯直徑的70 - 80%。由于多模光纖的有效面積較大，降低了光纖端面的功率密度，因此，較高的光功率(一般上千瓦的數(shù)量級)可以無損傷地耦合到多模光纖中。

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(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)。

確定具有多種損傷機制的功率適用性

光纖跳線或組件可能受到多種途徑的損傷(比如，光纖跳線)，而光纖適用的大功率始終受到與該光纖組件相關的低損傷閾值的限制。

例如，右邊曲線圖展現(xiàn)了由于光纖端面損傷和光學接頭造成的損傷而導致單模光纖跳線功率適用性受到限制的估算值。有終端的光纖在給定波長下適用的總功率受到在任一給定波長下，兩種限制之中的較小值限制(由實線表示)。在488 nm左右工作的單模光纖主要受到光纖端面損傷的限制(藍色實線)，而在1550
nm下工作的光纖受到接頭造成的損傷的限制(紅色實線)。

對于多模光纖，有效模場由纖芯直徑確定，一般要遠大于SM光纖的有效模場。因此，其光纖端面上的功率密度更低，較高的光功率(一般上千瓦的數(shù)量級)可以無損傷地耦合到光纖中(圖中未顯示)。而插芯/接頭終端的損傷限制保持不變，這樣，多模光纖的大適用功率就會受到插芯和接頭終端的限制。

請注意，曲線上的值只是在合理的操作和對準步驟幾乎不可能造成損傷的情況下粗略估算的功率水平值。值得注意的是，光纖經(jīng)常在超過上述功率水平的條件下使用。不過，這樣的應用一般需要專業(yè)用戶，并在使用之前以較低的功率進行測試，盡量降低損傷風險。但即使如此，如果在較高的功率水平下使用，則這些光纖元件應該被看作實驗室消耗品。

光纖內(nèi)的損傷閾值

除了空氣玻璃界面的損傷機制外，光纖本身的損傷機制也會限制光纖使用的功率水平。這些限制會影響所有的光纖組件，因為它們存在于光纖本身。光纖內(nèi)的兩種損傷包括彎曲損耗和光暗化損傷。

彎曲損耗

光在纖芯內(nèi)傳播入射到纖芯包層界面的角度大于臨界角會使其無法全反射，光在某個區(qū)域就會射出光纖，這時候就會產(chǎn)生彎曲損耗。射出光纖的光一般功率密度較高，會燒壞光纖涂覆層和周圍的松套管。

有一種叫做雙包層的特種光纖，允許光纖包層(第二層)也和纖芯一樣用作波導，從而降低彎折損傷的風險。通過使包層/涂覆層界面的臨界角高于纖芯/包層界面的臨界角，射出纖芯的光就會被限制在包層內(nèi)。這些光會在幾厘米或者幾米的距離而不是光纖內(nèi)的某個局部點漏出，從而大限度地降低損傷。Thorlabs生產(chǎn)并銷售0.22 NA雙包層多模光纖，它們能將適用功率提升百萬瓦的范圍。

光暗化

光纖內(nèi)的第二種損傷機制稱為光暗化或負感現(xiàn)象，一般發(fā)生在紫外或短波長可見光，尤其是摻鍺纖芯的光纖。在這些波長下工作的光纖隨著曝光時間增加，衰減也會增加。引起光暗化的原因大部分未可知，但可以采取一些列措施來緩解。例如，研究發(fā)現(xiàn)，羥基離子(OH)含量非常低的光纖可以抵抗光暗化，其它摻雜物比如氟，也能減少光暗化。

即使采取了上述措施，所有光纖在用于紫外光或短波長光時還是會有光暗化產(chǎn)生，因此用于這些波長下的光纖應該被看成消耗品。

制備和處理光纖

通用清潔和操作指南

建議將這些通用清潔和操作指南用于所有的光纖產(chǎn)品。而對于具體的產(chǎn)品，用戶還是應該根據(jù)輔助文獻或手冊中給出的具體指南操作。只有遵守了所有恰當?shù)那鍧嵑筒僮鞑襟E，損傷閾值的計算才會適用。

安裝或集成光纖(有終端的光纖或裸纖)前應該關掉所有光源，以避免聚焦的光束入射在接頭或光纖的脆弱部分而造成損傷。

光纖適用的功率直接與光纖/接頭端面的質量相關。將光纖連接到光學系統(tǒng)前，一定要檢查光纖的末端。端面應該是干凈的，沒有污垢和其它可能導致耦合光散射的污染物。另外，如果是裸纖，使用前應該剪切，用戶應該檢查光纖末端，確保切面質量良好。

如果將光纖熔接到光學系統(tǒng)，用戶先應該在低功率下驗證熔接的質量良好，然后在高功率下使用。熔接質量差，會增加光在熔接界面的散射，從而成為光纖損傷的來源。

對準系統(tǒng)和優(yōu)化耦合時，用戶應該使用低功率；這樣可以大程度地減少光纖其他部分(非纖芯)的曝光。如果高功率光束聚焦在包層、涂覆層或接頭，有可能產(chǎn)生散射光造成的損傷。

高功率下使用光纖的注意事項

一般而言，光纖和光纖元件應該要在安全功率水平限制之內(nèi)工作，但在理想的條件下(佳的光學對準和非常干凈的光纖端面)，光纖元件適用的功率可能會增大。用戶先必須在他們的系統(tǒng)內(nèi)驗證光纖的性能和穩(wěn)定性，然后再提高輸入或輸出功率，遵守所有所需的安全和操作指導。以下事項是一些有用的建議，有助于考慮在光纖或組件中增大光學功率。

要防止光纖損傷光耦合進光纖的對準步驟也是重要的。在對準過程中，在取得佳耦合前，光很容易就聚焦到光纖某部位而不是纖芯。如果高功率光束聚焦在包層或光纖其它部位時，會發(fā)生散射引起損傷

使用光纖熔接機將光纖組件熔接到系統(tǒng)中，可以增大適用的功率，因為它可以大程度地減少空氣/光纖界面損傷的可能性。用戶應該遵守所有恰當?shù)闹笇碇苽洌⑦M行高質量的光纖熔接。熔接質量差可能導致散射，或在熔接界面局部形成高熱區(qū)域，從而損傷光纖。

連接光纖或組件之后，應該在低功率下使用光源測試并對準系統(tǒng)。然后將系統(tǒng)功率緩慢增加到所希望的輸出功率，同時周期性地驗證所有組件對準良好，耦合效率相對光學耦合功率沒有變化。

由于劇烈彎曲光纖造成的彎曲損耗可能使光從受到應力的區(qū)域漏出。在高功率下工作時，大量的光從很小的區(qū)域(受到應力的區(qū)域)逃出，從而在局部形成產(chǎn)生高熱量，進而損傷光纖。請在操作過程中不要破壞或突然彎曲光纖，以盡可能地減少彎曲損耗。

用戶應該針對給定的應用選擇合適的光纖。例如，大模場光纖可以良好地代替標準的單模光纖在高功率應用中使用，因為前者可以提供更佳的光束質量，更大的MFD，且可以降低空氣/光纖界面的功率密度。

階躍折射率石英單模光纖一般不用于紫外光或高峰值功率脈沖應用，因為這些應用與高空間功率密度相關。