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(shè)計波長：830 nm、1064 nm或1550 nm

應(yīng)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(dāng)其它偏振方向的光在其中傳播時，將會經(jīng)歷很高的光學(xué)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(jié)結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生較高的雙折射效應(yīng)。這種雙折射效應(yīng)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(jìn)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(biāo)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(biāo)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(fù)雜部件組裝或笨重的包裝(請參看PZ教程標(biāo)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(shè)計工作波長(HB830Z對應(yīng)830納米，HB1060Z對應(yīng)1064納米，HB1550Z對應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)PM光纖系統(tǒng)(包括熊貓型和蝴蝶結(jié)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(zhǔn)的PM光纖一樣進(jìn)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(dāng)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?dāng)_的問題，這樣一它們就非常適合用于偏振敏感的應(yīng)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(biāo)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(guān)于定義請看右上方的圖。

模場直徑(MFD)是一個標(biāo)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(biāo)簽。

數(shù)值孔徑(NA)是標(biāo)稱值。

該值為標(biāo)稱值，處于標(biāo)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(biāo)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(biāo)簽

d.     數(shù)值孔徑(NA)是標(biāo)稱值

e.     提供的折射率是標(biāo)稱工作波長下的標(biāo)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(biāo)簽。

曲線

HB830Z

標(biāo)準(zhǔn)排布是指PZ光纖的標(biāo)稱應(yīng)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(xué)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(zhǔn)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?dāng)_。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(dǎo)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(shè)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(yīng)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(biāo)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(yīng)用，用戶應(yīng)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(dāng)?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(dá)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(yīng)相對另一個旋轉(zhuǎn)45度)。當(dāng)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(lán)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(dá)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(yīng)用的。非偏振光入射到卷曲達(dá)到預(yù)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(dǎo)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(guān)。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(yīng)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(yuǎn)場可變孔徑法（VAMFF）實現(xiàn)的。在光纖輸出的遠(yuǎn)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(xué)模型。近場MFD可以使用漢克爾變換通過該遠(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)強度分布。

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(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"實際安全水平"該，以安全操作相關(guān)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(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(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

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(xué)元件，紫外熔融石英基底的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)損傷閾值適用于基于石英的光纖(參考右表)。但是與大光學(xué)元件不同，與光纖空氣/璃界面相關(guān)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(fēng)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(fēng)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(dāng)?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(dá)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(shè)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?qū)嶋H安全水平對應(yīng)的功率。假設(shè)使用連續(xù)光源，通過估算的功率密度，就可以確定對應(yīng)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(yuǎn)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(fēng)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(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，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(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。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(guān)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(guān)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(xué)接頭造成的損傷而導(dǎo)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(lán)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(yuǎn)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(zhǔn)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(yīng)用一般需要專業(yè)用戶，并在使用之前以較低的功率進(jìn)行測試，盡量降低損傷風(fēng)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(yīng)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(dǎo)，從而降低彎折損傷的風(fēng)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(fù)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(yīng)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(yīng)該根據(jù)輔助文獻(xiàn)或手冊中給出的具體指南操作。只有遵守了所有恰當(dāng)?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(yīng)該關(guān)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(zhì)量相關(guān)。將光纖連接到光學(xué)系統(tǒng)前，一定要檢查光纖的末端。端面應(yīng)該是干凈的，沒有污垢和其它可能導(dǎo)致耦合光散射的污染物。另外，如果是裸纖，使用前應(yīng)該剪切，用戶應(yīng)該檢查光纖末端，確保切面質(zhì)量良好。

如果將光纖熔接到光學(xué)系統(tǒng)，用戶先應(yīng)該在低功率下驗證熔接的質(zhì)量良好，然后在高功率下使用。熔接質(zhì)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(zhǔn)系統(tǒng)和優(yōu)化耦合時，用戶應(yīng)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(yīng)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(xué)對準(zhǔn)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(dǎo)。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(xué)功率。

要防止光纖損傷光耦合進(jìn)光纖的對準(zhǔn)步驟也是重要的。在對準(zhǔn)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(yīng)該遵守所有恰當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)來制備，并進(jìn)行高質(zhì)量的光纖熔接。熔接質(zhì)量差可能導(dǎo)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(yīng)該在低功率下使用光源測試并對準(zhǔn)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(zhǔn)良好，耦合效率相對光學(xué)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(yīng)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(yīng)力的區(qū)域)逃出，從而在局部形成產(chǎn)生高熱量，進(jìn)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(yīng)該針對給定的應(yīng)用選擇合適的光纖。例如，大模場光纖可以良好地代替標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖在高功率應(yīng)用中使用，因為前者可以提供更佳的光束質(zhì)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(yīng)用，因為這些應(yīng)用與高空間功率密度相關(guān)。