关于光纤跳线的5个常见问答

1

Q:光纤跳线中的各种直径参数分别代表什么?

A:这些参数与光纤结构有关。

从截面上来看,光纤内部结构如上图所示,对应的参数释义如下:

纤芯直径:纤芯(Core)是光束在光纤中实际传输的介质,一般为高折射率材料(纤芯折射率>包层折射率),其物理直径一般在2μm-10μm之间,波长越短,纤芯直径越小。

模场直径(MFD,ModeFieldDiameter):光纤利用的是全反射原理,但实际上发生全反射时,光束会穿过边界进入到光疏介质中传输一段距离(称为倏逝波),然后再反射回到光密介质中,倏逝波进入到光疏介质中的深度与波长相关,因此可以发现实际光斑尺寸会比纤芯直径大,而这个实际的光斑尺寸就是模场直径,切记模场直径不是实际的纤芯直径的物理尺寸。

包层(Clad)直径:包层指的是紧邻纤芯的且与纤芯形成高低折射率边界从而使在纤芯中传输光线发生全反射的介质,其直径即为其物理尺寸。

涂覆层直径:因为纤芯与包层均为玻璃材料,表现为脆性,极为容易损坏,因此通常会在包层外面包裹一层树脂增强其韧性,这层树脂即涂覆层,它的直径就是涂覆层直径。

护套直径:因为光纤就算加上涂覆层,在外力作用下依然容易被压折破坏。因此为更好地保护光纤,适应复杂环境下的使用,通常会使用额外的塑料或者金属套管加套在光纤上,套管直径为其物理尺寸。常用的有0.9mm、2mm、3mm、6mm的塑料保护套或者3mm、6mm的不锈钢保护套。LBTEK目前提供的标品均带有3mm松套管,其他类型套管可定制。

以上直径均为外径。

2

Q:保偏光纤跳线是如何实现保偏的?

A:通过增加应力棒引入应力来使得光纤内部达到应力平衡状态,使传输过程中的偏振态变化变得可控。

从理论上来说,光纤是圆芯的应该不会产生双折射,并且光纤的偏振态在传播过程中是不会改变的。然而,在实际的在生产过程中,会因受到外力作用等原因,使光纤粗细不均匀或弯曲等,就会使其产生双折射现象。当光纤受到任何外部干扰,如弯曲、振动、温度变化等,光的偏振态在传输过程中就会无规则地变化。

保偏光纤则是可以解决这一偏振态变化的问题,但它并不是消除光纤中的双折射现象,而是通过结构上的设计,使光纤内部的应力分布保持在一个平衡的状态,保持双折射效应不变,从而产生固定的快慢轴,维持传输过程中偏振态稳定。

常用的引入高双折射的方法是在预制棒的光纤芯中引入几何对称的不均匀应力,通过在纤芯两侧加入两种改进玻璃组分的应力棒来实现。应力型保偏光纤主要是依靠嵌入的应力棒和光纤纤芯的热膨胀系数的不同来产生热应力,在热应力作用下导致材料折射率的变化,从而产生双折射效应。

3

Q:保偏光纤跳线的消光比参数和偏振片的消光比是一个意思吗?

A:消光比的定义是一样的,但是保偏光纤跳线和偏振片的功能不同。

保偏光纤的消光比指的是高消光比的偏振光经过保偏光纤传输后还能保持的消光比参考数值,一般会比入射光低,功能是保持。而偏振片则是可将低消光比的光转为与偏振片高消光比一致的偏振光,功能偏向优化。

LBTEK目前提供的保偏光纤跳线为熊猫型保偏光纤,且慢轴与Key键对齐,结构如下图所示。将偏振光偏振方向与其中一轴对齐,分到另一轴的偏振分量就会很小,从而保持传输光的偏振态。这时候就引入了消光比(ER)参数来反映光纤保持偏振态的优劣程度。当偏振光偏振方向与快慢轴其中一个轴对齐,通过元件后产生两个正交偏振模态,沿原方向轴向的偏振分量与垂直方向的偏振分量的比值,就是消光比。消光比是衡量偏振器质量的重要参数,消光比越大,该偏振器质量越高。

4

Q:使用保偏光纤跳线时,入射光偏振方向必须对准慢轴才保偏吗?

A:不是。

入射光偏振方向对准跳线快轴或慢轴均能实现保偏,但传输速率有差异。

5

Q:光纤跳线的损伤阈值是多少?

A:损伤阈值与使用方式有关。

限制光纤使用功率的因素主要来自于接头。

光纤接口处的结构为光纤(去除树脂涂覆层,仅剩包层和纤芯的裸光纤)+环氧树脂胶+陶瓷插芯,当光纤对接时,受限于接头的对接精度,光纤与光纤之间的纤芯不可能%对准,纤芯与纤芯之间会有一定错位,这种错位会导致部分光不能耦合到纤芯中传输却被折射到光纤外被环氧树脂胶吸收。光束功率越高,泄露的光功率越高,胶水吸收光累积能量而产生高温度,胶水因温度改变产生收缩,纤芯与纤芯对准的误差更大,导致更多的光束折射至光纤包层外,然后使胶水挥发甚至燃烧(脂类燃点较低)。此外胶水融化或挥发会在光纤端面凝结,阻挡光路,在胶点吸收大量的光能量点燃导致光纤端面烧毁。

当使用光纤法兰辅助光纤跳线进行对接使用时,对于工作波长在nm及以上的光纤跳线,最高可允许mW功率,而当波长在nm以下时,最高安全功率为50mW(这是因为使用的环氧树脂对短波长的光吸收更高,同时也是因为工作在短波长的光纤纤芯直径更小,同样的对准耦合精度误差泄露的光能量占比更高)。当光纤用于输出使用或去掉接头使用光纤熔融机熔接使用时,功率可达到1W以上。



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