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光纤技术说明

想了解更多关于光纤的工作原理和特性吗? 我们已撰写了一些有用的信息以节省您的时间,并确保您可以为应用选择正确类型的光纤。

光纤衰减

为了达到最佳的系统性能,在您光谱仪覆盖的范围内选择全波段传输良好的光纤至关重要。这将最大限度地减少光纤耦合造成的光损失,并减少某些波长对光的衰减。当在紫外线波段工作时,特别是在300 nm以下,使用抗老化光纤很重要的,因为随着时间的推移,其他光纤在这些波长下的透光性会降低(这种效应被称为曝光过度)。

请看下面的衰减频谱,找到最适合您的应用的光纤,或联系我们的应用程序工程师给您指导。请注意1dB相当于光在传输过程中约21%的损失。

Fiber Attenuation Graphs.png

认识我们的光纤

我们的光纤和探头以三种方式清晰标记,以便您可以确定型号、光纤芯径及其最佳效率的波长范围。

fiber_with_label.png

防护罩颜色

该部件的底色让您可以了解光纤的类型和光纤的最有效波长范围。

 

 Boot Color Product Code Fiber Type Best Efficiency
UV_SR_Fiber_boot.png Gray -XSR UV-VIS XSR Solarization Resistant 180 – 800 nm
UV_SR_Fiber_Boot2.png Gray -SR UV/SR-VIS High OH content 200 – 1100 nm
UV_VIS_Fiber_boot.png Blue -UV-VIS UV-VIS High OH content 300 – 1100 nm
VIS_NIR_Fiber_Boot.png Red -VIS-NIR VIS-NIR Low OH content 400 – 2100 nm

套环颜色

光纤上附带的套环颜色可以辨认光纤的芯径。

Band Color Fiber Core Size
                Purple 8 μm
                Blue 50 μm
                Green 100 μm
                Yellow 200 μm
                Gray 300 μm
                Red 400 μm
                Orange 500 μm
                Brown 600 μm
                Clear 1000 μm

外包材

光纤的外包材设计目的是保护光纤并提供应力缓解,我们有很多种外包材可选,请告诉我们您光纤使用的环境和应用,我们将帮助您为光纤选择最佳的护套材料。

Jacket Description Outer Diameter Chemical Resistance Steam Sterilizable Temperature Limit Mechanical Tolerance Maximum Length
PVC monocoil PVC covering stainless steel monocoil; OEM applications only 3.4 mm Poor No 70°C Good 6 m
PVDF zip tube Best for budget-conscious applications; standard in lab-grade assemblies 3.8 mm Poor No 100°C Good 50 m
PVDF zip tube (large OD) Best for budget-conscious applications; larger in diameter than jacket #2 5.0 mm Poor No 100°C Good 50 m
Silicone Monocoil High-end jacketing; standard in premium-grade assemblies (silicone covering stainless steel monocoil) 5.6 mm Good Yes 250°C Good 20 m
Stainless-steel BX OEM applications only; optional polyolefin heatshrink overcoat 5.0 mm Good Yes 250°C Poor 4 m
Stainless-steel fully interlocked BX Excellent stainless steel jacketing; supports longer lengths of fiber; optional polyolefin heatshrink overcoat 7.0 mm Good Yes 250°C Excellent 40 m

 

弯曲半径及工程规格

由于纤芯和包层之间的折射率变化,光纤的工作原理是将光传输到光纤纤芯下方,然后应用一层或多层的柔性缓冲材料,以提高柔韧性并保护纤芯/包层。即使有这种额外的涂层,光纤的弯曲半径仍然存在限制,而不会容易出现可能导致微观断裂。

LTBR (长时间弯曲半径): 存放条件下的最小弯曲半径
STBR (短时间弯曲半径): 使用或操作时的最小弯曲半径

机械参数: VIS/NIR, UV/VIS, SR 光纤

Band Fiber Core Size           Fiber Types Cladding Thickness Buffer Material Buffer Thickness   Maximum OD Operating Temperature (fiber core) LTBR STBR
         50 ± 5 μm VIS/NIR, UV/VIS 35 ± 0.5 µm polyimide 17 ± 5 µm 155 µm -65 to 300 °C 4 cm 2 cm
         100 ± 3 μm VIS/NIR, UV/VIS 12 ± 5 µm polyimide 17 ± 3 µm 155 µm -65 to 300 °C 4 cm 2 cm
         200 ± 4 μm VIS/NIR, UV/VIS, SR 10 ± 4 µm polyimide 10 ± 5 µm 243 µm -65 to 300 °C 8 cm 4 cm
         300 ± 6 μm SR 15 ± 7 µm polyimide 20 ± 10 µm 380 µm -65 to 300 °C 12 cm 6 cm
         400 ± 8 μm VIS/NIR, UV/VIS, SR 20 ± 3 µm polyimide 20 ± 7 µm 487 µm -65 to 300 °C 16 cm 8 cm
         500 ± 10 µm VIS/NIR, UV/VIS 25 ± 3 µm polyimide 20 ± 10 µm 600 µm -65 to 300 °C 20 cm 10 cm
         600 ± 10 μm VIS/NIR, UV/VIS, SR 30 ± 3 µm polyimide 25 ± 10 µm 720 µm -65 to 300 °C 24 cm 12 cm
         1000 ± 3 µm VIS/NIR 50 ± 3 µm acrylate 50 ± 40 µm 1120 µm -50 to 85 °C 30 cm 15 cm
         1000  ± 20 µm UV/VIS 25 ± 3 µm acrylate 50 ± 40 µm 1065 µm -50 to 85 °C 30 cm 15 cm
VIS/NIR 多模光纤使用低OH材质的熔融石英内核和玻璃覆层 (适用于400 – 2100 nm)
UV/VIS 多模光纤使用高OH材质的熔融石英内核和玻璃覆层 (适用于300 – 1100 nm)
SR多模光纤使用高OH材质的熔融石英内核和玻璃覆层 (200 – 1100 nm)

机械: XSR 光纤

Band Fiber Core Size Fiber Types Cladding OD Buffer Materials Primary Buffer OD Maximum OD Operating Temperature (fiber core) LTBR STBR
         113 ± 6 μm (115 μm nominal) XSR 125 ± 6 µm aluminum, polymer 150 µm 230 µm -50 to 80 °C 4 cm 2 cm
         230 ± 12 μm XSR 250 ± 13 µm aluminum, polymer 300 µm 380 ± 20 µm -50 to 80 °C 4 cm 2 cm
         455 ± 22 μm XSR 500 ± 25 µm aluminum, silicone, nylon 580 µm 1300 ± 100 µm -50 to 80 °C 8 cm 4 cm
         600 ± 30 μm XSR 660 ± 33 µm aluminum, silicone, nylon 800 µm 1700 ± 200 µm -50 to 80 °C 24 cm 12 cm
XSR 多模光纤使用高OH材质的熔融石英内核和氟掺杂石英覆层 (适用于180 – 900 nm)

机械参数: 单模光纤

Band Fiber Core Size Fiber Types Cladding OD Buffer Material Buffer OD Operating Temperature (fiber core) LTBR STBR
         8.2 ± 0.2 μm Single mode 125 ± 7 µm dual acrylate 245 ± 5 µm -60 to 85 °C 4 cm 2 cm
单模光纤使用 SMF-28e+内核(一般使用在通讯行业) (1260 – 1700 nm)
单模光纤在低于λc = 1260 nm的波段下表现不佳

数值孔径NA

使用光纤对光进行传导就是为了减少光传播过程中的能量损耗,光在光纤内部表现为全反射。光在经过两种折射率不同的介质分界面时会发生折射,光的传播方向会发生变化。根据Snell定律,光在两种不同物质之间的反射角度可以根据两种材料的折射率进行计算。当入射光以90°角入射到一种物质表面时,光束透射到另一种材料的透过率最大,而发生在第一种物质表面的反射最少。随着入射角越来越接近该材料的全反射角,相应的反射率也会增大。光纤的原理就是利用两种材料的全反射原理,使得光在纤芯中实现接近100%的反射,而透射为0%。(下图为光纤传导光的原理示意图)

Light-Through-an-Optical-FIber-2-1.jpg

根据Snell定律可推得公式如下:

Snells_Law.png

等式左边即为数值孔径NA,它决定了光纤可接收或发射的角度范围。其中n为光纤端面外的介质折射率,θmax 为收光角的半角,等式右边n1为光纤芯径的折射率,n2为光纤芯包层的折射率。

绝大多数海洋光学的光纤数值孔径为0.22(如图)。如果光纤是出于真空或空气中,光纤的发散半角即全反射角θmax为12.7° (全角约25°),而在光纤断面的发散半角或者整个光的轨线都是覆盖在以光纤纤芯为中心的±12.7°范围内,而光在纤芯中都是以全反射的形式传播的。

海洋光学提供多种类型光纤可选,每一种光纤对应不同的数值孔径,比起使用小数值孔径的光纤,大数值孔径的光纤可以接收到更多的光,另外我们还必须注意终端收光系统,需要确保大数值孔径的输入广能被尽量多的接收到。光学传感中,我们需要尽可能地将系统中传输的光耦合到检测器中,因此选择合适的光纤、检测器就尤为重要了。下表为各类型光纤的数值孔径和发散角参数:

Fiber Type Numerical Aperture Full Angle
Single mode 0.14 16.1°
VIS/NIR 0.22 25.4°
UV/VIS 0.22 25.4°
SR 0.22 25.4°
XSR 0.22 25.4°

抗紫外老化光纤

低于 300 nm 的紫外线辐射会降低光在二氧化硅光纤中的传输性能,我们就必须选择抗紫外老化的光纤,其他类型的光纤则不适用,因为紫外光的照射下,不具备抗紫外老化功能的光纤透过率会衰减,从而影响导光效率。

抗紫外老化光纤(XSR)和探头采用专有工艺制造,可增强紫外波段的传输(可传输至 180 nm),并显着抵抗紫外降解,使其成为深紫外应用的理想选择(<300 nm)。

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