Part 6: 光纤选择

Part 6: 光纤选择


概述

与电力设备中用于能量传输和信号传递的电线相似,光纤也使得光或光信号能够灵活传送。典型的光纤由4层组成,即内芯、包层、缓冲层和保护层。内芯和包层共同形成一个波导层,通过“全内反射”的形式来进行光传送。大部分的光能量被限制在光纤的内芯层范围内。单模光纤的内芯直径一般为几个微米,而多模光纤的内径可从几十个微米一直到>1000微米范围。缓冲层和保护层用来保护和增加光纤的强度。

光纤收集光的能力主要取决于其光扩展度GF = π⋅S⋅(NA)2,(见式2-1),其中S是内芯的面积,NA为光纤的数字孔径,由光纤的内芯与包层的折射率的指数差决定:NA = (n2co- n2cl)1/2/nco. 对于应用光纤来传送光的光谱学系统来说,其光纤的光扩展度应根据其光源和光谱仪的光扩展度来选择。高数字孔径的多模光纤一般用于常规的采用灯泡的光源、LED灯和一些大功率激光器,而低数字孔径的单模光纤主要用于SLD光纤和低功率激光器。

光纤的传输带宽主要由光纤的内芯和包层的材料所决定。高OH光纤适用于紫外和可见区(190-1100nm)的传输。而低OH光纤适用于可见和近红外区(350-2100nm)的传输,有些低OH光纤甚至可以到2350nm。氟化物光纤常用于更长的光谱范围(1100-2800nm)。图8-2是典型的UV/VIS光纤(上图)和VIS/NIR光纤(下图)各自的衰减曲线图。
光纤的终端接头有SMA905,FC/PC,FC/APC,ST或其他自行设计的终端接头。B & W TEK, Inc.也提供光纤束来改善光耦合效率或用于独特的光发送应用,如将多路光输入进成像光谱仪。

值得注意的是光纤的弯曲程度不同会导致光纤的一些特性的变化,这主要由于弯曲光纤会导致出射光的角度分布和传输效率发生变化,从而使得接受端的光量发生变化。因此应养成好的习惯,尽量保持光纤的弯曲程度不变,并尽量使耦合入应用装置的光纤接头不要晃动。多股光纤束可代替单光纤来降低光纤因弯曲等干扰所造成的输出光量的变化。另外光纤使用时要注意其弯曲程度不要小于其最小弯曲半径,否则会折断。当光纤的内芯直径越大时,其最小弯曲半径越小。