这些参数与光纤的结构相关。
探索光纤内部结构,解读各项参数如下:
纤芯直径:纤芯(Core)是光束在光纤中实际传输的介质,通常为高折射率材料,其物理直径一般在2 μm-10 μm之间,波长越短,纤芯直径越小。
模场直径:光纤利用全反射原理,但实际上光束在全反射时会穿过边界进入光疏介质传输一段距离(称为倏逝波),然后再反射回光密介质,其深度与波长相关。因此,实际光斑尺寸会比纤芯直径大,这个实际尺寸称为模场直径,需要注意模场直径不是纤芯直径的物理尺寸。
包层直径:包层是紧邻纤芯的介质,形成高低折射率边界,使得光线在纤芯中发生全反射。其直径即为其物理尺寸。
涂覆层直径:由于纤芯和包层都是玻璃材料,易于损坏,因此通常会在包层外包裹一层树脂以增强其韧性。这层树脂即涂覆层,其直径就是涂覆层直径。
护套直径:光纤即使加上涂覆层,在外力作用下仍容易受到压折破坏。为了更好地保护光纤,适应复杂环境下的使用,通常会在光纤外套上额外的塑料或金属套管。这些套管的直径即为其物理尺寸,常见的有0.9 mm、2 mm、3 mm、6 mm的塑料保护套或3 mm、6 mm的不锈钢保护套。
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,从而使传输过程中的偏振态变化变得可控。
理论上,圆芯的光纤不应该产生双折射,并且其偏振态在传播过程中不应该改变。然而,在实际生产中,由于外部力量的影响,如不均匀的光纤直径或弯曲等,可能导致双折射现象的出现。任何外部干扰,如弯曲、振动、温度变化等,都可能导致光的偏振态在传输过程中发生无规则变化。保偏光纤通过结构设计,使光纤内部应力保持平衡,维持双折射效应不变,从而产生固定的快慢轴,确保传输过程中偏振态稳定。通常采用的方法是在光纤芯中引入对称不均匀应力,通过在纤芯两侧加入两种改进玻璃组分的应力棒来实现。应力型保偏光纤则利用嵌入的应力棒和光纤纤芯的热膨胀系数不同,产生热应力,导致材料折射率变化,进而产生双折射效应。
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传输后仍能保持的消光比参考数值,一般会比入射光低,其功能在于保持原有特性。而偏振片则是将低消光比的光转换为与偏振片高消光比一致的偏振光,其功能更侧重于优化。
目前市面上常见的保偏光纤跳线为熊猫型保偏光纤,慢轴与Key键对齐,结构如下图所示。当将偏振光偏振方向与其中一轴对齐时,分到另一轴的偏振分量会很小,从而保持传输光的偏振态。此时引入了消光比(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时,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即是消光比。消光比是衡量偏振器质量的重要参数,消光比越大,偏振器质量越高。
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。
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。
光纤接口处的结构包括裸光纤(去除树脂涂覆层,仅剩包层和纤芯的裸光纤)、环氧树脂胶和陶瓷插芯。由于接头对接精度的限制,光纤之间的纤芯不可能完全对准,可能会发生一定程度的错位。这种错位会导致部分光无法耦合到纤芯中传输,而被折射到光纤外并被环氧树脂胶吸收。随着光束功率的增加,泄露的光功率也会增加,导致胶水吸收光能量并产生高温度。高温下,胶水可能发生收缩,增大纤芯对准的误差,进而导致更多的光束折射至光纤包层外。在极端情况下,胶水可能融化或挥发,凝结在光纤端面,阻挡光路,甚至引发光纤端面的燃烧。
在使用光纤法兰辅助光纤跳线对接时,针对工作波长在780 nm及以上的光纤跳线,最高可允许功率为300 mW;而对于波长在780 nm以下的光纤跳线,最高安全功率为50 mW。这是因为环氧树脂对短波长的光吸收更高,同时,工作在短波长的光纤纤芯直径更小,相同的对准耦合精度误差下,泄露的光能量占比更高。当光纤用于输出或去掉接头使用光纤熔融机熔接时,功率可达到1 W以上。