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筱曉小課堂 | 光纖為何會(huì)損傷淺談一下光纖損傷閾值

來(lái)源:筱曉(上海)光子技術(shù)有限公司 更新時(shí)間:2024-05-31 13:28:36 閱讀量:696
導(dǎo)讀:光導(dǎo)纖維,簡(jiǎn)稱(chēng)光纖,其主要成分是高純度的石英玻璃。在激光系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用于光信號(hào)傳輸。相較于空間光傳輸系統(tǒng),光纖使得激光傳輸更加穩(wěn)定,降低了系統(tǒng)維護(hù)成本。然而,光纖對(duì)于輸入功率有一定的承受限度...



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光導(dǎo)纖維,簡(jiǎn)稱(chēng)光纖,其主要成分是高純度的石英玻璃(SiO2)。在激光系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用于光信號(hào)傳輸。相較于空間光傳輸系統(tǒng),光纖使得激光傳輸更加穩(wěn)定,降低了系統(tǒng)維護(hù)成本。然而,光纖對(duì)于輸入功率有一定的承受限度。在激光系統(tǒng)中,光纖作為激光的載體,是激光致傷的主要部件,超過(guò)損傷閾值的光功率會(huì)對(duì)光纖造成損傷。




激光誘導(dǎo)損傷閾值(LIDT)



激光誘導(dǎo)損傷閾值(LIDT)是光纖在激光作用下所能承受的最大光功率密度,是衡量光纖傳輸能力的重要因數(shù)。


一般而言,損傷閾值包括理論損傷實(shí)際損傷閾值。理論損傷閾值是在耦合條件和端面條件都非常好的情形下,保證光纖不被損壞的最大光功率密度;實(shí)際損傷閾值是指實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件中光纖端面可能存在污損、耦合條件也并不理想的情形下,光纖所能承受的最大光功率密度。




空氣—玻璃界面損傷



實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,光纖損傷主要發(fā)生在入射面處,例如空氣—玻璃界面。利用法蘭接通兩根光纖時(shí),激光會(huì)從第一根光纖的端面中射出,經(jīng)過(guò)空氣層入射到下一根光纖的端面上。光功率過(guò)高時(shí),可能會(huì)損壞光纖端面。


下表給出了空氣—玻璃界面的理論損傷閾值“實(shí)際安全水平”

空氣—玻璃界面損傷閾值

激光類(lèi)型

理論損傷閾值

實(shí)際安全水平

連續(xù)激光

(平均功率)

1MW/cm2


250kW/cm2


脈沖激光

(峰值功率)

5GW/cm2


1GW/cm2





如何估算光纖端面適用的功率水平



以單模光纖為例,光通過(guò)光纖的橫截面積稱(chēng)為有效面積,包括纖芯以及部分包層。有效面積可以通過(guò)模場(chǎng)直徑(MFD)計(jì)算得出。


例如,SMF-28E+康寧單模通信光纖在1260nm下工作的模場(chǎng)直徑(MFD)大約9.2 μm,那么它的有效面積為:

S=Pi×(MFD/2)2≈3.14×(9.2/2)2=66.44μm2=6.644×10-7cm2

產(chǎn)品推薦


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CSMF-28E+康寧單模通信光纖 截至波長(zhǎng) 1260nm 纖芯直徑 8.2um

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將功率密度與效面積相乘,即可估算出光纖端面適用的功率水平。值得注意的是,此計(jì)算假設(shè)的是光束具有均勻的強(qiáng)度分布,但其實(shí),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(jì)算值將略高于損傷閾值或?qū)嶋H安全水平對(duì)應(yīng)的功率。




與插芯相關(guān)的損傷



此外光纖一般通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘合到陶瓷插芯中,當(dāng)光功率過(guò)高時(shí),沒(méi)有進(jìn)入纖芯并在光纖中傳播而散射到光纖的外層,會(huì)產(chǎn)生足夠?qū)h(huán)氧樹(shù)脂融化的熱量。

除了空氣玻璃界面的損傷機(jī)制外,光纖本身還存在兩種損傷,包括彎曲損耗光暗化損傷










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(huì)使其無(wú)法全反射,光在某個(gè)區(qū)域就會(huì)射出光纖,這時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生彎曲損耗。射出光纖的光一般功率密度較高,會(huì)燒壞光纖涂覆層和周?chē)乃商坠堋?/span>




光暗化



光纖內(nèi)的第二種損傷機(jī)制稱(chēng)為光暗化,隨著曝光時(shí)間的增加,光纖內(nèi)的衰減也會(huì)增加。光暗化經(jīng)常發(fā)生在紫外或短波長(zhǎng)可見(jiàn)光。


在使用光纖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前,需要利用端面檢測(cè)儀檢查光纖端面是否存在污損。下面兩張圖分別為被激光損壞的端面和未被損傷的端面。


激光損壞的端面                     未被損傷的端面 

在使用光纖產(chǎn)品時(shí),只有遵守了所有恰當(dāng)?shù)那鍧嵑筒僮饕?guī)范,損傷閾值的計(jì)算才會(huì)適用。

產(chǎn)品推薦

_

FOC-2.5/1.25/2.0 光纖清潔筆

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