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關于光纖跳線的常見問答
日期:2024-03-12 02:42:09

Q
 
光纖跳線中的各種直徑、外徑參數分別代表什么?

這些參數與光纖的結構相關。

 


 

探索光纖內部結構,解讀各項參數如下:
 
纖芯直徑:纖芯(Core)是光束在光纖中實際傳輸的介質,通常為高折射率材料,其物理直徑一般在2 μm-10 μm之間,波長越短,纖芯直徑越小。
 
模場直徑:光纖利用全反射原理,但實際上光束在全反射時會穿過邊界進入光疏介質傳輸一段距離(稱為倏逝波),然后再反射回光密介質,其深度與波長相關。因此,實際光斑尺寸會比纖芯直徑大,這個實際尺寸稱為模場直徑,需要注意模場直徑不是纖芯直徑的物理尺寸。
 
包層直徑:包層是緊鄰纖芯的介質,形成高低折射率邊界,使得光線在纖芯中發生全反射。其直徑即為其物理尺寸。
涂覆層直徑:由于纖芯和包層都是玻璃材料,易于損壞,因此通常會在包層外包裹一層樹脂以增強其韌性。這層樹脂即涂覆層,其直徑就是涂覆層直徑。
 
護套直徑:光纖即使加上涂覆層,在外力作用下仍容易受到壓折破壞。為了更好地保護光纖,適應復雜環境下的使用,通常會在光纖外套上額外的塑料或金屬套管。這些套管的直徑即為其物理尺寸,常見的有0.9 mm、2 mm、3 mm、6 mm的塑料保護套或3 mm、6 mm的不銹鋼保護套。
 

 

Q
 
保偏光纖跳線是如何實現保偏的?

通過增加應力棒引入應力來使得光纖內部達到應力平衡狀態,從而使傳輸過程中的偏振態變化變得可控。

 


理論上,圓芯的光纖不應該產生雙折射,并且其偏振態在傳播過程中不應該改變。然而,在實際生產中,由于外部力量的影響,如不均勻的光纖直徑或彎曲等,可能導致雙折射現象的出現。任何外部干擾,如彎曲、振動、溫度變化等,都可能導致光的偏振態在傳輸過程中發生無規則變化。保偏光纖通過結構設計,使光纖內部應力保持平衡,維持雙折射效應不變,從而產生固定的快慢軸,確保傳輸過程中偏振態穩定。通常采用的方法是在光纖芯中引入對稱不均勻應力,通過在纖芯兩側加入兩種改進玻璃組分的應力棒來實現。應力型保偏光纖則利用嵌入的應力棒和光纖纖芯的熱膨脹系數不同,產生熱應力,導致材料折射率變化,進而產生雙折射效應。

 

Q
 
保偏光纖跳線的消光比參數和偏振片的消光比是一個意思嗎?

消光比的定義是一樣的,但是保偏光纖跳線和偏振片的功能不同。

 
保偏光纖的消光比指的是高消光比的偏振光經過傳輸后仍能保持的消光比參考數值,一般會比入射光低,其功能在于保持原有特性。而偏振片則是將低消光比的光轉換為與偏振片高消光比一致的偏振光,其功能更側重于優化。
 

 
目前市面上常見的保偏光纖跳線為熊貓型保偏光纖,慢軸與Key鍵對齊,結構如下圖所示。當將偏振光偏振方向與其中一軸對齊時,分到另一軸的偏振分量會很小,從而保持傳輸光的偏振態。此時引入了消光比(ER)參數來反映光纖保持偏振態的優劣程度。當偏振光偏振方向與快慢軸其中一個軸對齊時,通過元件后產生兩個正交偏振模態,沿原方向軸向的偏振分量與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質量的重要參數,消光比越大,偏振器質量越高。

 

Q
 
使用保偏光纖跳線時,入射光偏振方向必須對準慢軸才能保偏嗎?

不是。入射光偏振方向對準跳線快軸或慢軸均能實現保偏,但傳輸速率有差異。

 

 

Q
 
光纖跳線的損傷閾值是多少?

損傷閾值與使用方式有關。限制光纖使用功率的因素主要來自于接頭。

 



光纖接口處的結構包括裸光纖(去除樹脂涂覆層,僅剩包層和纖芯的裸光纖)、環氧樹脂膠和陶瓷插芯。由于接頭對接精度的限制,光纖之間的纖芯不可能完全對準,可能會發生一定程度的錯位。這種錯位會導致部分光無法耦合到纖芯中傳輸,而被折射到光纖外并被環氧樹脂膠吸收。隨著光束功率的增加,泄露的光功率也會增加,導致膠水吸收光能量并產生高溫度。高溫下,膠水可能發生收縮,增大纖芯對準的誤差,進而導致更多的光束折射至光纖包層外。在極端情況下,膠水可能融化或揮發,凝結在光纖端面,阻擋光路,甚至引發光纖端面的燃燒。



 在使用光纖法蘭輔助光纖跳線對接時,針對工作波長在780 nm及以上的光纖跳線,最高可允許功率為300 mW;而對于波長在780 nm以下的光纖跳線,最高安全功率為50 mW。這是因為環氧樹脂對短波長的光吸收更高,同時,工作在短波長的光纖纖芯直徑更小,相同的對準耦合精度誤差下,泄露的光能量占比更高。當光纖用于輸出或去掉接頭使用光纖熔融機熔接時,功率可達到1 W以上。

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