Thorlabs透射浸入式探頭光纖束

Thorlabs透射浸入式探頭光纖束特性

Y型跳線光纖束和探頭*，用于透射浸入式探頭

實時測量吸光率和透射率

波長范圍400-900 nm

光纖束的Y型節(jié)點處具有可調(diào)夾具

光源端照亮樣品

樣品分支帶有?1/4英寸探頭

光譜儀端接收從樣品發(fā)出的反射光

加強型不銹鋼套管和消應(yīng)力套管

SMA905接頭，刻有光纖配置

探頭*長度各異，范圍在2 mm-20 mm(單獨出售)

需要一根光纖束和一個探頭*

Thorlabs的透射浸入式探頭光纖束極其適合在液態(tài)樣品中測量透射率和吸光率。與基于比色皿的裝置不同，探頭*浸入樣品中；液體可以自由流入探頭*的開口里面。這種方式可以直接測量樣品，非常適合需要實時測量的應(yīng)用，比如，監(jiān)測化學反應(yīng)或水質(zhì)測試(詳情請看應(yīng)用標簽)。完整的透射浸入式探頭需要購買一根光纖束和一個探頭*。

常見的透射浸入式探頭裝置使用了Thorlabs的TP22透射浸入式光纖束和探頭*、CCD光譜儀和寬帶光纖耦合光源。注意：光纖束光譜儀端中暗纖的位置隨機，但不會處于光纖束的中心位置。

示意圖展現(xiàn)了穿過光纖束和探頭*的光路(紅色表示)。

?1/4英寸探頭和探頭*由316不銹鋼制造，安裝了高質(zhì)量的透鏡和反射鏡，以便將探頭*進入液體時，大程度地減少透射損耗。如右圖所示，光纖束中的光在光纖束的樣品端被準直。不同長度的透射浸入式探頭*可以安裝在探頭端。在探頭*里，光會穿過樣品兩次；一次是在光從光纖束射出時，再次是經(jīng)反射鏡的反射光射入探頭*的一端時。光路越長，測量的靈敏度越高，但總透射損耗也會增加。樣品發(fā)出的透射光和散射光由光纖束外面的六根光纖收集，并引導(dǎo)光纖束的光譜儀端。這種連接光譜儀與光源的方式顯著減少了光束射出并重新射入光纖時受到的阻擋。光譜儀端可以旋轉(zhuǎn)，以便達到光纖束與光譜儀之間的佳對準位置，后再擰緊SMA接頭。

TP22透射浸入式探頭光纖束的波長范圍為400-900 nm，帶有兩個SMA905終端的分支。它們兼容Thorlabs的CCD光譜儀等大多數(shù)光譜儀，以及大多數(shù)光源，包括Thorlabs的寬帶光纖耦合光源。每個SMA905終端的分支刻有光纖配置；光源端具有單根光纖，而光譜儀端具有由六根光纖和一根暗纖構(gòu)成的圓形光纖束。暗纖不會總是處于相同的位置，但Thorlabs保證，暗纖永遠不會處于中心位置。Y型節(jié)點處的滑動夾具可以通過擰緊8-32螺絲而鎖定。

探頭支架

Thorlabs提供探頭支架和夾臂(下方有售)，可在浸入樣品介質(zhì)時夾住樣品端的探頭。這些可調(diào)組件可在測量時固定光纖。夾臂可以垂直或以45°夾持探頭。

常見的透射浸入式探頭裝置使用了Thorlabs的TP22透射浸入式光纖束和探頭*、CCD光譜儀和寬帶光纖耦合光源。注意：光纖束光譜儀端中暗纖的位置隨機，但不會處于光纖束的中心位置。

應(yīng)用

使用透射浸入式探頭測量吸收光譜

利用比爾定律，通過光被樣品吸收的量，就可以確定吸收光譜的濃度。一般會通過將樣品放置在比色皿內(nèi)，使用臺式光譜儀進行測量。在樣品不方便提取或取樣的情況下，就可以使用透射浸入式探頭，讓用戶進行實時測量。探頭*相當于便攜式比色皿，一邊引導(dǎo)光通過樣品，一邊讓樣品自由地流過樣品開口。

透射浸入式探頭非常適合需要實時測量的應(yīng)用，比如化學加工或環(huán)境監(jiān)測。透射光和散射光都由光譜儀測量，這就意味著，這種方法比臺式測量法的動態(tài)范圍要低。仔細挑選探頭*和吸收波長，有助于優(yōu)化測量效果。

為了展示透射浸入式探頭在這些應(yīng)用中的使用方法，右圖曲線顯示了四種不同食用色素的吸收光譜，這些樣品以相同濃度與水混合，經(jīng)測量所得。將SLS201L寬帶光源連接到光源分支，將CCS200光譜儀連接到光譜儀分支。將長度為5 mm的TPT205探頭*連接到樣品分支。與預(yù)計效果一樣，在視覺可以觀察到的顏色區(qū)域，每個光譜體現(xiàn)出較低的吸光率。通過在不同已知食用色素濃度下進行樣品測量，可讓用戶制作出校準曲線，以便確定未知樣品的濃度。

損傷閥值

激光誘導(dǎo)的光纖損傷

以下教程詳述了無終端(裸露的)、有終端光纖以及其他基于激光光源的光纖元件的損傷機制，包括空氣-玻璃界面(自由空間耦合或使用接頭時)的損傷機制和光纖玻璃內(nèi)的損傷機制。諸如裸纖、光纖跳線或熔接耦合器等光纖元件可能受到多種潛在的損傷(比如，接頭、光纖端面和裝置本身)。光纖適用的大功率始終受到這些損傷機制的小值的限制。

雖然可以使用比例關(guān)系和一般規(guī)則估算損傷閾值，但是，光纖的損傷閾值在很大程度上取決于應(yīng)用和特定用戶。用戶可以以此教程為指南，估算大程度降低損傷風險的安全功率水平。如果遵守了所有恰當?shù)闹苽浜瓦m用性指導(dǎo)，用戶應(yīng)該能夠在的大功率水平以下操作光纖元件；如果有元件并未大功率，用戶應(yīng)該遵守下面描述的"實際安全水平"該，以安全操作相關(guān)元件?？赡芙档凸β蔬m用能力并給光纖元件造成損傷的因素包括，但不限于，光纖耦合時未對準、光纖端面受到污染或光纖本身有瑕疵。關(guān)于特定應(yīng)用中光纖功率適用能力的深入討論，請聯(lián)系技術(shù)支持techsupport-cn@thorlabs.com。

空氣-玻璃界面的損傷

空氣/玻璃界面有幾種潛在的損傷機制。自由空間耦合或使用光學接頭匹配兩根光纖時，光會入射到這個界面。如果光的強度很高，就會降低功率的適用性，并給光纖造成性損傷。而對于使用環(huán)氧樹脂將接頭與光纖固定的終端光纖而言，高強度的光產(chǎn)生的熱量會使環(huán)氧樹脂熔化，進而在光路中的光纖表面留下殘留物。

損傷的光纖端面

未損傷的光纖端面

多模(MM)光纖的有效面積由纖芯直徑確定，一般要遠大于SM光纖的MFD值。如要獲得佳耦合效果，Thorlabs建議光束的光斑大小聚焦到纖芯直徑的70 - 80%。由于多模光纖的有效面積較大，降低了光纖端面的功率密度，因此，較高的光功率(一般上千瓦的數(shù)量級)可以無損傷地耦合到多模光纖中。

所有值針對無終端(裸露)的石英光纖，適用于自由空間耦合到潔凈的光纖端面。

這是可以入射到光纖端面且沒有損傷風險的大功率密度估算值。用戶在高功率下工作前，必須驗證系統(tǒng)中光纖元件的性能與可靠性，因其與系統(tǒng)有著緊密的關(guān)系。

這是在大多數(shù)工作條件下，入射到光纖端面且不會損傷光纖的安全功率密度估算值。

插芯/接頭終端相關(guān)的損傷機制

有終端接頭的光纖要考慮更多的功率適用條件。光纖一般通過環(huán)氧樹脂粘合到陶瓷或不銹鋼插芯中。光通過接頭耦合到光纖時，沒有進入纖芯并在光纖中傳播的光會散射到光纖的外層，再進入插芯中，而環(huán)氧樹脂用來將光纖固定在插芯中。如果光足夠強，就可以熔化環(huán)氧樹脂，使其氣化，并在接頭表面留下殘渣。這樣，光纖端面就出現(xiàn)了局部吸收點，造成耦合效率降低，散射增加，進而出現(xiàn)損傷。

與環(huán)氧樹脂相關(guān)的損傷取決于波長，出于以下幾個原因。一般而言，短波長的光比長波長的光散射更強。由于短波長單模光纖的MFD較小，且產(chǎn)生更多的散射光，則耦合時的偏移也更大。

為了大程度地減小熔化環(huán)氧樹脂的風險，可以在光纖端面附近的光纖與插芯之間構(gòu)建無環(huán)氧樹脂的氣隙光纖接頭。我們的高功率多模光纖跳線就使用了這種設(shè)計特點的接頭。

曲線圖展現(xiàn)了帶終端的單模石英光纖的大概功率適用水平。每條線展示了考慮具體損傷機制估算的功率水平。大功率適用性受到所有相關(guān)損傷機制的低功率水平限制(由實線表示)。

確定具有多種損傷機制的功率適用性

光纖跳線或組件可能受到多種途徑的損傷(比如，光纖跳線)，而光纖適用的大功率始終受到與該光纖組件相關(guān)的低損傷閾值的限制。

例如，右邊曲線圖展現(xiàn)了由于光纖端面損傷和光學接頭造成的損傷而導(dǎo)致單模光纖跳線功率適用性受到限制的估算值。有終端的光纖在給定波長下適用的總功率受到在任一給定波長下，兩種限制之中的較小值限制(由實線表示)。在488 nm左右工作的單模光纖主要受到光纖端面損傷的限制(藍色實線)，而在1550
nm下工作的光纖受到接頭造成的損傷的限制(紅色實線)。

對于多模光纖，有效模場由纖芯直徑確定，一般要遠大于SM光纖的有效模場。因此，其光纖端面上的功率密度更低，較高的光功率(一般上千瓦的數(shù)量級)可以無損傷地耦合到光纖中(圖中未顯示)。而插芯/接頭終端的損傷限制保持不變，這樣，多模光纖的大適用功率就會受到插芯和接頭終端的限制。

請注意，曲線上的值只是在合理的操作和對準步驟幾乎不可能造成損傷的情況下粗略估算的功率水平值。值得注意的是，光纖經(jīng)常在超過上述功率水平的條件下使用。不過，這樣的應(yīng)用一般需要專業(yè)用戶，并在使用之前以較低的功率進行測試，盡量降低損傷風險。但即使如此，如果在較高的功率水平下使用，則這些光纖元件應(yīng)該被看作實驗室消耗品。

光纖內(nèi)的損傷閾值

除了空氣玻璃界面的損傷機制外，光纖本身的損傷機制也會限制光纖使用的功率水平。這些限制會影響所有的光纖組件，因為它們存在于光纖本身。光纖內(nèi)的兩種損傷包括彎曲損耗和光暗化損傷。

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使其無法全反射，光在某個區(qū)域就會射出光纖，這時候就會產(chǎn)生彎曲損耗。射出光纖的光一般功率密度較高，會燒壞光纖涂覆層和周圍的松套管。

有一種叫做雙包層的特種光纖，允許光纖包層(第二層)也和纖芯一樣用作波導(dǎo)，從而降低彎折損傷的風險。通過使包層/涂覆層界面的臨界角高于纖芯/包層界面的臨界角，射出纖芯的光就會被限制在包層內(nèi)。這些光會在幾厘米或者幾米的距離而不是光纖內(nèi)的某個局部點漏出，從而大限度地降低損傷。Thorlabs生產(chǎn)并銷售0.22 NA雙包層多模光纖，它們能將適用功率提升百萬瓦的范圍。

光暗化

光纖內(nèi)的第二種損傷機制稱為光暗化或負感現(xiàn)象，一般發(fā)生在紫外或短波長可見光，尤其是摻鍺纖芯的光纖。在這些波長下工作的光纖隨著曝光時間增加，衰減也會增加。引起光暗化的原因大部分未可知，但可以采取一些列措施來緩解。例如，研究發(fā)現(xiàn)，羥基離子(OH)含量非常低的光纖可以抵抗光暗化，其它摻雜物比如氟，也能減少光暗化。

即使采取了上述措施，所有光纖在用于紫外光或短波長光時還是會有光暗化產(chǎn)生，因此用于這些波長下的光纖應(yīng)該被看成消耗品。

制備和處理光纖

通用清潔和操作指南

建議將這些通用清潔和操作指南用于所有的光纖產(chǎn)品。而對于具體的產(chǎn)品，用戶還是應(yīng)該根據(jù)輔助文獻或手冊中給出的具體指南操作。只有遵守了所有恰當?shù)那鍧嵑筒僮鞑襟E，損傷閾值的計算才會適用。

安裝或集成光纖(有終端的光纖或裸纖)前應(yīng)該關(guān)掉所有光源，以避免聚焦的光束入射在接頭或光纖的脆弱部分而造成損傷。

光纖適用的功率直接與光纖/接頭端面的質(zhì)量相關(guān)。將光纖連接到光學系統(tǒng)前，一定要檢查光纖的末端。端面應(yīng)該是干凈的，沒有污垢和其它可能導(dǎo)致耦合光散射的污染物。另外，如果是裸纖，使用前應(yīng)該剪切，用戶應(yīng)該檢查光纖末端，確保切面質(zhì)量良好。

如果將光纖熔接到光學系統(tǒng)，用戶先應(yīng)該在低功率下驗證熔接的質(zhì)量良好，然后在高功率下使用。熔接質(zhì)量差，會增加光在熔接界面的散射，從而成為光纖損傷的來源。

對準系統(tǒng)和優(yōu)化耦合時，用戶應(yīng)該使用低功率；這樣可以大程度地減少光纖其他部分(非纖芯)的曝光。如果高功率光束聚焦在包層、涂覆層或接頭，有可能產(chǎn)生散射光造成的損傷。

高功率下使用光纖的注意事項

一般而言，光纖和光纖元件應(yīng)該要在安全功率水平限制之內(nèi)工作，但在理想的條件下(佳的光學對準和非常干凈的光纖端面)，光纖元件適用的功率可能會增大。用戶先必須在他們的系統(tǒng)內(nèi)驗證光纖的性能和穩(wěn)定性，然后再提高輸入或輸出功率，遵守所有所需的安全和操作指導(dǎo)。以下事項是一些有用的建議，有助于考慮在光纖或組件中增大光學功率。

要防止光纖損傷光耦合進光纖的對準步驟也是重要的。在對準過程中，在取得佳耦合前，光很容易就聚焦到光纖某部位而不是纖芯。如果高功率光束聚焦在包層或光纖其它部位時，會發(fā)生散射引起損傷

使用光纖熔接機將光纖組件熔接到系統(tǒng)中，可以增大適用的功率，因為它可以大程度地減少空氣/光纖界面損傷的可能性。用戶應(yīng)該遵守所有恰當?shù)闹笇?dǎo)來制備，并進行高質(zhì)量的光纖熔接。熔接質(zhì)量差可能導(dǎo)致散射，或在熔接界面局部形成高熱區(qū)域，從而損傷光纖。

連接光纖或組件之后，應(yīng)該在低功率下使用光源測試并對準系統(tǒng)。然后將系統(tǒng)功率緩慢增加到所希望的輸出功率，同時周期性地驗證所有組件對準良好，耦合效率相對光學耦合功率沒有變化。

由于劇烈彎曲光纖造成的彎曲損耗可能使光從受到應(yīng)力的區(qū)域漏出。在高功率下工作時，大量的光從很小的區(qū)域(受到應(yīng)力的區(qū)域)逃出，從而在局部形成產(chǎn)生高熱量，進而損傷光纖。請在操作過程中不要破壞或突然彎曲光纖，以盡可能地減少彎曲損耗。

用戶應(yīng)該針對給定的應(yīng)用選擇合適的光纖。例如，大模場光纖可以良好地代替標準的單模光纖在高功率應(yīng)用中使用，因為前者可以提供更佳的光束質(zhì)量，更大的MFD，且可以降低空氣/光纖界面的功率密度。

階躍折射率石英單模光纖一般不用于紫外光或高峰值功率脈沖應(yīng)用，因為這些應(yīng)用與高空間功率密度相關(guān)。

定制光纖束

Thorlabs樂于給您供應(yīng)定制的帶隨機或確定光纖配置的直光纖束和扇出光纖束。有下表列出了我們當前能生產(chǎn)的一些光纖束。我們正在擴展生產(chǎn)能力，所以如果此處沒有您所要求的光纖束也可以聯(lián)系我們。

一些定制光纖束的要求將超出我們的一般的生產(chǎn)工藝技術(shù)范圍。所以我們不能保證能夠制造出的光纖束配置符合您的特殊應(yīng)用要求。但是，我們的工程師也非常樂于與您一起確定Thorlabs是否能夠生產(chǎn)符合您需要的光纖束。如需報價，請?zhí)峁┙o我們您的光纖束配置圖。

樣品光纖束接頭配置

定制1轉(zhuǎn)4束扇出型光纜

定制帶SMA905接頭的石英光纖束

在一束20根光纖中，一般多有一根是暗纖，即一束中95%的光纖都是完好的。對于每支中不止一根光纖的光纖束，有5-10%的光纖是暗纖。

這些光纖束不適合要求均勻功率分布的應(yīng)用。

套管的選擇會被光纖類型、光纖數(shù)量和長度所限制。一般來說，在定制光纖束中會使用不止一種套管，尤其是分叉光纖束。

它代表公共端光纖的大纖芯直徑。分離端光纖的纖芯直徑算入了公共端纖芯直徑。

光纖束的長度公差≤2 m。請聯(lián)系techsupport-cn@thorlabs.com討論更長光纖束的公差。

我們不能保證在分叉光纖束公共端處光纖或幾何結(jié)構(gòu)之間的距離。

我們的光纜工程師可以協(xié)助設(shè)計符合您應(yīng)用的光纖束。對于您的定制光纖束要求，請聯(lián)系techsupport-cn@thorlabs.com。請?zhí)峁┠ㄖ乒饫w束的圖紙，我們可以更快地給您報價。

透射浸入式探頭光纖束-需要一根

光纖束和探頭(下方提供)內(nèi)置的光學元件指明了波長范圍和衰減曲線。

樣品分支的末端可以用蘸有丙酮或甲醇的擦鏡紙清潔。

光纖束的數(shù)值孔徑與單根光纖的數(shù)值孔徑相同

受到不銹鋼套管限制。

受到光纖限制。

透射浸入式探頭*-需要一個

帶開口的探頭*，用于在液體樣品中測量透射率或吸光率

長度為2 mm、5 mm、10 mm或20 mm

探頭*有寬帶反射鏡，鍍-E02介質(zhì)膜

這些透射浸入式探頭*可以安裝到上方出售的透射浸入式探頭光纖束。探頭*有一個樣品開口，可在測量時讓液體樣品自由流入測量區(qū)域。每個*末端有一面反射鏡(前表面鍍有-E02介質(zhì)膜)，可以反射從探頭光纖束射出的光。反射鏡表面上的保護膜可讓其浸入液體中。使用丙酮和超聲清洗機可以清洗探頭*，以便重復(fù)使用。請注意，安裝介質(zhì)膜反射鏡的端蓋用環(huán)氧樹脂粘在探頭的外殼上，不應(yīng)拆除。

*的長度有2 mm、5 mm、10 mm或20 mm可選。長度越長，探頭*中光與樣品介質(zhì)相互作用的長度就越長；因此，使用較長的探頭*，有助于提高信噪比，以便用于低吸光率的樣品。相反，較短的探頭*比較適合處理高吸光率的樣品。一般而言，長度越長，探頭的透射損耗也越大(請看上表中的波長范圍曲線圖)。因此，根據(jù)實驗選擇合適的光源和探頭長度，對于優(yōu)化測量效果十分關(guān)鍵。

波長為505 nm時測量。

入射角為0°，波長為400-900 nm時，-E02介質(zhì)膜會滿足規(guī)定的反射率，波長越長，入射角越大，性能越低。

可調(diào)探頭支架

可以牢固地夾持樣品分支上的?1/4英寸光學探頭

可以相對于樣本以90°或45°定位探頭

可以調(diào)節(jié)高度的夾臂，高可以容納55 mm(2.16英寸)的樣品

?6英寸(?152.4 mm)的底座，可以網(wǎng)格和同心圓

更換用的夾臂組件單獨出售

Thorlabs的RPS可調(diào)探頭支架可以夾持?1/4英寸光纖束探頭，當相對于樣品呈45°時，可以進行漫反射測量，當相對于樣品呈90°時，可以進行反射測量。每個支架包含可調(diào)夾臂(單獨出售)、刻有公制高度刻度的?1/2英寸光學接桿，以及刻有同心圓和網(wǎng)格圖樣的?6英寸(?152.4 mm)底座。

使用TS25H手擰螺絲可將樣品分支上的?1/4英寸探頭固定在RPA夾臂上。利用TS25H手擰螺絲可以調(diào)節(jié)夾臂的高度。夾臂有一個裝有彈簧、可伸縮的Delrin™*。裝有彈簧的*具有足夠的作用力，可在后的定位調(diào)節(jié)完成時固定夾臂，以便調(diào)節(jié)高度。使用RPS支架時，使用內(nèi)附的光學接桿可容納高為55 mm(2.16英寸)的樣品。對于更高的樣品，可以使用更長的英制或公制?1/2英寸接桿(請看右圖)輕松替換內(nèi)附的接桿。使用底座下面的M6帶帽螺絲可以將接桿固定到底座，也可以使用3/16英寸或5 mm球頭起子將其拆下。如果用英制?1/2英寸接桿替代原接桿，就需要SH25S063
1/4"-20帶帽螺絲。

更換用的RPA接桿夾臂單獨出售。通過將這些夾臂固定在?1/2英寸接桿上，也可以在自定義光機械裝置中將其用來安裝?1/4英寸探頭。

RPS帶有TR8接桿，可以安裝透射浸入式探頭。