Products Homeシングルモードファイバ
- Operating Wavelengths from 320 nm to 2200 nm
- Shipped from Stock with No Minimum Order
- Patch Cables Available for All Fibers
- Ø80 µm or Ø125 µm Cladding Available
Typical Output Beam Profile from a Single Mode Fiber
Some Fibers are Available with
a Ø900 µm Hytrel Jacket
Single Mode Fiber Cross Section
780HP
780 - 970 nm,
Ø245 µm Acrylate Coating
H1060-J9
980 - 1650 nm,
Ø900 µm Hytrel® Jacket
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| Stock Patch Cables Available with This Fiber | ||
|---|---|---|
| SM300 Fiber |
| Item # Prefix | Connectors | Length |
| P1-305A-FC | FC/PC to FC/PC | 1 or 2 m |
| P3-305A-FC | FC/APC to FC/APC | 1 m |
| P5-305A-PCAPC | FC/PC to FC/APC | 1 m |
| P1-305AR-2 | AR-Coated (300 - 510 nm) FC/PC to Uncoated FC/PC | 2 m |
| P5-305AR-2 | AR-Coated (300 - 510 nm) FC/PC to Uncoated FC/APC | 2 m |
| P4-305AR-2 | AR-Coated (300 - 510 nm) FC/APC to Uncoated FC/PC | 2 m |
| P3-305AR-2 | AR-Coated (300 - 510 nm) FC/APC to Uncoated FC/APC | 2 m |
| P1-305P-FC | FC/PC to FC/PC (Low Insertion Loss) | 1 or 2 m |
| P3-305P-FC | FC/APC to FC/APC (Low Insertion Loss) | 1 or 2 m |
| P5-305P-PCAPC-1 | FC/PC to FC/APC (Low Insertion Loss) | 1 m |
カスタム仕様のケーブルもご提供しています。詳細はこちらをクリックしてご覧ください。
特長
- シングルモード透過帯域：320～430 nm
- 2層アクリル被覆
- 純粋石英コア
- 標準在庫品
- 1 m単位で販売
当社のファイバ SM300は、添加物のない純粋石英コアとフッ化物を添加したクラッドから構成されます。コアには、GeO2が添加されていないので、Ge-O結合に伴う電子欠陥やカラーセンタが生じることなくフォトダークニングは大幅に低減されています。従って青色波長でも、数mW から数Wのパワーで使用できます。非線形現象(誘導散乱など)や熱的損傷によって引き起こされる透過率制限の影響は、ゲルマニウムをドープした従来の石英ファイバで高くなっていました。SM300は、UV域では若干フォトダークニングが現れますが、従来のファイバに比べると格段に優れた性能を示します。
| Item # | Operating Wavelength | Mode Field Diametera | Cladding | Coating | Cut-Off Wavelength |
|---|---|---|---|---|---|
| SM300 | 320 - 430 nm | 2.0 - 2.4 µm @ 350 nm | 125 ± 1 µm | 245 ± 15 µm | ≤310 nm |
| Item # | Short-Term Bend Radius | Long-Term Bend Radius | Attenuation (Max) | Proof Test Level | NA | Core Indexb | Cladding Indexb |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SM300 | ≥10 mm | ≥30 mm | ≤100 dB/km @ 350 nm ≤130 dB/km @ 430 nm | 1% (100 kpsi) | 0.12 - 0.14 | 320 nm: 1.48274 375 nm: 1.47314 430 nm: 1.46719 | 320 nm: 1.47703 375 nm: 1.46739 430 nm: 1.46142 |
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左の図は、ファイバを伝搬するビームの出力光強度のプロファイルを示しています。右の図は、標準的なビームの強度プロファイルで、図中にMFDおよびコア径を示しています。
モードフィールド径の定義
モードフィールド径(MFD)はシングルモードファイバを伝搬する ビームサイズの測定値です。 波長、コア半径、およびコアとクラッドの屈折率によって決まります。 光ファイバ内ではほとんどの光がファイバのコアに閉じ込められますが、クラッド内もわずかに伝搬します。 ガウス出力分布において、光出力が最大値に対し1/e2減少したところの直径がMFDとなります。
MFDの測定
MFD はファーフィールド可変開口法(VAMFF)によって測定します。 開口がファイバ出力のファーフィールドに配置され、その強度が測定されます。 ビームに小さな開口が連続配置して、各開口の強度を測定します。データは、光出力対開口の半角の正弦(またはSMファイバの開口数)としてプロットされます。
MFDは次に、特定の出力分布形状を想定しない数理モデルのペーターマンⅡの定義で決定されます。 ニアフィールドにおけるMFDは、ハンケル変換を用いてこのファーフィールド測定法から求められます。
| Quick Links |
|---|
| Damage at the Air / Glass Interface |
| Intrinsic Damage Threshold |
| Preparation and Handling of Optical Fibers |
レーザによる石英ファイバの損傷
このチュートリアルではコネクタ無し(素線)ファイバ、コネクタ付きファイバ、およびレーザ光源に接続するその他のファイバ部品に関連する損傷メカニズムを詳しく説明しています。そのメカニズムには、空気/ガラス界面(自由空間結合時、またはコネクタ使用時)ならびにファイバ内における損傷が含まれます。ファイバ素線、パッチケーブル、または溶融型カプラなどのファイバ部品の場合、損傷につながる複数の可能性(例:コネクタ、ファイバ端面、機器そのもの)があります。ファイバが対処できる最大パワーは、常にそれらの損傷メカニズムの中の最小の限界値以下に制限されます。
損傷閾値はスケーリング則や一般的なルールを用いて推定することはできますが、ファイバの損傷閾値の絶対値は利用方法やユーザ定義に大きく依存します。このガイドは、損傷リスクを最小に抑える安全なパワーレベルを推定するためにご利用いただくことができます。適切な準備と取扱い方法に関するガイドラインにすべて従えば、ファイバ部品は規定された最大パワーレベルで使うことができます。最大パワーの値が規定されていない場合は、部品を安全に使用するために下表の「実用的な安全レベル」の範囲に留めてご使用ください。 パワー処理能力を低下させ、ファイバ部品に損傷を与える可能性がある要因は、ファイバ結合時のミスアライメント、ファイバ端面の汚れ、あるいはファイバそのものの欠陥などですが、これらに限られるわけではありません。特定の用途におけるファイバのパワー処理能力に関するお問い合わせは当社までご連絡ください。
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損傷のないファイバ端
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損傷のあるファイバ端
空気/ガラス界面における損傷
空気/ガラス界面ではいくつかの損傷メカニズムが存在する可能性があります。自由空間結合の時、またはコネクタで2本のファイバを結合した時、光はこの界面に入射します。高強度の光は端面を損傷し、ファイバのパワー処理能力の低下や恒久的な損傷につながる場合があります。コネクタ付きのファイバで、コネクタがエポキシ接着剤でファイバに固定されている場合、高強度の光によって発生した熱により接着剤が焼けて、ファイバ端面に残留物が残る可能性があります。
| Estimated Optical Power Densities on Air / Glass Interfacea | ||
|---|---|---|
| Type | Theoretical Damage Thresholdb | Practical Safe Levelc |
| CW (Average Power) | ~1 MW/cm2 | ~250 kW/cm2 |
| 10 ns Pulsed (Peak Power) | ~5 GW/cm2 | ~1 GW/cm2 |
ファイバ素線端面での損傷メカニズム
ファイバ端面での損傷メカニズムはバルクの光学素子の場合と同様なモデル化ができ、UV溶融石英(UVFS)基板の標準的な損傷閾値を石英ファイバに当てはめることができます。しかしバルクの光学素子とは異なり、光ファイバの空気/ガラス界面においてこの問題に関係する表面積やビーム径は非常に小さく、特にシングルモードファイバの場合はそれが顕著です。 パワー密度が与えられたとき、ファイバに入射するパワーは、小さいビーム径に対しては小さくする必要があります。
右の表では光パワー密度に対する2つの閾値が記載されています。理論的な損傷閾値と「実用的な安全レベル」です。一般に、理論的損傷閾値は、ファイバ端面の状態も結合状態も非常に良いという条件で、損傷のリスク無しにファイバの端面に入射できる最大パワー密度の推定値を表しています。「実用的な安全レベル」のパワー密度は、ファイバ損傷のリスクが極めて小さくなる値を示しています。ファイバまたはファイバ部品をこの実用的な安全レベルを超えて使用することは可能ですが、その時は取扱い上の注意事項を適切に守り、使用前にローパワーで性能をテストする必要があります。
シングルモードの実効面積の計算
シングルモードファイバの実効面積は、モードフィールド径(MFD)、すなわちファイバ内の光が伝搬する部分の断面積によって定義されます。この面積にはファイバのコアとクラッドの一部が含まれます。シングルモードファイバとの結合効率を良くするためには、入射ビーム径をファイバのモードフィールド径に合致させなければなりません。
例として、シングルモードファイバSM400を400 nmで使用した時のモードフィールド径(MFD)は約Ø3 µmで、SMF-28 Ultraを1550 nmで使用したときのモードフィールド径(MFD)はØ10.5 µmです。これらのファイバの実効面積は下記の通り計算します。
SM400 Fiber: Area = Pi x (MFD/2)2 = Pi x (1.5 µm)2 = 7.07 µm2 = 7.07 x 10-8 cm2
SMF-28 Ultra Fiber: Area = Pi x (MFD/2)2 = Pi x (5.25 µm)2 = 86.6 µm2 = 8.66 x 10-7 cm2
ファイバ端面が対応できるパワーを推定するには、パワー密度に実効面積を乗じます。なおこの計算は均一な強度プロファイルを想定しています。しかしほとんどのレーザービームでは、シングルモード内でガウス分布を示すため、ビームの端よりも中央のパワー密度が高くなります。よって、これらの計算は損傷閾値または実用的安全レベルに対応するパワーとは若干異なることを考慮する必要があります。連続光源を想定して上記のパワー密度の推定値を使用すると、それぞれのパワーは下記のように求められます。
SM400 Fiber: 7.07 x 10-8 cm2 x 1 MW/cm2 = 7.1 x 10-8 MW = 71 mW (理論的損傷閾値)
7.07 x 10-8 cm2 x 250 kW/cm2 = 1.8 x 10-5 kW = 18 mW (実用的な安全レベル)
SMF-28 Ultra Fiber: 8.66 x 10-7 cm2 x 1 MW/cm2 = 8.7 x 10-7 MW = 870 mW (理論的損傷閾値)
8.66 x 10-7 cm2 x 250 kW/cm2 = 2.1 x 10-4 kW = 210 mW (実用的な安全レベル)
マルチモードの実効面積
マルチモードファイバの実効面積は、そのコア径によって定義されますが、一般にシングルモードファイバのMFDよりもはるかに大きくなります。当社では最適な結合を得るためにコア径のおよそ70～80%にビームを集光することをお勧めしています。マルチモードファイバでは実効面積が大きくなるほどファイバ端面でのパワー密度は下がるので、より大きな光パワー(通常キロワットオーダ)を入射しても損傷は生じません。
フェルール・コネクタ付きファイバに関する損傷メカニズム
Click to Enlargeコネクタ付きシングルモード石英ファイバに入力可能なパワー処理限界値(概算)を示したグラフ。各線はそれぞれの損傷メカニズムに応じたパワーレベルの推定値を示しています。 入力可能な最大パワーは、損傷メカニズムごとに制限されるパワーのうちの一番小さな値(実線で表示)によって制限されます。
コネクタ付きファイバのパワー処理能力に関しては、ほかにも考慮すべき点があります。ファイバは通常、エポキシ接着剤でセラミック製またはスチール製のフェルールに取り付けられています。光がコネクタを通してファイバに結合されると、コアに入射せずにファイバを伝搬する光は散乱されてファイバの外層からフェルール内へ、さらにフェルール内でファイバを保持する接着剤へと伝搬します。光の強度が大きいとエポキシ接着剤が焼け、それが蒸発して残留物がコネクタ端面に付着します。これによりファイバ端面に局所的に光を吸収する部分ができ、それに伴って結合効率が減少して散乱が増加するため、さらなる損傷の原因となります。
エポキシ接着剤に関連する損傷は、いくつかの理由により波長に依存します。一般に、光の散乱は長波長よりも短波長で大きくなります。短波長用のMFDの小さなシングルモードファイバへの結合時には、ミスアライメントに伴ってより多くの散乱光が発生する可能性があります。
エポキシ樹脂が焼損するリスクを最小に抑えるために、ファイバ端面付近のファイバとフェルール間にエポキシ接着剤の無いエアギャップを有するファイバーコネクタを構築することができます。当社の高出力用マルチモードファイバーパッチケーブルでは、このような設計のコネクタを使用しております。
複数の損傷メカニズムがあるときのパワー処理限界値を求める方法
ファイバーケーブルまたはファイバ部品において複数の損傷要因がある場合(例：ファイバーパッチケーブル)、入力可能なパワーの最大値は必ずファイバ部品構成要素ごとの損傷閾値の中の一番小さな値により決まります。この値が一般的にはパッチケーブルの端面に入射可能な最大のパワーを表します(出力パワーではありません)。
右のグラフは、シングルモードパッチケーブルにおけるファイバ端面での損傷とコネクタでの損傷に伴うパワー処理限界の推定値を例示しています。 ある波長におけるコネクタ付きファイバの総合的なパワー処理限界値は、その波長に対する2つの制限値の小さい方の値(実線)によって制限されます。488 nm付近で使用しているシングルモードファイバは主にファイバ端面の損傷(青い実線)によって制限されますが、1550 nmで使用しているファイバはコネクタの損傷(赤い実線)によって制限されます。
マルチモードファイバの実効面積はコア径で定義され、シングルモードファイバの実効面積より大きくなります。その結果、ファイバ端面のパワー密度が小さくなり、大きな光パワー(通常キロワットオーダ)を入射してもファイバに損傷は生じません(グラフには表示されていません)。しかし、フェルール・コネクタの損傷による限界値は変わらないため、マルチモードファイバが処理できる最大パワーはフェルールとコネクタによって制限されることになります。
上記の値は、取り扱いやアライメントが適切で、それらによる損傷が生じない場合のパワーレベルです。また、ファイバはここに記載されているパワーレベルを超えて使用されることもあります。しかし、そのような使い方をする場合は一般に専門的な知識が必要で、まずローパワーでテストして損傷のリスクを最小限に抑える必要があります。その場合においても、ハイパワーで使用するファイバ部品は消耗品と捉えた方が良いでしょう。
ファイバ内の損傷閾値
空気/ガラス界面で発生する損傷に加え、ファイバのパワー処理能力はファイバ内で発生する損傷メカニズムによっても制限されます。この制限はファイバ自体が本質的に有するもので、すべてのファイバ部品に適用されます。ファイバ内の損傷は、曲げ損失による損傷とフォトダークニングによる損傷の2つに分類されます。
曲げ損失
ファイバが鋭く曲げられると、コア内を伝搬する光がコア/クラッド界面において反射する際に、その反射角が全反射臨界角よりも大きくなります。曲げ損失は、このように内部全反射ができなくなることにより生じる損失です。このような状況下では、光はファイバから局所的に漏れだします。漏れる光のパワー密度は一般に大きく、ファイバのコーティングや補強チューブが焼損する可能性があります。
特殊ファイバに分類されるダブルクラッドファイバは、コアに加えてファイバのクラッド(2層目)も導波路として機能するため、曲げ損失による損傷のリスクが抑えられます。クラッドと被覆の界面の臨界角をコアとクラッドの界面の臨界角より大きくすることで、コアから漏れた光はクラッド内に緩く閉じ込められます。その後、光はセンチメートルからメートルオーダーの距離に渡って漏れ出しますが、局所的ではないため損傷リスクは最小に留められます。当社ではメガワットレベルの大きなパワーにも対応するNA 0.22のダブルクラッドマルチモードファイバを製造、販売しております。
フォトダークニング
もう1つのファイバ内の損傷メカニズムとして、特にコアにゲルマニウムが添加されたファイバをUVや短波長の可視光で使用した時に起こるフォトダークニングまたはソラリゼーションがあります。これらの波長で使用されたファイバは時間の経過とともに減衰量が増加します。 フォトダークニングが発生するメカニズムはほとんど分かっていませんが、その現象を緩和するファイバはいくつか開発されています。例えば、水酸イオン(OH)が非常に低いファイバはフォトダークニングに耐性があることが分かっています。またフッ化物などのほかの添加物もフォトダークニングを低減させる効果があります。
しかし、上記の対応をとったとしても、UV光や短波長に使用したファイバはいずれフォトダークニングが生じます。よってこれらの波長で使用するファイバは消耗品としてお考えください。
光ファイバの準備ならびに取扱い方法
一般的なクリーニングならびに操作ガイドライン
この一般的なクリーニングならびに操作ガイドラインはすべてのファイバ製品向けにお勧めしております。さらに付属資料やマニュアルに記載された個々の製品に特化したガイドラインも遵守してください。損傷閾値の計算は、すべてのクリーニングおよび取扱い手順に適切に従ったときにのみ適用することができます。
(コネクタ付き、またはファイバ素線に関わらず)ファイバを設置または組み込む前に、すべての光源はOFFにしてください。これにより、損傷の可能性のあるコネクタまたはファイバの脆弱な部分に集光されたビームが入射しないようにすることができます。
ファイバやコネクタ端面の品質がファイバのパワー処理能力に直結します。ファイバを光学系に接続する前に必ずファイバ端を点検してください。端面はきれいで、入射光の散乱を招く汚れや汚染物質があってはなりません。ファイバ素線は使用前にクリーブし、クリーブの状態が良好であることを確認するためにファイバ端面の点検をしてください。
ファイバを光学系に融着接続する場合、ハイパワーで使用する前にまずローパワーで融着接続の状態が良いことを確認してください。融着接続の品質が良くないと接続面での散乱が増え、ファイバ損傷の原因となる場合があります。
システムのアライメントや光結合の最適化などの作業はローパワーで行ってください。これによりファイバの(コア以外の)他の部分の露光が最小に抑えられます。ハイパワーのビームがクラッド、被覆またはコネクタに集光された場合、散乱光による損傷が発生する可能性があります。
ハイパワーでファイバを使用するための要点
光ファイバやファイバ部品は一般には安全なパワー限界値内で使用する必要がありますが、アライメントや端面のクリーニングがとても良い理想的な条件下では、ファイバ部品のパワー限界値を上げることができる場合があります。入力または出力パワーを増加させる前に、システム内のファイバ部品の性能と安定性を確認し、またすべての安全ならびに操作に関する指示に従わなければなりません。下記はファイバ内またはファイバ部品内の光パワーをの増大させること加を検討していするときに役立つご提案です。
ファイバースプライサを使用してファイバ部品をシステムに融着接続すると、空気/ファイバ界面での損傷の可能性を最小化できます。品質の高い融着接続が実現されるよう、すべて適切なガイドラインに則って実施する必要があります。融着接続の状態が悪いと、散乱や融着接続面での局所的な加熱などが発生し、ファイバを損傷する可能性があります。
ファイバまたはファイバ部品の接続後、ローパワーでシステムのテストやアライメントを実施してください。システムパワーを必要な出力パワーまで徐々に上昇させ、その間、定期的にすべての部品が適切にアライメントされ、結合効率が入力パワーによって変動していないことを確認します。
ファイバを鋭く曲げると曲げ損失が発生し、ファイバのストレスを受けた部分から光が漏れる可能性があります。ハイパワーで使用している時は、大量の光が小さな局所領域(歪みのある領域)から流出すると局所的に加熱され、ファイバが損傷する可能性があります。使用中はファイバの曲げが生じないよう配慮し、曲げ損失を最小限に抑えてください。
また、用途に適したファイバを選ぶことも損傷防止に役立ちます。例えば、ラージモードエリアファイバは、標準的なシングルモードファイバをハイパワー光用として用いる場合の良い代替品となります。優れたビーム品質を有しながらMFDも大きいため、空気/ファイバ界面でのパワー密度は小さくなります。
ステップインデックスシングルモード石英ファイバは、一般にUV光やピークパワーの大きなパルス光には使用しませんが、これはその用途に伴う空間パワー密度が大きいためです。
| Posted Comments: | |
ILIYA SHOFMAN
(posted 2024-10-09 14:51:12.75) Hello,
I'd like to inquire about the definition of NA in S405-XP. Is it at 1% or 13.5%(1/e^2) power? I believe this question has been asked before, and therefore it would be beneficial if the response is shared in the below forum.
Thank you! EGies
(posted 2024-10-14 03:42:40.0) Thank you for contacting Thorlabs. The NA for S405-XP is defined using the classical physics definition, where NA = square root [(Refractive index of the core)^2 - (Refractive index of the cladding)^2]. I have reached out to you directly regarding this. Bogdanrvk BogdanemrWN
(posted 2024-04-24 03:43:42.48) Manon Lallement
(posted 2023-12-11 10:50:22.687) Hello,
Could you tell me what is the birefringence of your SM630 HP fiber please ?
Thank you in advance,
Best regards,
Manon Lallement cdolbashian
(posted 2023-12-15 03:03:42.0) Thank you for reaching out to us with this inquiry. The SM630-HP fiber is a pure silica fiber with no stress rods within it. Nominally it is an isotropic material. That being said, by stressing the glass, perhaps with a paddle-style polarization controller, you can induce birefringence in the silica, and thus control phase and polarization directly. Ao Teng
(posted 2023-04-13 13:09:23.8) Hello, I would like to consult the Mode Field Daimeter and NA of SM300. In my opinion, MFD should be equal to 1.22*wavelength / NA, that is 1.22*0.35 um / 0.12=3.56 um. But this value is far from the given MFD(2.0-2.4 um), so I would like to know the relationship between MFD and NA you listed. More, when using SM300 for fiber coupling at 393 nm, how should I perform some ZEMAX simulations based on MFD or NA to improve the coupling efficiency.
Thank you! cdolbashian
(posted 2023-04-13 11:35:53.0) Thank you for reaching out to us with this inquiry. Above in the "MFD calculations" tab, we outline the method which we use to take these measurements. Regarding the simulation of these fibers within Optics Studio, I would recommend contacting Ansys or checking their knowledge base for some tips/tricks. Shreyas P
(posted 2023-02-08 20:26:22.68) Hi, What is the exact core diameter for the SM800 and 780HP fibers? (sorry for using the wrong form; the feedback form for these fibers was not working)
Thanks! cdolbashian
(posted 2023-02-17 11:31:00.0) Thank you for reaching out to us with this inquiry! I have contacted you directly to share the information we can provide. Ao Teng
(posted 2023-01-16 22:22:55.167) Hello, I'd like to inquire about the definition of NA in SM300, SM400 and S405-XP.
Is it at 1% or 13.5%(1/e^2) power?
Thank you! jgreschler
(posted 2023-01-17 09:09:25.0) Thank you for reaching out to Thorlabs. Additional specifications and definitions can be requested by contacting techsupport@thorlabs.com. I have reached out to you directly with details. B Little
(posted 2022-07-27 10:13:42.157) Do you have any data on photodarkening of this fiber at 320 nm? We have experienced some and are worried that it might be prohibitive for our end goal of transmitting tens of mW of power.
(this is similar to but different from the previous question on damage threshold) jgreschler
(posted 2022-08-04 02:48:23.0) Thank you for reaching out to Thorlabs. We do have some data regarding photodarkening of silica fibers over the UV range. I have reached out to you directly to provide this data and discuss damage thresholds. Stephen Webster
(posted 2022-05-24 14:33:10.163) Please could you tell me the core diameter of the SM300 fibre? I need this to carry out a simulation of the beam propagation using Zemax. Thanks. jgreschler
(posted 2022-05-24 04:10:56.0) Thank you for reaching out to Thorlabs. The calculated core diameter of this fiber is ~1.8um. Brooks Childers
(posted 2021-06-01 13:08:23.503) The information in the "MFD Definition" tab on the page for single mode fiber products seems to indicate that Thorlabs, or someone else, has measured the actual mode field diameter of those fibers according to the VAMFF method. Is that true? cdolbashian
(posted 2021-06-14 04:49:36.0) Thank you for reaching out to us at Thorlabs. As some of our fibers are vendor items, and we are not privy to their testing methods, we cannot guarantee the MFD characterization method of everything in a general sense. I have reached out to you directly to discuss this further. yeongdae
(posted 2017-08-26 17:43:36.093) Hi. I was looking at 'Specs' and 'MFD Definition' tab of [Single Mode Fiber: 320 to 430 nm] page.
There, it says your 320 - 430 nm fiber's Mode Field Diameter is 2.0~2.4 microns. My measurement on this fiber actually gives twice that value.
My hypothesis is that MFD definition is sometimes confusing, as this value is also 2*omega_0 where omega_0 is "beam waist" following the definition of Wikipedia's [Gaussian beam] page. Maybe what you wrote as Mode Field Diameter is actaully omega_0 value??
Can you check this and give me a feedback, as I also want to make sure that my measurements were in fact correct?? tfrisch
(posted 2017-09-14 03:53:23.0) Hello, thank you for contacting Thorlabs. I will reach out to you directly to compare our calculations. I'd be interested to see if you use a model that deviates from the Variable Aperture Method in the Far Field. vivien.loo
(posted 2017-07-06 13:28:56.17) Hi,
SM300 has a pure undoped silica core, is it the same for SM600 and 630HP? nbayconich
(posted 2017-08-08 09:56:51.0) Thank you for contacting Thorlabs. The SM600 and 630HP fibers have GeO2 doped cores. I will contact you directly with more information. goodwi63
(posted 2017-01-26 16:07:49.89) I would like to know the core diameter for the SM300, and if it is not the smallest core diameter, which of your products has the smallest core diameter. pbui
(posted 2017-01-30 04:23:11.0) Thank you for your inquiry. We will contact you directly to discuss your application requirements and recommend the appropriate fiber. soshenko.v
(posted 2016-02-02 11:03:16.203) Hello, can you give some data for non-bridging oxygen centers in this fiber and its intrinsic fluorescence? Comparing to SM600, is fluorescence higher or lower?
Is this fiber somehow related (Thorlabs buys it from them or vice versa) to Nufern 630HP fiber? besembeson
(posted 2016-02-04 03:19:11.0) Response from Bweh at Thorlabs USA: Thanks for contacting Thorlabs. We don't have such data at the moment for the SM300, and we don't have a fluorescence comparison with the SM600 either. Our 630HP has the same specifications as the Nufern 630HP. mchen
(posted 2014-07-09 10:56:22.61) Hi, Can you please tell me what is the dispersion of SM2000 fiber? thanks, Mike jlow
(posted 2014-08-07 10:17:45.0) Response from Jeremy at Thorlabs: The dispersion is estimated to be around 47ps/(nm*km) at 2000nm. lokirune
(posted 2014-05-21 14:45:27.98) HI. I was using the SM450 and 460HP, and it seems to burn easily. Is there any data sheet for damage threshold for those fiber? Also, I used it before and find that it much easier to burn with pulse laser. It there any specific reason for that? pbui
(posted 2014-06-02 09:46:36.0) There are no data sheets for damage threshold available, but it's possible to apply industry-standard damage thresholds for UV Fused Silica substrates to silica-based fibers. The surface areas and beam diameters involved at the air to glass interface are extremely small compared to bulk optics, especially with single mode (SM) fiber, and this results in very small damage thresholds. Assuming you're launching into bare fiber (no connectors), 250 kW/cm^2 is a practical value for Maximum Power Density for CW lasers, while for a 10 ns Pulsed (peak power) laser, the max may be around 1 GW/cm^2. We will contact you directly to find out more about your setup and to provide further details. helmofon
(posted 2013-12-15 14:18:47.37) Dear Sir/Madam
I will be very grateful for the information about refractive index of core and clad of SMF - 28 @1550nm.
Thank You, Maciej jlow
(posted 2013-12-17 08:50:38.0) Response from Jeremy at Thorlabs: The refractive index for the core and clad is around 1.4682 and 1.4615 respectively for SMF-28e+ at 1550nm. akselrod
(posted 2013-03-12 18:02:09.78) I would like to know the dispersion of this fiber at around 400 nm. Can you pleas let me know this value? Thanks! Gleb jlow
(posted 2013-04-11 15:40:00.0) Response from Jeremy at Thorlabs: Based on the generally used formula for waveguide dispersion and chromatic dispersion, the estimated dispersion for SM300 is on the order of -23 ps/(km-nm) at 400nm. That value can change depending on the actual numerical aperture and the cut-off wavelength of each spool of fiber. bdada
(posted 2012-06-05 19:30:00.0) Response from Buki at Thorlabs to Alfred:
Thank you for participating in our feedback forum. Below is the refractive index of 780HP at 780nm:
Core = 1.4598
Clad = 1.4537
Please contact TechSupport@thorlabs.com if you have any questions. user
(posted 2012-06-05 04:25:46.0) Dear Sir or Madame,
I want to know the refractive index of 780HP, then I will determine how long the fiber I will order.
Thank you in advance.
Alfred tcohen
(posted 2012-03-01 14:33:00.0) Response from Tim at Thorlabs: Thank you for your feedback. The S405-HP has a core index of 1.46958 and clad index of 1.46428 measured at 405nm. The MFD @ 460nm is 3.2 +/- .5 um. Please use these as references but note that they are approximate and may vary from lot to lot. marko.vranicar
(posted 2012-02-29 19:04:22.0) Dear Sir Or Madame,
Recently, we purchased the S405-HP fiber. We need to know the cladding and core refractive indices as well as the core radius at 473nm that I cannot find in specs.
I thank you in advance for your answer and assistance.
Best regards,
Marko |
| Stock Patch Cables Available with These Fibers | ||
|---|---|---|
| SM400 Fiber |
| Item # Prefix | Connectors | Length |
| P1-405B-FC | FC/PC to FC/PC | 1, 2, or 5 m |
| P3-405B-FC | FC/APC to FC/APC | 1, 2, or 5 m |
| P5-405B-PCAPC | FC/PC to FC/APC | 1 m |
| P2-405B-PCSMA | FC/PC to SMA | 1 m |
| P1-405AR-2 | AR-Coated (400 - 700 nm) FC/PC to Uncoated FC/PC | 2 m |
| P5-405AR-2 | AR-Coated (400 - 700 nm) FC/PC to Uncoated FC/APC | 2 m |
| P4-405AR-2 | AR-Coated (400 - 700 nm) FC/APC to Uncoated FC/PC | 2 m |
| P3-405AR-2 | AR-Coated (400 - 700 nm) FC/APC to Uncoated FC/APC | 2 m |
| P1-405P-FC | FC/PC to FC/PC (Low Insertion Loss) | 1, 2, or 5 m |
| P3-405P-FC | FC/APC to FC/APC (Low Insertion Loss) | 1, 2, or 5 m |
| P5-405P-PCAPC-1 | FC/PC to FC/APC (Low Insertion Loss) | 1 m |
| SM450 Fiber |
| Item # Prefix | Connectors | Length |
| P1-460B-FC | FC/PC to FC/PC | 1, 2, or 5 m |
| P3-460B-FC | FC/APC to FC/APC | 1, 2, or 5 m |
| P5-460B-PCAPC | FC/PC to FC/APC | 1 m |
| P2-460B-PCSMA | FC/PC to SMA | 1 m |
| P1-460AR-2 | AR-Coated (400 - 700 nm) FC/PC to Uncoated FC/PC | 2 m |
| P5-460AR-2 | AR-Coated (400 - 700 nm) FC/PC to Uncoated FC/APC | 2 m |
| P4-460AR-2 | AR-Coated (400 - 700 nm) FC/APC to Uncoated FC/PC | 2 m |
| P3-460AR-2 | AR-Coated (400 - 700 nm) FC/APC to Uncoated FC/APC | 2 m |
| P1-460P-FC | FC/PC to FC/PC (Low Insertion Loss) | 1, 2, or 5 m |
| P3-460P-FC | FC/APC to FC/APC (Low Insertion Loss) | 1, 2, or 5 m |
| P5-460P-PCAPC-1 | FC/PC to FC/APC (Low Insertion Loss) | 1 m |
カスタム仕様のケーブルもご提供しています。詳細はこちらをクリックしてご覧ください。
特長
- シングルモードファイバ、400 nm～680 nm
- 標準在庫品
- アクリル被膜
- S405-XP:石英製コア
- SM400とS405-XP:石英製コアとフッ化物添加のクラッド
- 1 m単位で販売
| Item # | Operating Wavelength | Mode Field Diameter | Cladding | Coating | Cut-Off Wavelength |
|---|---|---|---|---|---|
| S405-XP | 400 - 680 nm | 3.3 ± 0.5 µm @ 405 nm 4.6 ± 0.5 µm @ 630 nm | 125.0 ± 1.0 µm | 245.0 ± 15.0 µm | 380 ± 20 nm |
| SM400 | 405 - 532 nm | 2.5 - 3.4 µm @ 480 nm | 125 ± 1 µm | 245 ± 15 µm | 305 - 400 nm |
| SM450a | 488 - 633 nm | 2.8 - 4.1 µmb @ 488 nm | 125 ± 1.0 µm | 245 ± 15 µm | 350 - 470 nm |
| 460HP | 450 - 600 nm | 3.5 ± 0.5 µm @ 515 nm | 125 ± 1 µm | 245 ± 15 µm | 430 ± 20 nm |
| Item # | Short-Term Bend Radius | Long-Term Bend Radius | Attenuation (Max) | NA | Core Index | Cladding Index |
|---|---|---|---|---|---|---|
| S405-XP | ≥6 mm | ≥13 mm | ≤30.0 dB/km @ 630 nm ≤30.0 dB/km @ 488 nm | 0.12 | Calld | Calld |
| SM400 | ≥10 mm | ≥30 mm | ≤50 dB/km @ 430 nm ≤30 dB/km @ 532 nm | 0.12 - 0.14 | 405 nm: 1.46958e 467 nm: 1.46435e 532 nm: 1.46071e | 405 nm: 1.46382e 467 nm: 1.45857e 532 nm: 1.45491e |
| SM450 | ≥5 mm | ≥25 mm | ≤50 dB/km @ 488 nmc | 0.10 - 0.14 | 488 nm: 1.46645f 514 nm: 1.46501f | 488 nm: 1.46302f 514 nm: 1.46159f |
| 460HP | ≥6 mm | ≥13 mm | ≤30 dB/km @ 515 nm | 0.13 | Calld | Calld |
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左の図は、ファイバを伝搬するビームの出力光強度のプロファイルを示しています。右の図は、標準的なビームの強度プロファイルで、図中にMFDおよびコア径を示しています。
モードフィールド径の定義
モードフィールド径(MFD)はシングルモードファイバを伝搬する ビームサイズの測定値です。 波長、コア半径、およびコアとクラッドの屈折率によって決まります。 光ファイバ内ではほとんどの光がファイバのコアに閉じ込められますが、クラッド内もわずかに伝搬します。 ガウス出力分布において、光出力が最大値に対し1/e2減少したところの直径がMFDとなります。
MFDの測定
MFD はファーフィールド可変開口法(VAMFF)によって測定します。 開口がファイバ出力のファーフィールドに配置され、その強度が測定されます。 ビームに小さな開口が連続配置して、各開口の強度を測定します。データは、光出力対開口の半角の正弦(またはSMファイバの開口数)としてプロットされます。
MFDは次に、特定の出力分布形状を想定しない数理モデルのペーターマンⅡの定義で決定されます。 ニアフィールドにおけるMFDは、ハンケル変換を用いてこのファーフィールド測定法から求められます。
| Quick Links |
|---|
| Damage at the Air / Glass Interface |
| Intrinsic Damage Threshold |
| Preparation and Handling of Optical Fibers |
レーザによる石英ファイバの損傷
このチュートリアルではコネクタ無し(素線)ファイバ、コネクタ付きファイバ、およびレーザ光源に接続するその他のファイバ部品に関連する損傷メカニズムを詳しく説明しています。そのメカニズムには、空気/ガラス界面(自由空間結合時、またはコネクタ使用時)ならびにファイバ内における損傷が含まれます。ファイバ素線、パッチケーブル、または溶融型カプラなどのファイバ部品の場合、損傷につながる複数の可能性(例:コネクタ、ファイバ端面、機器そのもの)があります。ファイバが対処できる最大パワーは、常にそれらの損傷メカニズムの中の最小の限界値以下に制限されます。
損傷閾値はスケーリング則や一般的なルールを用いて推定することはできますが、ファイバの損傷閾値の絶対値は利用方法やユーザ定義に大きく依存します。このガイドは、損傷リスクを最小に抑える安全なパワーレベルを推定するためにご利用いただくことができます。適切な準備と取扱い方法に関するガイドラインにすべて従えば、ファイバ部品は規定された最大パワーレベルで使うことができます。最大パワーの値が規定されていない場合は、部品を安全に使用するために下表の「実用的な安全レベル」の範囲に留めてご使用ください。 パワー処理能力を低下させ、ファイバ部品に損傷を与える可能性がある要因は、ファイバ結合時のミスアライメント、ファイバ端面の汚れ、あるいはファイバそのものの欠陥などですが、これらに限られるわけではありません。特定の用途におけるファイバのパワー処理能力に関するお問い合わせは当社までご連絡ください。
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損傷のないファイバ端
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損傷のあるファイバ端
空気/ガラス界面における損傷
空気/ガラス界面ではいくつかの損傷メカニズムが存在する可能性があります。自由空間結合の時、またはコネクタで2本のファイバを結合した時、光はこの界面に入射します。高強度の光は端面を損傷し、ファイバのパワー処理能力の低下や恒久的な損傷につながる場合があります。コネクタ付きのファイバで、コネクタがエポキシ接着剤でファイバに固定されている場合、高強度の光によって発生した熱により接着剤が焼けて、ファイバ端面に残留物が残る可能性があります。
| Estimated Optical Power Densities on Air / Glass Interfacea | ||
|---|---|---|
| Type | Theoretical Damage Thresholdb | Practical Safe Levelc |
| CW (Average Power) | ~1 MW/cm2 | ~250 kW/cm2 |
| 10 ns Pulsed (Peak Power) | ~5 GW/cm2 | ~1 GW/cm2 |
ファイバ素線端面での損傷メカニズム
ファイバ端面での損傷メカニズムはバルクの光学素子の場合と同様なモデル化ができ、UV溶融石英(UVFS)基板の標準的な損傷閾値を石英ファイバに当てはめることができます。しかしバルクの光学素子とは異なり、光ファイバの空気/ガラス界面においてこの問題に関係する表面積やビーム径は非常に小さく、特にシングルモードファイバの場合はそれが顕著です。 パワー密度が与えられたとき、ファイバに入射するパワーは、小さいビーム径に対しては小さくする必要があります。
右の表では光パワー密度に対する2つの閾値が記載されています。理論的な損傷閾値と「実用的な安全レベル」です。一般に、理論的損傷閾値は、ファイバ端面の状態も結合状態も非常に良いという条件で、損傷のリスク無しにファイバの端面に入射できる最大パワー密度の推定値を表しています。「実用的な安全レベル」のパワー密度は、ファイバ損傷のリスクが極めて小さくなる値を示しています。ファイバまたはファイバ部品をこの実用的な安全レベルを超えて使用することは可能ですが、その時は取扱い上の注意事項を適切に守り、使用前にローパワーで性能をテストする必要があります。
シングルモードの実効面積の計算
シングルモードファイバの実効面積は、モードフィールド径(MFD)、すなわちファイバ内の光が伝搬する部分の断面積によって定義されます。この面積にはファイバのコアとクラッドの一部が含まれます。シングルモードファイバとの結合効率を良くするためには、入射ビーム径をファイバのモードフィールド径に合致させなければなりません。
例として、シングルモードファイバSM400を400 nmで使用した時のモードフィールド径(MFD)は約Ø3 µmで、SMF-28 Ultraを1550 nmで使用したときのモードフィールド径(MFD)はØ10.5 µmです。これらのファイバの実効面積は下記の通り計算します。
SM400 Fiber: Area = Pi x (MFD/2)2 = Pi x (1.5 µm)2 = 7.07 µm2 = 7.07 x 10-8 cm2
SMF-28 Ultra Fiber: Area = Pi x (MFD/2)2 = Pi x (5.25 µm)2 = 86.6 µm2 = 8.66 x 10-7 cm2
ファイバ端面が対応できるパワーを推定するには、パワー密度に実効面積を乗じます。なおこの計算は均一な強度プロファイルを想定しています。しかしほとんどのレーザービームでは、シングルモード内でガウス分布を示すため、ビームの端よりも中央のパワー密度が高くなります。よって、これらの計算は損傷閾値または実用的安全レベルに対応するパワーとは若干異なることを考慮する必要があります。連続光源を想定して上記のパワー密度の推定値を使用すると、それぞれのパワーは下記のように求められます。
SM400 Fiber: 7.07 x 10-8 cm2 x 1 MW/cm2 = 7.1 x 10-8 MW = 71 mW (理論的損傷閾値)
7.07 x 10-8 cm2 x 250 kW/cm2 = 1.8 x 10-5 kW = 18 mW (実用的な安全レベル)
SMF-28 Ultra Fiber: 8.66 x 10-7 cm2 x 1 MW/cm2 = 8.7 x 10-7 MW = 870 mW (理論的損傷閾値)
8.66 x 10-7 cm2 x 250 kW/cm2 = 2.1 x 10-4 kW = 210 mW (実用的な安全レベル)
マルチモードの実効面積
マルチモードファイバの実効面積は、そのコア径によって定義されますが、一般にシングルモードファイバのMFDよりもはるかに大きくなります。当社では最適な結合を得るためにコア径のおよそ70～80%にビームを集光することをお勧めしています。マルチモードファイバでは実効面積が大きくなるほどファイバ端面でのパワー密度は下がるので、より大きな光パワー(通常キロワットオーダ)を入射しても損傷は生じません。
フェルール・コネクタ付きファイバに関する損傷メカニズム
Click to Enlargeコネクタ付きシングルモード石英ファイバに入力可能なパワー処理限界値(概算)を示したグラフ。各線はそれぞれの損傷メカニズムに応じたパワーレベルの推定値を示しています。 入力可能な最大パワーは、損傷メカニズムごとに制限されるパワーのうちの一番小さな値(実線で表示)によって制限されます。
コネクタ付きファイバのパワー処理能力に関しては、ほかにも考慮すべき点があります。ファイバは通常、エポキシ接着剤でセラミック製またはスチール製のフェルールに取り付けられています。光がコネクタを通してファイバに結合されると、コアに入射せずにファイバを伝搬する光は散乱されてファイバの外層からフェルール内へ、さらにフェルール内でファイバを保持する接着剤へと伝搬します。光の強度が大きいとエポキシ接着剤が焼け、それが蒸発して残留物がコネクタ端面に付着します。これによりファイバ端面に局所的に光を吸収する部分ができ、それに伴って結合効率が減少して散乱が増加するため、さらなる損傷の原因となります。
エポキシ接着剤に関連する損傷は、いくつかの理由により波長に依存します。一般に、光の散乱は長波長よりも短波長で大きくなります。短波長用のMFDの小さなシングルモードファイバへの結合時には、ミスアライメントに伴ってより多くの散乱光が発生する可能性があります。
エポキシ樹脂が焼損するリスクを最小に抑えるために、ファイバ端面付近のファイバとフェルール間にエポキシ接着剤の無いエアギャップを有するファイバーコネクタを構築することができます。当社の高出力用マルチモードファイバーパッチケーブルでは、このような設計のコネクタを使用しております。
複数の損傷メカニズムがあるときのパワー処理限界値を求める方法
ファイバーケーブルまたはファイバ部品において複数の損傷要因がある場合(例：ファイバーパッチケーブル)、入力可能なパワーの最大値は必ずファイバ部品構成要素ごとの損傷閾値の中の一番小さな値により決まります。この値が一般的にはパッチケーブルの端面に入射可能な最大のパワーを表します(出力パワーではありません)。
右のグラフは、シングルモードパッチケーブルにおけるファイバ端面での損傷とコネクタでの損傷に伴うパワー処理限界の推定値を例示しています。 ある波長におけるコネクタ付きファイバの総合的なパワー処理限界値は、その波長に対する2つの制限値の小さい方の値(実線)によって制限されます。488 nm付近で使用しているシングルモードファイバは主にファイバ端面の損傷(青い実線)によって制限されますが、1550 nmで使用しているファイバはコネクタの損傷(赤い実線)によって制限されます。
マルチモードファイバの実効面積はコア径で定義され、シングルモードファイバの実効面積より大きくなります。その結果、ファイバ端面のパワー密度が小さくなり、大きな光パワー(通常キロワットオーダ)を入射してもファイバに損傷は生じません(グラフには表示されていません)。しかし、フェルール・コネクタの損傷による限界値は変わらないため、マルチモードファイバが処理できる最大パワーはフェルールとコネクタによって制限されることになります。
上記の値は、取り扱いやアライメントが適切で、それらによる損傷が生じない場合のパワーレベルです。また、ファイバはここに記載されているパワーレベルを超えて使用されることもあります。しかし、そのような使い方をする場合は一般に専門的な知識が必要で、まずローパワーでテストして損傷のリスクを最小限に抑える必要があります。その場合においても、ハイパワーで使用するファイバ部品は消耗品と捉えた方が良いでしょう。
ファイバ内の損傷閾値
空気/ガラス界面で発生する損傷に加え、ファイバのパワー処理能力はファイバ内で発生する損傷メカニズムによっても制限されます。この制限はファイバ自体が本質的に有するもので、すべてのファイバ部品に適用されます。ファイバ内の損傷は、曲げ損失による損傷とフォトダークニングによる損傷の2つに分類されます。
曲げ損失
ファイバが鋭く曲げられると、コア内を伝搬する光がコア/クラッド界面において反射する際に、その反射角が全反射臨界角よりも大きくなります。曲げ損失は、このように内部全反射ができなくなることにより生じる損失です。このような状況下では、光はファイバから局所的に漏れだします。漏れる光のパワー密度は一般に大きく、ファイバのコーティングや補強チューブが焼損する可能性があります。
特殊ファイバに分類されるダブルクラッドファイバは、コアに加えてファイバのクラッド(2層目)も導波路として機能するため、曲げ損失による損傷のリスクが抑えられます。クラッドと被覆の界面の臨界角をコアとクラッドの界面の臨界角より大きくすることで、コアから漏れた光はクラッド内に緩く閉じ込められます。その後、光はセンチメートルからメートルオーダーの距離に渡って漏れ出しますが、局所的ではないため損傷リスクは最小に留められます。当社ではメガワットレベルの大きなパワーにも対応するNA 0.22のダブルクラッドマルチモードファイバを製造、販売しております。
フォトダークニング
もう1つのファイバ内の損傷メカニズムとして、特にコアにゲルマニウムが添加されたファイバをUVや短波長の可視光で使用した時に起こるフォトダークニングまたはソラリゼーションがあります。これらの波長で使用されたファイバは時間の経過とともに減衰量が増加します。 フォトダークニングが発生するメカニズムはほとんど分かっていませんが、その現象を緩和するファイバはいくつか開発されています。例えば、水酸イオン(OH)が非常に低いファイバはフォトダークニングに耐性があることが分かっています。またフッ化物などのほかの添加物もフォトダークニングを低減させる効果があります。
しかし、上記の対応をとったとしても、UV光や短波長に使用したファイバはいずれフォトダークニングが生じます。よってこれらの波長で使用するファイバは消耗品としてお考えください。
光ファイバの準備ならびに取扱い方法
一般的なクリーニングならびに操作ガイドライン
この一般的なクリーニングならびに操作ガイドラインはすべてのファイバ製品向けにお勧めしております。さらに付属資料やマニュアルに記載された個々の製品に特化したガイドラインも遵守してください。損傷閾値の計算は、すべてのクリーニングおよび取扱い手順に適切に従ったときにのみ適用することができます。
(コネクタ付き、またはファイバ素線に関わらず)ファイバを設置または組み込む前に、すべての光源はOFFにしてください。これにより、損傷の可能性のあるコネクタまたはファイバの脆弱な部分に集光されたビームが入射しないようにすることができます。
ファイバやコネクタ端面の品質がファイバのパワー処理能力に直結します。ファイバを光学系に接続する前に必ずファイバ端を点検してください。端面はきれいで、入射光の散乱を招く汚れや汚染物質があってはなりません。ファイバ素線は使用前にクリーブし、クリーブの状態が良好であることを確認するためにファイバ端面の点検をしてください。
ファイバを光学系に融着接続する場合、ハイパワーで使用する前にまずローパワーで融着接続の状態が良いことを確認してください。融着接続の品質が良くないと接続面での散乱が増え、ファイバ損傷の原因となる場合があります。
システムのアライメントや光結合の最適化などの作業はローパワーで行ってください。これによりファイバの(コア以外の)他の部分の露光が最小に抑えられます。ハイパワーのビームがクラッド、被覆またはコネクタに集光された場合、散乱光による損傷が発生する可能性があります。
ハイパワーでファイバを使用するための要点
光ファイバやファイバ部品は一般には安全なパワー限界値内で使用する必要がありますが、アライメントや端面のクリーニングがとても良い理想的な条件下では、ファイバ部品のパワー限界値を上げることができる場合があります。入力または出力パワーを増加させる前に、システム内のファイバ部品の性能と安定性を確認し、またすべての安全ならびに操作に関する指示に従わなければなりません。下記はファイバ内またはファイバ部品内の光パワーをの増大させること加を検討していするときに役立つご提案です。
ファイバースプライサを使用してファイバ部品をシステムに融着接続すると、空気/ファイバ界面での損傷の可能性を最小化できます。品質の高い融着接続が実現されるよう、すべて適切なガイドラインに則って実施する必要があります。融着接続の状態が悪いと、散乱や融着接続面での局所的な加熱などが発生し、ファイバを損傷する可能性があります。
ファイバまたはファイバ部品の接続後、ローパワーでシステムのテストやアライメントを実施してください。システムパワーを必要な出力パワーまで徐々に上昇させ、その間、定期的にすべての部品が適切にアライメントされ、結合効率が入力パワーによって変動していないことを確認します。
ファイバを鋭く曲げると曲げ損失が発生し、ファイバのストレスを受けた部分から光が漏れる可能性があります。ハイパワーで使用している時は、大量の光が小さな局所領域(歪みのある領域)から流出すると局所的に加熱され、ファイバが損傷する可能性があります。使用中はファイバの曲げが生じないよう配慮し、曲げ損失を最小限に抑えてください。
また、用途に適したファイバを選ぶことも損傷防止に役立ちます。例えば、ラージモードエリアファイバは、標準的なシングルモードファイバをハイパワー光用として用いる場合の良い代替品となります。優れたビーム品質を有しながらMFDも大きいため、空気/ファイバ界面でのパワー密度は小さくなります。
ステップインデックスシングルモード石英ファイバは、一般にUV光やピークパワーの大きなパルス光には使用しませんが、これはその用途に伴う空間パワー密度が大きいためです。
| Posted Comments: | |
Taylor Davis
(posted 2024-08-12 08:08:34.957) What is the exact material breakdown (core/cladding/coating) of the fiber? The spec sheet and website seem to differ slightly. My guess is Pure silica core, no cladding, and UV-cured dual acrylate coating. Is that right? cdolbashian
(posted 2024-08-14 11:33:40.0) Thank you for reaching out to us with this inquiry. I have contacted you directly to share all of the information which we have available regarding this fiber. 跃 徐
(posted 2023-06-29 11:33:41.95) 您好，请问这款光纤在450nm、520nm和650nm三个波段的模场直径分别是多少 jpolaris
(posted 2023-07-03 03:44:40.0) Customer feedback translation:
"Hello, what are the mode field diameters of this fiber in the three bands of 450 nm, 520 nm and 650 nm?"
Answer:
感谢联系Thorlabs！根据理论计算，S405-XP在450nm、520nm和650nm三个波段的模场直径分别为~3.0 μm@450nm, ~3.5 μm@520nm, ~4.8 μm@650nm，供您参考。
Translated answer:
Thanks for contacting Thorlabs! According to theoretical calculations, the mode field diameters of S405-XP in the three bands of 450 nm, 520 nm and 650 nm are ~3.0 μm @ 450nm, ~3.5 μm @ 520nm, ~4.8 μm @ 650nm respectively, for your reference. bdada
(posted 2011-03-08 18:45:00.0) Response from Buki:
Thank you for your feedback Michael. For the 460HP fiber, at 532nm, the cladding refractive index is about 1.461, and the core refractive index is about 1.467.
For the S460-HP, at 633nm, the core refractive index is about 1.46873 and the cladding refractive index is about 1.46298. michael.ireland
(posted 2011-03-07 17:47:54.0) I need to know the cladding refractive index (at ~550nm or some nearby wavelength) for the 460HP and S460-HP fibers. This doesnt seem to be given in the spec sheets. bdada
(posted 2011-03-07 15:24:00.0) Response from Buki.
For single mode fiber, a flat cleave would provide a good optical surface that makes it unnecessary for the end to be polished. We have two products for fiber cleaving: XL411 and S90W. cmarkle
(posted 2011-03-07 13:37:42.0) I recently bought some optical fiber (460hp) from you guys and was wondering how to polish the ends. My application does not require a connector but it seems the polishing kits do. Can you Help? Adam
(posted 2010-03-31 19:40:48.0) A response from Adam at Thorlabs to fahd: We have three methods for stripping this type of fiber. The first is using a mechanical stripper, which would not work for your application. The next two might:
Method 2: Chemical
Dip in solvent for a few minutes. Jackets will absorb the solvent
and swell up. Grab fiber between thumb and index finger (with some
tissue in between) and rub swollen portion off.
Method 3: Hot Sulfuric Acid
Hot sulfuric acid (T=150-180°C). Dip a few minutes or until all
acrylate is dissolved. Rinse in clean water after excess acid is
drained off. Then, rinse in acetone, then isopropyl alcohol and
blow dry.
I will email directly with more information about method 2. fahd_ali2000
(posted 2009-11-24 05:37:46.0) Hello, i have bought SMF-28-100. I have a problem of stripping this fiber. I want to strip from middle in 1 meter fiber but could not, it always break.
its very rough from inside. dont know what to do.
I appreciate if you can help me.
thanks
bye |
| Stock Patch Cables Available with These Fibers | ||
|---|---|---|
| SM600 Fiber |
| Item # Prefix | Connectors | Length |
| P1-630A-FC | FC/PC to FC/PC | 1, 2, 5, or 10 m |
| P3-630A-FC | FC/PC to FC/APC | 1, 2, or 5 m |
| P5-630A-PCAPC | FC/PC to FC/APC | 1 m |
| P2-630-PCSMA | FC/PC to SMA | 1 m |
| P1-630AR-2 | AR-Coated (600 - 800 nm) FC/PC to Uncoated FC/PC | 2 m |
| P5-630AR-2 | AR-Coated (600 - 800 nm) FC/PC to Uncoated FC/APC | 2 m |
| P4-630AR-2 | AR-Coated (600 - 800 nm) FC/APC to Uncoated FC/PC | 2 m |
| P3-630AR-2 | AR-Coated (600 - 800 nm) FC/APC to Uncoated FC/APC | 2 m |
| P1-630P-FC | FC/PC to FC/PC (Low Insertion Loss) | 1, 2, or 5 m |
| P3-630P-FC | FC/APC to FC/APC (Low Insertion Loss) | 1, 2, or 5 m |
| P5-630P-PCAPC-1 | FC/PC to FC/APC (Low Insertion Loss) | 1 m |
カスタム仕様のケーブルもご提供しています。詳細はこちらをクリックしてご覧ください。
特長
- 標準在庫品
- 1 m単位で販売
- HeNeレーザや全ての可視域半導体レーザで真のシングルモード動作
- アクリル樹脂被覆
- 非常に優れたコア/クラッド同心度
- 630HPは、2次モードカットオフ公差が小
| Item # | Operating Wavelength | Mode Field Diameter | Cladding | Coating | Cut-Off Wavelengthc |
|---|---|---|---|---|---|
| SM600 | 633 -780 nma | 3.6 - 5.3 µm @ 633 nmb | 125 ± 1 µm | 245 ± 15 µm | 500 - 600 nm |
| S630-HP | 630 - 860 nm | 4.2 ± 0.5 µm @ 630 nm | 125 ± 1.0 µm | 245 ± 15 µm | 590 ± 30 nm |
| 630HP | 600 - 770 nm | 4.0 ± 0.5 µm @ 630 nm | 125 ± 1 µm | 245 ± 15 µm | 570 ± 30 nm |
| Item # | Short-Term Bend Radius | Long-Term Bend Radius | Max Attenuation | NA | Core Index | Cladding Index |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SM600 | ≥5 mm | ≥25 mm | ≤15 dB/kmd | 0.10 - 0.14 | 600 nm: 1.46147e 700 nm: 1.45872e 800 nm: 1.45675e | 600 nm: 1.45804e 700 nm: 1.45530e 800 nm: 1.45332e |
| S630-HP | ≥6 mm | ≥13 mm | ≤10 dB/km @ 630 nm | 0.12 | Callf | Callf |
| 630HP | ≥6 mm | ≥13 mm | ≤12 dB/km @ 630 nm | 0.13 | Callf | Callf |
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左の図は、ファイバを伝搬するビームの出力光強度のプロファイルを示しています。右の図は、標準的なビームの強度プロファイルで、図中にMFDおよびコア径を示しています。
モードフィールド径の定義
モードフィールド径(MFD)はシングルモードファイバを伝搬する ビームサイズの測定値です。 波長、コア半径、およびコアとクラッドの屈折率によって決まります。 光ファイバ内ではほとんどの光がファイバのコアに閉じ込められますが、クラッド内もわずかに伝搬します。 ガウス出力分布において、光出力が最大値に対し1/e2減少したところの直径がMFDとなります。
MFDの測定
MFD はファーフィールド可変開口法(VAMFF)によって測定します。 開口がファイバ出力のファーフィールドに配置され、その強度が測定されます。 ビームに小さな開口が連続配置して、各開口の強度を測定します。データは、光出力対開口の半角の正弦(またはSMファイバの開口数)としてプロットされます。
MFDは次に、特定の出力分布形状を想定しない数理モデルのペーターマンⅡの定義で決定されます。 ニアフィールドにおけるMFDは、ハンケル変換を用いてこのファーフィールド測定法から求められます。
| Quick Links |
|---|
| Damage at the Air / Glass Interface |
| Intrinsic Damage Threshold |
| Preparation and Handling of Optical Fibers |
レーザによる石英ファイバの損傷
このチュートリアルではコネクタ無し(素線)ファイバ、コネクタ付きファイバ、およびレーザ光源に接続するその他のファイバ部品に関連する損傷メカニズムを詳しく説明しています。そのメカニズムには、空気/ガラス界面(自由空間結合時、またはコネクタ使用時)ならびにファイバ内における損傷が含まれます。ファイバ素線、パッチケーブル、または溶融型カプラなどのファイバ部品の場合、損傷につながる複数の可能性(例:コネクタ、ファイバ端面、機器そのもの)があります。ファイバが対処できる最大パワーは、常にそれらの損傷メカニズムの中の最小の限界値以下に制限されます。
損傷閾値はスケーリング則や一般的なルールを用いて推定することはできますが、ファイバの損傷閾値の絶対値は利用方法やユーザ定義に大きく依存します。このガイドは、損傷リスクを最小に抑える安全なパワーレベルを推定するためにご利用いただくことができます。適切な準備と取扱い方法に関するガイドラインにすべて従えば、ファイバ部品は規定された最大パワーレベルで使うことができます。最大パワーの値が規定されていない場合は、部品を安全に使用するために下表の「実用的な安全レベル」の範囲に留めてご使用ください。 パワー処理能力を低下させ、ファイバ部品に損傷を与える可能性がある要因は、ファイバ結合時のミスアライメント、ファイバ端面の汚れ、あるいはファイバそのものの欠陥などですが、これらに限られるわけではありません。特定の用途におけるファイバのパワー処理能力に関するお問い合わせは当社までご連絡ください。
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損傷のないファイバ端
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損傷のあるファイバ端
空気/ガラス界面における損傷
空気/ガラス界面ではいくつかの損傷メカニズムが存在する可能性があります。自由空間結合の時、またはコネクタで2本のファイバを結合した時、光はこの界面に入射します。高強度の光は端面を損傷し、ファイバのパワー処理能力の低下や恒久的な損傷につながる場合があります。コネクタ付きのファイバで、コネクタがエポキシ接着剤でファイバに固定されている場合、高強度の光によって発生した熱により接着剤が焼けて、ファイバ端面に残留物が残る可能性があります。
| Estimated Optical Power Densities on Air / Glass Interfacea | ||
|---|---|---|
| Type | Theoretical Damage Thresholdb | Practical Safe Levelc |
| CW (Average Power) | ~1 MW/cm2 | ~250 kW/cm2 |
| 10 ns Pulsed (Peak Power) | ~5 GW/cm2 | ~1 GW/cm2 |
ファイバ素線端面での損傷メカニズム
ファイバ端面での損傷メカニズムはバルクの光学素子の場合と同様なモデル化ができ、UV溶融石英(UVFS)基板の標準的な損傷閾値を石英ファイバに当てはめることができます。しかしバルクの光学素子とは異なり、光ファイバの空気/ガラス界面においてこの問題に関係する表面積やビーム径は非常に小さく、特にシングルモードファイバの場合はそれが顕著です。 パワー密度が与えられたとき、ファイバに入射するパワーは、小さいビーム径に対しては小さくする必要があります。
右の表では光パワー密度に対する2つの閾値が記載されています。理論的な損傷閾値と「実用的な安全レベル」です。一般に、理論的損傷閾値は、ファイバ端面の状態も結合状態も非常に良いという条件で、損傷のリスク無しにファイバの端面に入射できる最大パワー密度の推定値を表しています。「実用的な安全レベル」のパワー密度は、ファイバ損傷のリスクが極めて小さくなる値を示しています。ファイバまたはファイバ部品をこの実用的な安全レベルを超えて使用することは可能ですが、その時は取扱い上の注意事項を適切に守り、使用前にローパワーで性能をテストする必要があります。
シングルモードの実効面積の計算
シングルモードファイバの実効面積は、モードフィールド径(MFD)、すなわちファイバ内の光が伝搬する部分の断面積によって定義されます。この面積にはファイバのコアとクラッドの一部が含まれます。シングルモードファイバとの結合効率を良くするためには、入射ビーム径をファイバのモードフィールド径に合致させなければなりません。
例として、シングルモードファイバSM400を400 nmで使用した時のモードフィールド径(MFD)は約Ø3 µmで、SMF-28 Ultraを1550 nmで使用したときのモードフィールド径(MFD)はØ10.5 µmです。これらのファイバの実効面積は下記の通り計算します。
SM400 Fiber: Area = Pi x (MFD/2)2 = Pi x (1.5 µm)2 = 7.07 µm2 = 7.07 x 10-8 cm2
SMF-28 Ultra Fiber: Area = Pi x (MFD/2)2 = Pi x (5.25 µm)2 = 86.6 µm2 = 8.66 x 10-7 cm2
ファイバ端面が対応できるパワーを推定するには、パワー密度に実効面積を乗じます。なおこの計算は均一な強度プロファイルを想定しています。しかしほとんどのレーザービームでは、シングルモード内でガウス分布を示すため、ビームの端よりも中央のパワー密度が高くなります。よって、これらの計算は損傷閾値または実用的安全レベルに対応するパワーとは若干異なることを考慮する必要があります。連続光源を想定して上記のパワー密度の推定値を使用すると、それぞれのパワーは下記のように求められます。
SM400 Fiber: 7.07 x 10-8 cm2 x 1 MW/cm2 = 7.1 x 10-8 MW = 71 mW (理論的損傷閾値)
7.07 x 10-8 cm2 x 250 kW/cm2 = 1.8 x 10-5 kW = 18 mW (実用的な安全レベル)
SMF-28 Ultra Fiber: 8.66 x 10-7 cm2 x 1 MW/cm2 = 8.7 x 10-7 MW = 870 mW (理論的損傷閾値)
8.66 x 10-7 cm2 x 250 kW/cm2 = 2.1 x 10-4 kW = 210 mW (実用的な安全レベル)
マルチモードの実効面積
マルチモードファイバの実効面積は、そのコア径によって定義されますが、一般にシングルモードファイバのMFDよりもはるかに大きくなります。当社では最適な結合を得るためにコア径のおよそ70～80%にビームを集光することをお勧めしています。マルチモードファイバでは実効面積が大きくなるほどファイバ端面でのパワー密度は下がるので、より大きな光パワー(通常キロワットオーダ)を入射しても損傷は生じません。
フェルール・コネクタ付きファイバに関する損傷メカニズム
Click to Enlargeコネクタ付きシングルモード石英ファイバに入力可能なパワー処理限界値(概算)を示したグラフ。各線はそれぞれの損傷メカニズムに応じたパワーレベルの推定値を示しています。 入力可能な最大パワーは、損傷メカニズムごとに制限されるパワーのうちの一番小さな値(実線で表示)によって制限されます。
コネクタ付きファイバのパワー処理能力に関しては、ほかにも考慮すべき点があります。ファイバは通常、エポキシ接着剤でセラミック製またはスチール製のフェルールに取り付けられています。光がコネクタを通してファイバに結合されると、コアに入射せずにファイバを伝搬する光は散乱されてファイバの外層からフェルール内へ、さらにフェルール内でファイバを保持する接着剤へと伝搬します。光の強度が大きいとエポキシ接着剤が焼け、それが蒸発して残留物がコネクタ端面に付着します。これによりファイバ端面に局所的に光を吸収する部分ができ、それに伴って結合効率が減少して散乱が増加するため、さらなる損傷の原因となります。
エポキシ接着剤に関連する損傷は、いくつかの理由により波長に依存します。一般に、光の散乱は長波長よりも短波長で大きくなります。短波長用のMFDの小さなシングルモードファイバへの結合時には、ミスアライメントに伴ってより多くの散乱光が発生する可能性があります。
エポキシ樹脂が焼損するリスクを最小に抑えるために、ファイバ端面付近のファイバとフェルール間にエポキシ接着剤の無いエアギャップを有するファイバーコネクタを構築することができます。当社の高出力用マルチモードファイバーパッチケーブルでは、このような設計のコネクタを使用しております。
複数の損傷メカニズムがあるときのパワー処理限界値を求める方法
ファイバーケーブルまたはファイバ部品において複数の損傷要因がある場合(例：ファイバーパッチケーブル)、入力可能なパワーの最大値は必ずファイバ部品構成要素ごとの損傷閾値の中の一番小さな値により決まります。この値が一般的にはパッチケーブルの端面に入射可能な最大のパワーを表します(出力パワーではありません)。
右のグラフは、シングルモードパッチケーブルにおけるファイバ端面での損傷とコネクタでの損傷に伴うパワー処理限界の推定値を例示しています。 ある波長におけるコネクタ付きファイバの総合的なパワー処理限界値は、その波長に対する2つの制限値の小さい方の値(実線)によって制限されます。488 nm付近で使用しているシングルモードファイバは主にファイバ端面の損傷(青い実線)によって制限されますが、1550 nmで使用しているファイバはコネクタの損傷(赤い実線)によって制限されます。
マルチモードファイバの実効面積はコア径で定義され、シングルモードファイバの実効面積より大きくなります。その結果、ファイバ端面のパワー密度が小さくなり、大きな光パワー(通常キロワットオーダ)を入射してもファイバに損傷は生じません(グラフには表示されていません)。しかし、フェルール・コネクタの損傷による限界値は変わらないため、マルチモードファイバが処理できる最大パワーはフェルールとコネクタによって制限されることになります。
上記の値は、取り扱いやアライメントが適切で、それらによる損傷が生じない場合のパワーレベルです。また、ファイバはここに記載されているパワーレベルを超えて使用されることもあります。しかし、そのような使い方をする場合は一般に専門的な知識が必要で、まずローパワーでテストして損傷のリスクを最小限に抑える必要があります。その場合においても、ハイパワーで使用するファイバ部品は消耗品と捉えた方が良いでしょう。
ファイバ内の損傷閾値
空気/ガラス界面で発生する損傷に加え、ファイバのパワー処理能力はファイバ内で発生する損傷メカニズムによっても制限されます。この制限はファイバ自体が本質的に有するもので、すべてのファイバ部品に適用されます。ファイバ内の損傷は、曲げ損失による損傷とフォトダークニングによる損傷の2つに分類されます。
曲げ損失
ファイバが鋭く曲げられると、コア内を伝搬する光がコア/クラッド界面において反射する際に、その反射角が全反射臨界角よりも大きくなります。曲げ損失は、このように内部全反射ができなくなることにより生じる損失です。このような状況下では、光はファイバから局所的に漏れだします。漏れる光のパワー密度は一般に大きく、ファイバのコーティングや補強チューブが焼損する可能性があります。
特殊ファイバに分類されるダブルクラッドファイバは、コアに加えてファイバのクラッド(2層目)も導波路として機能するため、曲げ損失による損傷のリスクが抑えられます。クラッドと被覆の界面の臨界角をコアとクラッドの界面の臨界角より大きくすることで、コアから漏れた光はクラッド内に緩く閉じ込められます。その後、光はセンチメートルからメートルオーダーの距離に渡って漏れ出しますが、局所的ではないため損傷リスクは最小に留められます。当社ではメガワットレベルの大きなパワーにも対応するNA 0.22のダブルクラッドマルチモードファイバを製造、販売しております。
フォトダークニング
もう1つのファイバ内の損傷メカニズムとして、特にコアにゲルマニウムが添加されたファイバをUVや短波長の可視光で使用した時に起こるフォトダークニングまたはソラリゼーションがあります。これらの波長で使用されたファイバは時間の経過とともに減衰量が増加します。 フォトダークニングが発生するメカニズムはほとんど分かっていませんが、その現象を緩和するファイバはいくつか開発されています。例えば、水酸イオン(OH)が非常に低いファイバはフォトダークニングに耐性があることが分かっています。またフッ化物などのほかの添加物もフォトダークニングを低減させる効果があります。
しかし、上記の対応をとったとしても、UV光や短波長に使用したファイバはいずれフォトダークニングが生じます。よってこれらの波長で使用するファイバは消耗品としてお考えください。
光ファイバの準備ならびに取扱い方法
一般的なクリーニングならびに操作ガイドライン
この一般的なクリーニングならびに操作ガイドラインはすべてのファイバ製品向けにお勧めしております。さらに付属資料やマニュアルに記載された個々の製品に特化したガイドラインも遵守してください。損傷閾値の計算は、すべてのクリーニングおよび取扱い手順に適切に従ったときにのみ適用することができます。
(コネクタ付き、またはファイバ素線に関わらず)ファイバを設置または組み込む前に、すべての光源はOFFにしてください。これにより、損傷の可能性のあるコネクタまたはファイバの脆弱な部分に集光されたビームが入射しないようにすることができます。
ファイバやコネクタ端面の品質がファイバのパワー処理能力に直結します。ファイバを光学系に接続する前に必ずファイバ端を点検してください。端面はきれいで、入射光の散乱を招く汚れや汚染物質があってはなりません。ファイバ素線は使用前にクリーブし、クリーブの状態が良好であることを確認するためにファイバ端面の点検をしてください。
ファイバを光学系に融着接続する場合、ハイパワーで使用する前にまずローパワーで融着接続の状態が良いことを確認してください。融着接続の品質が良くないと接続面での散乱が増え、ファイバ損傷の原因となる場合があります。
システムのアライメントや光結合の最適化などの作業はローパワーで行ってください。これによりファイバの(コア以外の)他の部分の露光が最小に抑えられます。ハイパワーのビームがクラッド、被覆またはコネクタに集光された場合、散乱光による損傷が発生する可能性があります。
ハイパワーでファイバを使用するための要点
光ファイバやファイバ部品は一般には安全なパワー限界値内で使用する必要がありますが、アライメントや端面のクリーニングがとても良い理想的な条件下では、ファイバ部品のパワー限界値を上げることができる場合があります。入力または出力パワーを増加させる前に、システム内のファイバ部品の性能と安定性を確認し、またすべての安全ならびに操作に関する指示に従わなければなりません。下記はファイバ内またはファイバ部品内の光パワーをの増大させること加を検討していするときに役立つご提案です。
ファイバースプライサを使用してファイバ部品をシステムに融着接続すると、空気/ファイバ界面での損傷の可能性を最小化できます。品質の高い融着接続が実現されるよう、すべて適切なガイドラインに則って実施する必要があります。融着接続の状態が悪いと、散乱や融着接続面での局所的な加熱などが発生し、ファイバを損傷する可能性があります。
ファイバまたはファイバ部品の接続後、ローパワーでシステムのテストやアライメントを実施してください。システムパワーを必要な出力パワーまで徐々に上昇させ、その間、定期的にすべての部品が適切にアライメントされ、結合効率が入力パワーによって変動していないことを確認します。
ファイバを鋭く曲げると曲げ損失が発生し、ファイバのストレスを受けた部分から光が漏れる可能性があります。ハイパワーで使用している時は、大量の光が小さな局所領域(歪みのある領域)から流出すると局所的に加熱され、ファイバが損傷する可能性があります。使用中はファイバの曲げが生じないよう配慮し、曲げ損失を最小限に抑えてください。
また、用途に適したファイバを選ぶことも損傷防止に役立ちます。例えば、ラージモードエリアファイバは、標準的なシングルモードファイバをハイパワー光用として用いる場合の良い代替品となります。優れたビーム品質を有しながらMFDも大きいため、空気/ファイバ界面でのパワー密度は小さくなります。
ステップインデックスシングルモード石英ファイバは、一般にUV光やピークパワーの大きなパルス光には使用しませんが、これはその用途に伴う空間パワー密度が大きいためです。
| Posted Comments: | |
Taylor Davis
(posted 2024-08-12 08:06:06.767) Could you please provide the exact materials (core/cladding/coating) used in the 630HP fiber? It is somewhat unclear between the spec sheet and the website. Nearest I can tell, I'm guessing a pure silica core (never mentioned), no cladding, and UV-cured dual acrylate coating? Is that right? cdolbashian
(posted 2024-08-14 11:33:41.0) Thank you for reaching out to us with this inquiry. I have contacted you directly to share all of the information which we have available regarding this fiber. nhatquang85
(posted 2018-08-28 00:39:21.39) Dear Thorlabs,
I am using four types of fiber: SMF-28, S630HP, 630HP, and 780HP.
I would like to know the dispersion at around 532 nm and the zero dispersion of the fibers. Could you please let me know these value?
Thanks! nbayconich
(posted 2018-10-26 09:44:50.0) Thank you for contacting Thorlabs. SMF-28 is designed to have zero dispersion at 1310nm for telecom communications.
The dispersion at 532nm for S630-HP about -450(ps/km*nm). Please note this is theoretical data and not something that we spec. I will reach out to you with more information. david.panak
(posted 2018-03-12 12:43:49.113) are your P1-630AR-2 AR coated fibers that are made with SM600 fiber "compatible" with the TNQ630HF 1x4 fiber couplers made with 630HP fiber? What amount of loss should I expect at a FC-FC coupler? nbayconich
(posted 2018-03-21 01:48:47.0) Thank you for contacting Thorlabs. You can couple SM600 fiber to 630HP fiber however there will be some additional loss due to mode field diameter mis-match between SM600 to 630HP. The MFD of 630HP is typically 4µm ±0.5µm where as SM600 can range from 3.6 - 5.3µm. Our typical insertion loss per FC/PC connection for SM600 fiber patch cables will be about 2 dB which includes loss due to the mechanical tolerances of the bore alignment and concentricity of the fiber. In the case of a MFD mismatch between 630HP and SM600 this would result in a 0.34 dB per connection assuming the centers of the fiber core are aligned not including lateral misalignment.
AR coated ends of the P1-630AR-2 must only be used with an air to glass interface. I will reach out to you directly with more information. Thorlabs
(posted 2010-12-07 15:53:01.0) Response from Javier at Thorlabs to Peter: We will gladly send you a quotation. we will contact you shortly to get your contact details. taenzer
(posted 2010-12-07 14:54:24.0) please send me offer for 2000 m of single mode fibre SM600
thanks
Peter Taenzer, Germany |
| Stock Patch Cables Available with These Fibers | ||
|---|---|---|
| 780HP Fiber |
| SM800-5.6-125 Fiber |
| Item # Prefix | Connectors | Length |
| P1-830A-FC | FC/PC to FC/PC | 1, 2, 5, or 10 m |
| P3-830A-FC | FC/APC to FC/APC | 1, 2, or 5 m |
| P5-830A-PCAPC | FC/PC to FC/APC | 1 m |
| P2-830A-PCSMA | FC/PC to SMA | 1 m |
カスタム仕様のケーブルもご提供しています。詳細はこちらをクリックしてご覧ください。
特長
- 標準在庫品
- 1 m単位で販売
- アクリル被膜
- 非常に優れた均一性
- 非常に優れたコア/クラッド同心度
- 780HPは、2次モードカットオフ公差が小
- SM800G80は、高い曲げ強度
| Item # | Operating Wavelength | Mode Field Diameter | Cladding | Coating | Cut-Off Wavelength |
|---|---|---|---|---|---|
| 780HP | 780 - 970 nm | 5.0 ± 0.5 µm @ 850 nm | 125 ± 1 µm | 245 ± 15 µm | 730 ± 30 nm |
| SM800-5.6-125 | 830 - 980 nma | 4.7 - 6.9 µmb @ 830 nm | 125 ± 1.0 µm | 245 ± 15 µm | 660 - 800 nm |
| SM800G80 | 830 - 980 nma | 3.75 - 4.9 µm @ 830 nm | 80 ± 1 µm | 170 ± 10 µm | 660 - 800 nm |
| Item # | Short-Term Bend Radius | Long-Term Bend Radius | Attenuation (Max) | NA | Core Index | Cladding Index |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 780HP | ≥6 mm | ≥13 mm | ≤4.0 dB/km @ 780 nm ≤3.5 dB/km @ 850 nm | 0.13 | Calld | Calld |
| SM800-5.6-125 | ≥5 mm | ≥25 mm | ＜5 dB/kmc | 0.10 - 0.14 | 830 nm: 1.45625e | 830 nm: 1.45282e |
| SM800G80 | ≥5 mm | ≥12 mm (or 38 mm for 25 Year Life) | ≤3.0 dB/kmc | 0.14 - 0.18 | 830 nm: 1.45954f | 830 nm: 1.45282f |
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左の図は、ファイバを伝搬するビームの出力光強度のプロファイルを示しています。右の図は、標準的なビームの強度プロファイルで、図中にMFDおよびコア径を示しています。
モードフィールド径の定義
モードフィールド径(MFD)はシングルモードファイバを伝搬する ビームサイズの測定値です。 波長、コア半径、およびコアとクラッドの屈折率によって決まります。 光ファイバ内ではほとんどの光がファイバのコアに閉じ込められますが、クラッド内もわずかに伝搬します。 ガウス出力分布において、光出力が最大値に対し1/e2減少したところの直径がMFDとなります。
MFDの測定
MFD はファーフィールド可変開口法(VAMFF)によって測定します。 開口がファイバ出力のファーフィールドに配置され、その強度が測定されます。 ビームに小さな開口が連続配置して、各開口の強度を測定します。データは、光出力対開口の半角の正弦(またはSMファイバの開口数)としてプロットされます。
MFDは次に、特定の出力分布形状を想定しない数理モデルのペーターマンⅡの定義で決定されます。 ニアフィールドにおけるMFDは、ハンケル変換を用いてこのファーフィールド測定法から求められます。
| Quick Links |
|---|
| Damage at the Air / Glass Interface |
| Intrinsic Damage Threshold |
| Preparation and Handling of Optical Fibers |
レーザによる石英ファイバの損傷
このチュートリアルではコネクタ無し(素線)ファイバ、コネクタ付きファイバ、およびレーザ光源に接続するその他のファイバ部品に関連する損傷メカニズムを詳しく説明しています。そのメカニズムには、空気/ガラス界面(自由空間結合時、またはコネクタ使用時)ならびにファイバ内における損傷が含まれます。ファイバ素線、パッチケーブル、または溶融型カプラなどのファイバ部品の場合、損傷につながる複数の可能性(例:コネクタ、ファイバ端面、機器そのもの)があります。ファイバが対処できる最大パワーは、常にそれらの損傷メカニズムの中の最小の限界値以下に制限されます。
損傷閾値はスケーリング則や一般的なルールを用いて推定することはできますが、ファイバの損傷閾値の絶対値は利用方法やユーザ定義に大きく依存します。このガイドは、損傷リスクを最小に抑える安全なパワーレベルを推定するためにご利用いただくことができます。適切な準備と取扱い方法に関するガイドラインにすべて従えば、ファイバ部品は規定された最大パワーレベルで使うことができます。最大パワーの値が規定されていない場合は、部品を安全に使用するために下表の「実用的な安全レベル」の範囲に留めてご使用ください。 パワー処理能力を低下させ、ファイバ部品に損傷を与える可能性がある要因は、ファイバ結合時のミスアライメント、ファイバ端面の汚れ、あるいはファイバそのものの欠陥などですが、これらに限られるわけではありません。特定の用途におけるファイバのパワー処理能力に関するお問い合わせは当社までご連絡ください。
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損傷のないファイバ端
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損傷のあるファイバ端
空気/ガラス界面における損傷
空気/ガラス界面ではいくつかの損傷メカニズムが存在する可能性があります。自由空間結合の時、またはコネクタで2本のファイバを結合した時、光はこの界面に入射します。高強度の光は端面を損傷し、ファイバのパワー処理能力の低下や恒久的な損傷につながる場合があります。コネクタ付きのファイバで、コネクタがエポキシ接着剤でファイバに固定されている場合、高強度の光によって発生した熱により接着剤が焼けて、ファイバ端面に残留物が残る可能性があります。
| Estimated Optical Power Densities on Air / Glass Interfacea | ||
|---|---|---|
| Type | Theoretical Damage Thresholdb | Practical Safe Levelc |
| CW (Average Power) | ~1 MW/cm2 | ~250 kW/cm2 |
| 10 ns Pulsed (Peak Power) | ~5 GW/cm2 | ~1 GW/cm2 |
ファイバ素線端面での損傷メカニズム
ファイバ端面での損傷メカニズムはバルクの光学素子の場合と同様なモデル化ができ、UV溶融石英(UVFS)基板の標準的な損傷閾値を石英ファイバに当てはめることができます。しかしバルクの光学素子とは異なり、光ファイバの空気/ガラス界面においてこの問題に関係する表面積やビーム径は非常に小さく、特にシングルモードファイバの場合はそれが顕著です。 パワー密度が与えられたとき、ファイバに入射するパワーは、小さいビーム径に対しては小さくする必要があります。
右の表では光パワー密度に対する2つの閾値が記載されています。理論的な損傷閾値と「実用的な安全レベル」です。一般に、理論的損傷閾値は、ファイバ端面の状態も結合状態も非常に良いという条件で、損傷のリスク無しにファイバの端面に入射できる最大パワー密度の推定値を表しています。「実用的な安全レベル」のパワー密度は、ファイバ損傷のリスクが極めて小さくなる値を示しています。ファイバまたはファイバ部品をこの実用的な安全レベルを超えて使用することは可能ですが、その時は取扱い上の注意事項を適切に守り、使用前にローパワーで性能をテストする必要があります。
シングルモードの実効面積の計算
シングルモードファイバの実効面積は、モードフィールド径(MFD)、すなわちファイバ内の光が伝搬する部分の断面積によって定義されます。この面積にはファイバのコアとクラッドの一部が含まれます。シングルモードファイバとの結合効率を良くするためには、入射ビーム径をファイバのモードフィールド径に合致させなければなりません。
例として、シングルモードファイバSM400を400 nmで使用した時のモードフィールド径(MFD)は約Ø3 µmで、SMF-28 Ultraを1550 nmで使用したときのモードフィールド径(MFD)はØ10.5 µmです。これらのファイバの実効面積は下記の通り計算します。
SM400 Fiber: Area = Pi x (MFD/2)2 = Pi x (1.5 µm)2 = 7.07 µm2 = 7.07 x 10-8 cm2
SMF-28 Ultra Fiber: Area = Pi x (MFD/2)2 = Pi x (5.25 µm)2 = 86.6 µm2 = 8.66 x 10-7 cm2
ファイバ端面が対応できるパワーを推定するには、パワー密度に実効面積を乗じます。なおこの計算は均一な強度プロファイルを想定しています。しかしほとんどのレーザービームでは、シングルモード内でガウス分布を示すため、ビームの端よりも中央のパワー密度が高くなります。よって、これらの計算は損傷閾値または実用的安全レベルに対応するパワーとは若干異なることを考慮する必要があります。連続光源を想定して上記のパワー密度の推定値を使用すると、それぞれのパワーは下記のように求められます。
SM400 Fiber: 7.07 x 10-8 cm2 x 1 MW/cm2 = 7.1 x 10-8 MW = 71 mW (理論的損傷閾値)
7.07 x 10-8 cm2 x 250 kW/cm2 = 1.8 x 10-5 kW = 18 mW (実用的な安全レベル)
SMF-28 Ultra Fiber: 8.66 x 10-7 cm2 x 1 MW/cm2 = 8.7 x 10-7 MW = 870 mW (理論的損傷閾値)
8.66 x 10-7 cm2 x 250 kW/cm2 = 2.1 x 10-4 kW = 210 mW (実用的な安全レベル)
マルチモードの実効面積
マルチモードファイバの実効面積は、そのコア径によって定義されますが、一般にシングルモードファイバのMFDよりもはるかに大きくなります。当社では最適な結合を得るためにコア径のおよそ70～80%にビームを集光することをお勧めしています。マルチモードファイバでは実効面積が大きくなるほどファイバ端面でのパワー密度は下がるので、より大きな光パワー(通常キロワットオーダ)を入射しても損傷は生じません。
フェルール・コネクタ付きファイバに関する損傷メカニズム
Click to Enlargeコネクタ付きシングルモード石英ファイバに入力可能なパワー処理限界値(概算)を示したグラフ。各線はそれぞれの損傷メカニズムに応じたパワーレベルの推定値を示しています。 入力可能な最大パワーは、損傷メカニズムごとに制限されるパワーのうちの一番小さな値(実線で表示)によって制限されます。
コネクタ付きファイバのパワー処理能力に関しては、ほかにも考慮すべき点があります。ファイバは通常、エポキシ接着剤でセラミック製またはスチール製のフェルールに取り付けられています。光がコネクタを通してファイバに結合されると、コアに入射せずにファイバを伝搬する光は散乱されてファイバの外層からフェルール内へ、さらにフェルール内でファイバを保持する接着剤へと伝搬します。光の強度が大きいとエポキシ接着剤が焼け、それが蒸発して残留物がコネクタ端面に付着します。これによりファイバ端面に局所的に光を吸収する部分ができ、それに伴って結合効率が減少して散乱が増加するため、さらなる損傷の原因となります。
エポキシ接着剤に関連する損傷は、いくつかの理由により波長に依存します。一般に、光の散乱は長波長よりも短波長で大きくなります。短波長用のMFDの小さなシングルモードファイバへの結合時には、ミスアライメントに伴ってより多くの散乱光が発生する可能性があります。
エポキシ樹脂が焼損するリスクを最小に抑えるために、ファイバ端面付近のファイバとフェルール間にエポキシ接着剤の無いエアギャップを有するファイバーコネクタを構築することができます。当社の高出力用マルチモードファイバーパッチケーブルでは、このような設計のコネクタを使用しております。
複数の損傷メカニズムがあるときのパワー処理限界値を求める方法
ファイバーケーブルまたはファイバ部品において複数の損傷要因がある場合(例：ファイバーパッチケーブル)、入力可能なパワーの最大値は必ずファイバ部品構成要素ごとの損傷閾値の中の一番小さな値により決まります。この値が一般的にはパッチケーブルの端面に入射可能な最大のパワーを表します(出力パワーではありません)。
右のグラフは、シングルモードパッチケーブルにおけるファイバ端面での損傷とコネクタでの損傷に伴うパワー処理限界の推定値を例示しています。 ある波長におけるコネクタ付きファイバの総合的なパワー処理限界値は、その波長に対する2つの制限値の小さい方の値(実線)によって制限されます。488 nm付近で使用しているシングルモードファイバは主にファイバ端面の損傷(青い実線)によって制限されますが、1550 nmで使用しているファイバはコネクタの損傷(赤い実線)によって制限されます。
マルチモードファイバの実効面積はコア径で定義され、シングルモードファイバの実効面積より大きくなります。その結果、ファイバ端面のパワー密度が小さくなり、大きな光パワー(通常キロワットオーダ)を入射してもファイバに損傷は生じません(グラフには表示されていません)。しかし、フェルール・コネクタの損傷による限界値は変わらないため、マルチモードファイバが処理できる最大パワーはフェルールとコネクタによって制限されることになります。
上記の値は、取り扱いやアライメントが適切で、それらによる損傷が生じない場合のパワーレベルです。また、ファイバはここに記載されているパワーレベルを超えて使用されることもあります。しかし、そのような使い方をする場合は一般に専門的な知識が必要で、まずローパワーでテストして損傷のリスクを最小限に抑える必要があります。その場合においても、ハイパワーで使用するファイバ部品は消耗品と捉えた方が良いでしょう。
ファイバ内の損傷閾値
空気/ガラス界面で発生する損傷に加え、ファイバのパワー処理能力はファイバ内で発生する損傷メカニズムによっても制限されます。この制限はファイバ自体が本質的に有するもので、すべてのファイバ部品に適用されます。ファイバ内の損傷は、曲げ損失による損傷とフォトダークニングによる損傷の2つに分類されます。
曲げ損失
ファイバが鋭く曲げられると、コア内を伝搬する光がコア/クラッド界面において反射する際に、その反射角が全反射臨界角よりも大きくなります。曲げ損失は、このように内部全反射ができなくなることにより生じる損失です。このような状況下では、光はファイバから局所的に漏れだします。漏れる光のパワー密度は一般に大きく、ファイバのコーティングや補強チューブが焼損する可能性があります。
特殊ファイバに分類されるダブルクラッドファイバは、コアに加えてファイバのクラッド(2層目)も導波路として機能するため、曲げ損失による損傷のリスクが抑えられます。クラッドと被覆の界面の臨界角をコアとクラッドの界面の臨界角より大きくすることで、コアから漏れた光はクラッド内に緩く閉じ込められます。その後、光はセンチメートルからメートルオーダーの距離に渡って漏れ出しますが、局所的ではないため損傷リスクは最小に留められます。当社ではメガワットレベルの大きなパワーにも対応するNA 0.22のダブルクラッドマルチモードファイバを製造、販売しております。
フォトダークニング
もう1つのファイバ内の損傷メカニズムとして、特にコアにゲルマニウムが添加されたファイバをUVや短波長の可視光で使用した時に起こるフォトダークニングまたはソラリゼーションがあります。これらの波長で使用されたファイバは時間の経過とともに減衰量が増加します。 フォトダークニングが発生するメカニズムはほとんど分かっていませんが、その現象を緩和するファイバはいくつか開発されています。例えば、水酸イオン(OH)が非常に低いファイバはフォトダークニングに耐性があることが分かっています。またフッ化物などのほかの添加物もフォトダークニングを低減させる効果があります。
しかし、上記の対応をとったとしても、UV光や短波長に使用したファイバはいずれフォトダークニングが生じます。よってこれらの波長で使用するファイバは消耗品としてお考えください。
光ファイバの準備ならびに取扱い方法
一般的なクリーニングならびに操作ガイドライン
この一般的なクリーニングならびに操作ガイドラインはすべてのファイバ製品向けにお勧めしております。さらに付属資料やマニュアルに記載された個々の製品に特化したガイドラインも遵守してください。損傷閾値の計算は、すべてのクリーニングおよび取扱い手順に適切に従ったときにのみ適用することができます。
(コネクタ付き、またはファイバ素線に関わらず)ファイバを設置または組み込む前に、すべての光源はOFFにしてください。これにより、損傷の可能性のあるコネクタまたはファイバの脆弱な部分に集光されたビームが入射しないようにすることができます。
ファイバやコネクタ端面の品質がファイバのパワー処理能力に直結します。ファイバを光学系に接続する前に必ずファイバ端を点検してください。端面はきれいで、入射光の散乱を招く汚れや汚染物質があってはなりません。ファイバ素線は使用前にクリーブし、クリーブの状態が良好であることを確認するためにファイバ端面の点検をしてください。
ファイバを光学系に融着接続する場合、ハイパワーで使用する前にまずローパワーで融着接続の状態が良いことを確認してください。融着接続の品質が良くないと接続面での散乱が増え、ファイバ損傷の原因となる場合があります。
システムのアライメントや光結合の最適化などの作業はローパワーで行ってください。これによりファイバの(コア以外の)他の部分の露光が最小に抑えられます。ハイパワーのビームがクラッド、被覆またはコネクタに集光された場合、散乱光による損傷が発生する可能性があります。
ハイパワーでファイバを使用するための要点
光ファイバやファイバ部品は一般には安全なパワー限界値内で使用する必要がありますが、アライメントや端面のクリーニングがとても良い理想的な条件下では、ファイバ部品のパワー限界値を上げることができる場合があります。入力または出力パワーを増加させる前に、システム内のファイバ部品の性能と安定性を確認し、またすべての安全ならびに操作に関する指示に従わなければなりません。下記はファイバ内またはファイバ部品内の光パワーをの増大させること加を検討していするときに役立つご提案です。
ファイバースプライサを使用してファイバ部品をシステムに融着接続すると、空気/ファイバ界面での損傷の可能性を最小化できます。品質の高い融着接続が実現されるよう、すべて適切なガイドラインに則って実施する必要があります。融着接続の状態が悪いと、散乱や融着接続面での局所的な加熱などが発生し、ファイバを損傷する可能性があります。
ファイバまたはファイバ部品の接続後、ローパワーでシステムのテストやアライメントを実施してください。システムパワーを必要な出力パワーまで徐々に上昇させ、その間、定期的にすべての部品が適切にアライメントされ、結合効率が入力パワーによって変動していないことを確認します。
ファイバを鋭く曲げると曲げ損失が発生し、ファイバのストレスを受けた部分から光が漏れる可能性があります。ハイパワーで使用している時は、大量の光が小さな局所領域(歪みのある領域)から流出すると局所的に加熱され、ファイバが損傷する可能性があります。使用中はファイバの曲げが生じないよう配慮し、曲げ損失を最小限に抑えてください。
また、用途に適したファイバを選ぶことも損傷防止に役立ちます。例えば、ラージモードエリアファイバは、標準的なシングルモードファイバをハイパワー光用として用いる場合の良い代替品となります。優れたビーム品質を有しながらMFDも大きいため、空気/ファイバ界面でのパワー密度は小さくなります。
ステップインデックスシングルモード石英ファイバは、一般にUV光やピークパワーの大きなパルス光には使用しませんが、これはその用途に伴う空間パワー密度が大きいためです。
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| Stock Patch Cables Available with These Fibers | ||
|---|---|---|
| SM980-5.8-125 Fiber |
| Item # Prefix | Connectors | Length |
| P1-980A-FC | FC/PC to FC/PC | 1, 2, or 5 m |
| P3-980A-FC | FC/APC to FC/APC | 1, 2, or 5 m |
| P5-980A-PCAPC | FC/PC to FC/APC | 1 m |
| P2-980A-PCSMA | FC/PC to SMA | 1 m |
| P1-980AR-2 | AR-Coated (970 - 1650 nm) FC/PC to Uncoated FC/PC | 2 m |
| P5-980AR-2 | AR-Coated (970 - 1650 nm) FC/PC to Uncoated FC/APC | 2 m |
| P4-980AR-2 | AR-Coated (970 - 1650 nm) FC/APC to Uncoated FC/PC | 2 m |
| P3-980AR-2 | AR-Coated (970 - 1650 nm) FC/APC to Uncoated FC/APC | 2 m |
カスタム仕様のケーブルもご提供しています。詳細はこちらをクリックしてご覧ください。
特長
- 標準在庫品
- 1 m単位で販売
- HI1060-100とHI1060-J9は、900 µmのHytrelチューブ(タイトバッファ)を使用
- SM980-5.8-125のMFDは、EDFA励起レーザのピグテールファイバに適合
- 980HPと1060XPは、2次モードカットオフ公差が小
- SM980G80は、高い曲げ強度
| Item # | Operating Wavelength | Mode Field Diameter | Cladding | Coating | Cut-Off Wavelength |
|---|---|---|---|---|---|
| SM980-5.8-125 | 980 - 1550 nm | 5.3 - 6.4 µm @ 980 nma | 125 ± 1 µm | 245 ± 15 µm | 870 - 970 nm |
| SM980G80 | 980 - 1550 nm | 4.2 - 4.9 µm @ 980 nm | 80 ± 1 µm | 170 ± 10 µm | 870 - 970 nm |
| 1060XP | 980 - 1600 nm | 5.9 ± 0.5 µm @ 980 nm 6.2 ± 0.5 µm @ 1060 nm 9.5 ± 0.5 µm @ 1550 nm | 125 ± 0.5 µm | 245 ± 10 µm | 920 ± 30 nm |
| 980HP | 980 - 1600 nm | 4.2 ± 0.5 µm @ 980 nm 6.8 ± 0.5 µm @ 1550 nm | 125 ± 1 µm | 245 ± 15 µm | 920 ± 30 nm |
| HI1060-J9 | 980 - 1650 nm | 5.9 ± 0.3 µm @ 980 nm 6.2 ± 0.3 µm @ 1060 nm | 125 ± 0.5 µm | 245 ± 10 µm | 920 ± 50 nm |
| Item # | Short-Term Bend Radius | Long-Term Bend Radius | Attenuation (Max) | NA | Core Index | Cladding Index |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SM980-5.8-125 | ≥5 mm | ≥25 mm | ≤2.0 dB/kmb | 0.13 - 0.15 | 970 nm: 1.45660c 1310 nm: 1.45259c 1650 nm: 1.44854c | 970 nm: 1.45081c 1310 nm: 1.44680c 1650 nm: 1.44275c |
| SM980G80 | ≥5 mm | ≥12 mm (or 38 mm for 25 Year Life) | ≤2 dB/km | 0.17 - 0.19 | 980 nm: 1.46058d 1310 nm: 1.45670d 1650 nm: 1.45265d | 980 nm: 1.45068d 1310 nm: 1.44680d 1650 nm: 1.44275d |
| 1060XP | ≥6 mm | ≥13 mm | ≤2.1 dB/km @ 980 nm ≤1.5 dB/km @ 1060 nm | 0.14 | Calle | Calle |
| 980HP | ≥6 mm | ≥13 mm | ≤3.5 dB/km @ 980 nm | 0.20 | Calle | Calle |
| HI1060-J9 | - | - | 2.1 dB/km @ 980 nm 1.5 dB/km @1060 nm | 0.14 | Proprietaryf | Proprietaryf |
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左の図は、ファイバを伝搬するビームの出力光強度のプロファイルを示しています。右の図は、標準的なビームの強度プロファイルで、図中にMFDおよびコア径を示しています。
モードフィールド径の定義
モードフィールド径(MFD)はシングルモードファイバを伝搬する ビームサイズの測定値です。 波長、コア半径、およびコアとクラッドの屈折率によって決まります。 光ファイバ内ではほとんどの光がファイバのコアに閉じ込められますが、クラッド内もわずかに伝搬します。 ガウス出力分布において、光出力が最大値に対し1/e2減少したところの直径がMFDとなります。
MFDの測定
MFD はファーフィールド可変開口法(VAMFF)によって測定します。 開口がファイバ出力のファーフィールドに配置され、その強度が測定されます。 ビームに小さな開口が連続配置して、各開口の強度を測定します。データは、光出力対開口の半角の正弦(またはSMファイバの開口数)としてプロットされます。
MFDは次に、特定の出力分布形状を想定しない数理モデルのペーターマンⅡの定義で決定されます。 ニアフィールドにおけるMFDは、ハンケル変換を用いてこのファーフィールド測定法から求められます。
| Quick Links |
|---|
| Damage at the Air / Glass Interface |
| Intrinsic Damage Threshold |
| Preparation and Handling of Optical Fibers |
レーザによる石英ファイバの損傷
このチュートリアルではコネクタ無し(素線)ファイバ、コネクタ付きファイバ、およびレーザ光源に接続するその他のファイバ部品に関連する損傷メカニズムを詳しく説明しています。そのメカニズムには、空気/ガラス界面(自由空間結合時、またはコネクタ使用時)ならびにファイバ内における損傷が含まれます。ファイバ素線、パッチケーブル、または溶融型カプラなどのファイバ部品の場合、損傷につながる複数の可能性(例:コネクタ、ファイバ端面、機器そのもの)があります。ファイバが対処できる最大パワーは、常にそれらの損傷メカニズムの中の最小の限界値以下に制限されます。
損傷閾値はスケーリング則や一般的なルールを用いて推定することはできますが、ファイバの損傷閾値の絶対値は利用方法やユーザ定義に大きく依存します。このガイドは、損傷リスクを最小に抑える安全なパワーレベルを推定するためにご利用いただくことができます。適切な準備と取扱い方法に関するガイドラインにすべて従えば、ファイバ部品は規定された最大パワーレベルで使うことができます。最大パワーの値が規定されていない場合は、部品を安全に使用するために下表の「実用的な安全レベル」の範囲に留めてご使用ください。 パワー処理能力を低下させ、ファイバ部品に損傷を与える可能性がある要因は、ファイバ結合時のミスアライメント、ファイバ端面の汚れ、あるいはファイバそのものの欠陥などですが、これらに限られるわけではありません。特定の用途におけるファイバのパワー処理能力に関するお問い合わせは当社までご連絡ください。
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損傷のないファイバ端
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損傷のあるファイバ端
空気/ガラス界面における損傷
空気/ガラス界面ではいくつかの損傷メカニズムが存在する可能性があります。自由空間結合の時、またはコネクタで2本のファイバを結合した時、光はこの界面に入射します。高強度の光は端面を損傷し、ファイバのパワー処理能力の低下や恒久的な損傷につながる場合があります。コネクタ付きのファイバで、コネクタがエポキシ接着剤でファイバに固定されている場合、高強度の光によって発生した熱により接着剤が焼けて、ファイバ端面に残留物が残る可能性があります。
| Estimated Optical Power Densities on Air / Glass Interfacea | ||
|---|---|---|
| Type | Theoretical Damage Thresholdb | Practical Safe Levelc |
| CW (Average Power) | ~1 MW/cm2 | ~250 kW/cm2 |
| 10 ns Pulsed (Peak Power) | ~5 GW/cm2 | ~1 GW/cm2 |
ファイバ素線端面での損傷メカニズム
ファイバ端面での損傷メカニズムはバルクの光学素子の場合と同様なモデル化ができ、UV溶融石英(UVFS)基板の標準的な損傷閾値を石英ファイバに当てはめることができます。しかしバルクの光学素子とは異なり、光ファイバの空気/ガラス界面においてこの問題に関係する表面積やビーム径は非常に小さく、特にシングルモードファイバの場合はそれが顕著です。 パワー密度が与えられたとき、ファイバに入射するパワーは、小さいビーム径に対しては小さくする必要があります。
右の表では光パワー密度に対する2つの閾値が記載されています。理論的な損傷閾値と「実用的な安全レベル」です。一般に、理論的損傷閾値は、ファイバ端面の状態も結合状態も非常に良いという条件で、損傷のリスク無しにファイバの端面に入射できる最大パワー密度の推定値を表しています。「実用的な安全レベル」のパワー密度は、ファイバ損傷のリスクが極めて小さくなる値を示しています。ファイバまたはファイバ部品をこの実用的な安全レベルを超えて使用することは可能ですが、その時は取扱い上の注意事項を適切に守り、使用前にローパワーで性能をテストする必要があります。
シングルモードの実効面積の計算
シングルモードファイバの実効面積は、モードフィールド径(MFD)、すなわちファイバ内の光が伝搬する部分の断面積によって定義されます。この面積にはファイバのコアとクラッドの一部が含まれます。シングルモードファイバとの結合効率を良くするためには、入射ビーム径をファイバのモードフィールド径に合致させなければなりません。
例として、シングルモードファイバSM400を400 nmで使用した時のモードフィールド径(MFD)は約Ø3 µmで、SMF-28 Ultraを1550 nmで使用したときのモードフィールド径(MFD)はØ10.5 µmです。これらのファイバの実効面積は下記の通り計算します。
SM400 Fiber: Area = Pi x (MFD/2)2 = Pi x (1.5 µm)2 = 7.07 µm2 = 7.07 x 10-8 cm2
SMF-28 Ultra Fiber: Area = Pi x (MFD/2)2 = Pi x (5.25 µm)2 = 86.6 µm2 = 8.66 x 10-7 cm2
ファイバ端面が対応できるパワーを推定するには、パワー密度に実効面積を乗じます。なおこの計算は均一な強度プロファイルを想定しています。しかしほとんどのレーザービームでは、シングルモード内でガウス分布を示すため、ビームの端よりも中央のパワー密度が高くなります。よって、これらの計算は損傷閾値または実用的安全レベルに対応するパワーとは若干異なることを考慮する必要があります。連続光源を想定して上記のパワー密度の推定値を使用すると、それぞれのパワーは下記のように求められます。
SM400 Fiber: 7.07 x 10-8 cm2 x 1 MW/cm2 = 7.1 x 10-8 MW = 71 mW (理論的損傷閾値)
7.07 x 10-8 cm2 x 250 kW/cm2 = 1.8 x 10-5 kW = 18 mW (実用的な安全レベル)
SMF-28 Ultra Fiber: 8.66 x 10-7 cm2 x 1 MW/cm2 = 8.7 x 10-7 MW = 870 mW (理論的損傷閾値)
8.66 x 10-7 cm2 x 250 kW/cm2 = 2.1 x 10-4 kW = 210 mW (実用的な安全レベル)
マルチモードの実効面積
マルチモードファイバの実効面積は、そのコア径によって定義されますが、一般にシングルモードファイバのMFDよりもはるかに大きくなります。当社では最適な結合を得るためにコア径のおよそ70～80%にビームを集光することをお勧めしています。マルチモードファイバでは実効面積が大きくなるほどファイバ端面でのパワー密度は下がるので、より大きな光パワー(通常キロワットオーダ)を入射しても損傷は生じません。
フェルール・コネクタ付きファイバに関する損傷メカニズム
Click to Enlargeコネクタ付きシングルモード石英ファイバに入力可能なパワー処理限界値(概算)を示したグラフ。各線はそれぞれの損傷メカニズムに応じたパワーレベルの推定値を示しています。 入力可能な最大パワーは、損傷メカニズムごとに制限されるパワーのうちの一番小さな値(実線で表示)によって制限されます。
コネクタ付きファイバのパワー処理能力に関しては、ほかにも考慮すべき点があります。ファイバは通常、エポキシ接着剤でセラミック製またはスチール製のフェルールに取り付けられています。光がコネクタを通してファイバに結合されると、コアに入射せずにファイバを伝搬する光は散乱されてファイバの外層からフェルール内へ、さらにフェルール内でファイバを保持する接着剤へと伝搬します。光の強度が大きいとエポキシ接着剤が焼け、それが蒸発して残留物がコネクタ端面に付着します。これによりファイバ端面に局所的に光を吸収する部分ができ、それに伴って結合効率が減少して散乱が増加するため、さらなる損傷の原因となります。
エポキシ接着剤に関連する損傷は、いくつかの理由により波長に依存します。一般に、光の散乱は長波長よりも短波長で大きくなります。短波長用のMFDの小さなシングルモードファイバへの結合時には、ミスアライメントに伴ってより多くの散乱光が発生する可能性があります。
エポキシ樹脂が焼損するリスクを最小に抑えるために、ファイバ端面付近のファイバとフェルール間にエポキシ接着剤の無いエアギャップを有するファイバーコネクタを構築することができます。当社の高出力用マルチモードファイバーパッチケーブルでは、このような設計のコネクタを使用しております。
複数の損傷メカニズムがあるときのパワー処理限界値を求める方法
ファイバーケーブルまたはファイバ部品において複数の損傷要因がある場合(例：ファイバーパッチケーブル)、入力可能なパワーの最大値は必ずファイバ部品構成要素ごとの損傷閾値の中の一番小さな値により決まります。この値が一般的にはパッチケーブルの端面に入射可能な最大のパワーを表します(出力パワーではありません)。
右のグラフは、シングルモードパッチケーブルにおけるファイバ端面での損傷とコネクタでの損傷に伴うパワー処理限界の推定値を例示しています。 ある波長におけるコネクタ付きファイバの総合的なパワー処理限界値は、その波長に対する2つの制限値の小さい方の値(実線)によって制限されます。488 nm付近で使用しているシングルモードファイバは主にファイバ端面の損傷(青い実線)によって制限されますが、1550 nmで使用しているファイバはコネクタの損傷(赤い実線)によって制限されます。
マルチモードファイバの実効面積はコア径で定義され、シングルモードファイバの実効面積より大きくなります。その結果、ファイバ端面のパワー密度が小さくなり、大きな光パワー(通常キロワットオーダ)を入射してもファイバに損傷は生じません(グラフには表示されていません)。しかし、フェルール・コネクタの損傷による限界値は変わらないため、マルチモードファイバが処理できる最大パワーはフェルールとコネクタによって制限されることになります。
上記の値は、取り扱いやアライメントが適切で、それらによる損傷が生じない場合のパワーレベルです。また、ファイバはここに記載されているパワーレベルを超えて使用されることもあります。しかし、そのような使い方をする場合は一般に専門的な知識が必要で、まずローパワーでテストして損傷のリスクを最小限に抑える必要があります。その場合においても、ハイパワーで使用するファイバ部品は消耗品と捉えた方が良いでしょう。
ファイバ内の損傷閾値
空気/ガラス界面で発生する損傷に加え、ファイバのパワー処理能力はファイバ内で発生する損傷メカニズムによっても制限されます。この制限はファイバ自体が本質的に有するもので、すべてのファイバ部品に適用されます。ファイバ内の損傷は、曲げ損失による損傷とフォトダークニングによる損傷の2つに分類されます。
曲げ損失
ファイバが鋭く曲げられると、コア内を伝搬する光がコア/クラッド界面において反射する際に、その反射角が全反射臨界角よりも大きくなります。曲げ損失は、このように内部全反射ができなくなることにより生じる損失です。このような状況下では、光はファイバから局所的に漏れだします。漏れる光のパワー密度は一般に大きく、ファイバのコーティングや補強チューブが焼損する可能性があります。
特殊ファイバに分類されるダブルクラッドファイバは、コアに加えてファイバのクラッド(2層目)も導波路として機能するため、曲げ損失による損傷のリスクが抑えられます。クラッドと被覆の界面の臨界角をコアとクラッドの界面の臨界角より大きくすることで、コアから漏れた光はクラッド内に緩く閉じ込められます。その後、光はセンチメートルからメートルオーダーの距離に渡って漏れ出しますが、局所的ではないため損傷リスクは最小に留められます。当社ではメガワットレベルの大きなパワーにも対応するNA 0.22のダブルクラッドマルチモードファイバを製造、販売しております。
フォトダークニング
もう1つのファイバ内の損傷メカニズムとして、特にコアにゲルマニウムが添加されたファイバをUVや短波長の可視光で使用した時に起こるフォトダークニングまたはソラリゼーションがあります。これらの波長で使用されたファイバは時間の経過とともに減衰量が増加します。 フォトダークニングが発生するメカニズムはほとんど分かっていませんが、その現象を緩和するファイバはいくつか開発されています。例えば、水酸イオン(OH)が非常に低いファイバはフォトダークニングに耐性があることが分かっています。またフッ化物などのほかの添加物もフォトダークニングを低減させる効果があります。
しかし、上記の対応をとったとしても、UV光や短波長に使用したファイバはいずれフォトダークニングが生じます。よってこれらの波長で使用するファイバは消耗品としてお考えください。
光ファイバの準備ならびに取扱い方法
一般的なクリーニングならびに操作ガイドライン
この一般的なクリーニングならびに操作ガイドラインはすべてのファイバ製品向けにお勧めしております。さらに付属資料やマニュアルに記載された個々の製品に特化したガイドラインも遵守してください。損傷閾値の計算は、すべてのクリーニングおよび取扱い手順に適切に従ったときにのみ適用することができます。
(コネクタ付き、またはファイバ素線に関わらず)ファイバを設置または組み込む前に、すべての光源はOFFにしてください。これにより、損傷の可能性のあるコネクタまたはファイバの脆弱な部分に集光されたビームが入射しないようにすることができます。
ファイバやコネクタ端面の品質がファイバのパワー処理能力に直結します。ファイバを光学系に接続する前に必ずファイバ端を点検してください。端面はきれいで、入射光の散乱を招く汚れや汚染物質があってはなりません。ファイバ素線は使用前にクリーブし、クリーブの状態が良好であることを確認するためにファイバ端面の点検をしてください。
ファイバを光学系に融着接続する場合、ハイパワーで使用する前にまずローパワーで融着接続の状態が良いことを確認してください。融着接続の品質が良くないと接続面での散乱が増え、ファイバ損傷の原因となる場合があります。
システムのアライメントや光結合の最適化などの作業はローパワーで行ってください。これによりファイバの(コア以外の)他の部分の露光が最小に抑えられます。ハイパワーのビームがクラッド、被覆またはコネクタに集光された場合、散乱光による損傷が発生する可能性があります。
ハイパワーでファイバを使用するための要点
光ファイバやファイバ部品は一般には安全なパワー限界値内で使用する必要がありますが、アライメントや端面のクリーニングがとても良い理想的な条件下では、ファイバ部品のパワー限界値を上げることができる場合があります。入力または出力パワーを増加させる前に、システム内のファイバ部品の性能と安定性を確認し、またすべての安全ならびに操作に関する指示に従わなければなりません。下記はファイバ内またはファイバ部品内の光パワーをの増大させること加を検討していするときに役立つご提案です。
ファイバースプライサを使用してファイバ部品をシステムに融着接続すると、空気/ファイバ界面での損傷の可能性を最小化できます。品質の高い融着接続が実現されるよう、すべて適切なガイドラインに則って実施する必要があります。融着接続の状態が悪いと、散乱や融着接続面での局所的な加熱などが発生し、ファイバを損傷する可能性があります。
ファイバまたはファイバ部品の接続後、ローパワーでシステムのテストやアライメントを実施してください。システムパワーを必要な出力パワーまで徐々に上昇させ、その間、定期的にすべての部品が適切にアライメントされ、結合効率が入力パワーによって変動していないことを確認します。
ファイバを鋭く曲げると曲げ損失が発生し、ファイバのストレスを受けた部分から光が漏れる可能性があります。ハイパワーで使用している時は、大量の光が小さな局所領域(歪みのある領域)から流出すると局所的に加熱され、ファイバが損傷する可能性があります。使用中はファイバの曲げが生じないよう配慮し、曲げ損失を最小限に抑えてください。
また、用途に適したファイバを選ぶことも損傷防止に役立ちます。例えば、ラージモードエリアファイバは、標準的なシングルモードファイバをハイパワー光用として用いる場合の良い代替品となります。優れたビーム品質を有しながらMFDも大きいため、空気/ファイバ界面でのパワー密度は小さくなります。
ステップインデックスシングルモード石英ファイバは、一般にUV光やピークパワーの大きなパルス光には使用しませんが、これはその用途に伴う空間パワー密度が大きいためです。
| Posted Comments: | |
Gregory Lovell
(posted 2024-12-12 10:49:48.7) Hello, could we get more info on how you determine the NA of these fibers? Is it a measured value or calculated based on the refractive index? EGies
(posted 2024-12-13 12:56:23.0) Thank you for contacting Thorlabs. The NA for 1060XP, 980HP, SM980-5.8-125, and SM980G80 is a calculated value using the definition NA = square root [(Refractive index of core)^2 – (Refractive Index of clad)^2]. For HI1060-100 and HI1060-J9, the NA is a measured value. I have reached out to you directly regarding this. Mika C
(posted 2024-01-22 11:17:55.75) Hello, I am looking for more detailed attenuation data as a function of wavelength for SM980-5.8-125. Specifically, I would like to know the attenuation of this fiber at 1092 nm. ksosnowski
(posted 2024-01-25 12:56:29.0) Hello Mika, thanks for reaching out to Thorlabs. Based on some test data we've seen, the typical attenuation is close to 1dB/km around 1090nm. The transmission at this point is slightly better than the edge of performance which is roemee817
(posted 2017-01-04 14:16:08.457) I have some questions about your product whose part number is SM980-5.8-125.
I will use 1550 nm fiber.
What is the maximum fiber input power available??
Thank you for reading me! tfrisch
(posted 2017-01-04 09:02:46.0) Hello, thank you for contacting Thorlabs. The max power that can be coupled into a fiber depends on several factors including termination and the quality of the beam coupled. 300mW is a good rule of thumb for any fiber connector that may have an adhesive. For a bare cleaved fiber and a beam that is aligned with high coupling efficiency, a few watts should be achievable. Be sure coupling efficiency is high before power is increased. I will reach out to you directly about the details of what goes into that. bnewell
(posted 2016-10-28 09:59:43.15) Hello, we use HI1060-100 optical fiber. We currently use a heated stripper, but we would like to understand if there are alternative methods that offer less risk of fiber damage. Would you be able to recommend any? Thank you. tfrisch
(posted 2016-10-31 05:49:39.0) Hello, thank you for contacting Thorlabs. I have reached out to you directly about your applications. |
| Stock Patch Cables Available with These Fibers | ||
|---|---|---|
| SMF-28 Ultra Fiber |
| 1550BHP Fiber |
| Item # Prefix | Connectors | Length |
| P1-1550A-FC | FC/PC to FC/PC | 1, 2, 5, or 10 m |
| P3-1550A-FC | FC/APC to FC/APC | 1, 2, or 5 m |
カスタム仕様のケーブルもご提供しています。詳細はこちらをクリックしてご覧ください。
特長
- 標準在庫品
- 1 m単位で販売
- アクリル樹脂被覆
- ただしSM1550Pは通信用途でご使用いただけるよう、高温に対応するポリミイド被覆です。
- SMF-28-100、SMF-28-1000、SMF-28-J9には900 µmのHytrelチューブ(タイトバッファ)を使用
- CCC1310-J9にはØ900 µmのPVC 2次被覆(タイトバッファ)
- 非常に優れたコア/クラッド同心度
- 1550BHPは、2次モードカットオフ交差が小
- SM1250G80、CCC1310-J9、およびSM1500G80は曲げに対して高い耐性(詳細情報は、「仕様」タブをご覧ください)
- DCFは低負分散（詳細は製品ページをご覧ください)
| Item # | Operating Wavelength | Mode Field Diameter | Cladding | Coating | Cut-Off Wavelength |
|---|---|---|---|---|---|
| SMF-28-J9 | 1260 - 1625 nm | 9.2 ± 0.4 µm @ 1310 nm 10.4 ± 0.5 µm @ 1550 nm | 125 ± 0.7 µm | 242 ± 5 µm | < 1260 nm |
| CCC1310-J9 | 1260 - 1625 nm | 8.6 ± 0.4 µm @ 1310 nm 9.7 ± 0.5 µm @ 1550 nm | 125 ± 0.7 µm | 242 ± 5 µm | ≤1260 nm |
| 1310BHP | 1300 - 1625 nm | 8.6 ± 0.5 µm @ 1310 nm 9.7 ± 0.5 µm @ 1550 nm | 125 ± 1.0 µm | 245 ± 15 µm | 1260 ± 30 nm |
| SM1550P | 1310 - 1550 nm | 9.0 µm @ 1310 nm | 125 +1 / -3 µm | 145 ± 5 µm | < 1260 nm |
| SM1250G80 | 1310 - 1550 nm | 8.2 - 9.9 µm @ 1310 nm | 80 ± 1 µm | 170 ± 10 µm | 1150 - 1250 nm |
| 1550BHP | 1460 - 1620 nm | 9.5 ± 0.5 µm @ 1550 nm | 125 ± 1.0 µm | 245 ± 15 µm | 1400 ± 50 nm |
| SM1500G80 | 1520 - 1650 nm | 6.0 - 6.8 µm @ 1550 nm | 80 ± 1 µm | 170 ± 10 µm | 1350 - 1520 nm |
| DCF4 | 1530 - 1565 nm | 8.85 - 9.60 µm @ 1550 nm | 125 ± 1.0 µm | 250 ± 5 µm | ≤1500 nm |
| Item # | Short-Term Bend Radius | Long-Term Bend Radius | Attenuation (Max) | NA | Core Index | Cladding Index |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SMF-28-J9 | - | - | ≤0.32 dB/km @ 1310 nm ≤0.18 dB/km @ 1550 nm | 0.14a | Proprietaryb | Proprietaryb |
| CCC1310-J9 | - | - | ≤0.35 dB/km @ 1310 nm ≤0.20 dB/km @ 1550 nm | 0.14 | 1310 nm: 1.4670 1550 nm: 1.4677 | - |
| 1310BHP | ≥6 mm | ≥13 mm | ≤0.5 dB/km @ 1310 nm & 1550 nm | 0.13 | Callc | Callc |
| SM1550P | ≥13 mm | ≥25 mm | < 0.7 dB/kmd | 0.12 ± 0.02 | Proprietaryb | Proprietaryb |
| SM1250G80 | ≥5 mm | ≥12 mm (or 38 mm for 25 Year Life) | ≤2 dB/km | 0.11 - 0.13 | 1310 nm: 1.45094e 1550 nm: 1.44813e | 1310 nm: 1.44680e 1550 nm: 1.44399e |
| 1550BHP | ≥6 mm | ≥13 mm | ≤0.5 dB/km @ 1550 nm | 0.13 | Callc | Callc |
| SM1500G80 | ≥5 mm | ≥12 mm (or 38 mm for 25 Year Life) | ≤0.5 dB/km | 0.19 - 0.21 | 1550 nm: 1.45636f | 1550 nm: 1.44399f |
| DCF4 | - | - | ≤0.210 dB/km @ 1550 nm | - | Proprietaryb | Proprietaryb |
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左の図は、ファイバを伝搬するビームの出力光強度のプロファイルを示しています。右の図は、標準的なビームの強度プロファイルで、図中にMFDおよびコア径を示しています。
モードフィールド径の定義
モードフィールド径(MFD)はシングルモードファイバを伝搬する ビームサイズの測定値です。 波長、コア半径、およびコアとクラッドの屈折率によって決まります。 光ファイバ内ではほとんどの光がファイバのコアに閉じ込められますが、クラッド内もわずかに伝搬します。 ガウス出力分布において、光出力が最大値に対し1/e2減少したところの直径がMFDとなります。
MFDの測定
MFD はファーフィールド可変開口法(VAMFF)によって測定します。 開口がファイバ出力のファーフィールドに配置され、その強度が測定されます。 ビームに小さな開口が連続配置して、各開口の強度を測定します。データは、光出力対開口の半角の正弦(またはSMファイバの開口数)としてプロットされます。
MFDは次に、特定の出力分布形状を想定しない数理モデルのペーターマンⅡの定義で決定されます。 ニアフィールドにおけるMFDは、ハンケル変換を用いてこのファーフィールド測定法から求められます。
| Quick Links |
|---|
| Damage at the Air / Glass Interface |
| Intrinsic Damage Threshold |
| Preparation and Handling of Optical Fibers |
レーザによる石英ファイバの損傷
このチュートリアルではコネクタ無し(素線)ファイバ、コネクタ付きファイバ、およびレーザ光源に接続するその他のファイバ部品に関連する損傷メカニズムを詳しく説明しています。そのメカニズムには、空気/ガラス界面(自由空間結合時、またはコネクタ使用時)ならびにファイバ内における損傷が含まれます。ファイバ素線、パッチケーブル、または溶融型カプラなどのファイバ部品の場合、損傷につながる複数の可能性(例:コネクタ、ファイバ端面、機器そのもの)があります。ファイバが対処できる最大パワーは、常にそれらの損傷メカニズムの中の最小の限界値以下に制限されます。
損傷閾値はスケーリング則や一般的なルールを用いて推定することはできますが、ファイバの損傷閾値の絶対値は利用方法やユーザ定義に大きく依存します。このガイドは、損傷リスクを最小に抑える安全なパワーレベルを推定するためにご利用いただくことができます。適切な準備と取扱い方法に関するガイドラインにすべて従えば、ファイバ部品は規定された最大パワーレベルで使うことができます。最大パワーの値が規定されていない場合は、部品を安全に使用するために下表の「実用的な安全レベル」の範囲に留めてご使用ください。 パワー処理能力を低下させ、ファイバ部品に損傷を与える可能性がある要因は、ファイバ結合時のミスアライメント、ファイバ端面の汚れ、あるいはファイバそのものの欠陥などですが、これらに限られるわけではありません。特定の用途におけるファイバのパワー処理能力に関するお問い合わせは当社までご連絡ください。
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損傷のないファイバ端
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損傷のあるファイバ端
空気/ガラス界面における損傷
空気/ガラス界面ではいくつかの損傷メカニズムが存在する可能性があります。自由空間結合の時、またはコネクタで2本のファイバを結合した時、光はこの界面に入射します。高強度の光は端面を損傷し、ファイバのパワー処理能力の低下や恒久的な損傷につながる場合があります。コネクタ付きのファイバで、コネクタがエポキシ接着剤でファイバに固定されている場合、高強度の光によって発生した熱により接着剤が焼けて、ファイバ端面に残留物が残る可能性があります。
| Estimated Optical Power Densities on Air / Glass Interfacea | ||
|---|---|---|
| Type | Theoretical Damage Thresholdb | Practical Safe Levelc |
| CW (Average Power) | ~1 MW/cm2 | ~250 kW/cm2 |
| 10 ns Pulsed (Peak Power) | ~5 GW/cm2 | ~1 GW/cm2 |
ファイバ素線端面での損傷メカニズム
ファイバ端面での損傷メカニズムはバルクの光学素子の場合と同様なモデル化ができ、UV溶融石英(UVFS)基板の標準的な損傷閾値を石英ファイバに当てはめることができます。しかしバルクの光学素子とは異なり、光ファイバの空気/ガラス界面においてこの問題に関係する表面積やビーム径は非常に小さく、特にシングルモードファイバの場合はそれが顕著です。 パワー密度が与えられたとき、ファイバに入射するパワーは、小さいビーム径に対しては小さくする必要があります。
右の表では光パワー密度に対する2つの閾値が記載されています。理論的な損傷閾値と「実用的な安全レベル」です。一般に、理論的損傷閾値は、ファイバ端面の状態も結合状態も非常に良いという条件で、損傷のリスク無しにファイバの端面に入射できる最大パワー密度の推定値を表しています。「実用的な安全レベル」のパワー密度は、ファイバ損傷のリスクが極めて小さくなる値を示しています。ファイバまたはファイバ部品をこの実用的な安全レベルを超えて使用することは可能ですが、その時は取扱い上の注意事項を適切に守り、使用前にローパワーで性能をテストする必要があります。
シングルモードの実効面積の計算
シングルモードファイバの実効面積は、モードフィールド径(MFD)、すなわちファイバ内の光が伝搬する部分の断面積によって定義されます。この面積にはファイバのコアとクラッドの一部が含まれます。シングルモードファイバとの結合効率を良くするためには、入射ビーム径をファイバのモードフィールド径に合致させなければなりません。
例として、シングルモードファイバSM400を400 nmで使用した時のモードフィールド径(MFD)は約Ø3 µmで、SMF-28 Ultraを1550 nmで使用したときのモードフィールド径(MFD)はØ10.5 µmです。これらのファイバの実効面積は下記の通り計算します。
SM400 Fiber: Area = Pi x (MFD/2)2 = Pi x (1.5 µm)2 = 7.07 µm2 = 7.07 x 10-8 cm2
SMF-28 Ultra Fiber: Area = Pi x (MFD/2)2 = Pi x (5.25 µm)2 = 86.6 µm2 = 8.66 x 10-7 cm2
ファイバ端面が対応できるパワーを推定するには、パワー密度に実効面積を乗じます。なおこの計算は均一な強度プロファイルを想定しています。しかしほとんどのレーザービームでは、シングルモード内でガウス分布を示すため、ビームの端よりも中央のパワー密度が高くなります。よって、これらの計算は損傷閾値または実用的安全レベルに対応するパワーとは若干異なることを考慮する必要があります。連続光源を想定して上記のパワー密度の推定値を使用すると、それぞれのパワーは下記のように求められます。
SM400 Fiber: 7.07 x 10-8 cm2 x 1 MW/cm2 = 7.1 x 10-8 MW = 71 mW (理論的損傷閾値)
7.07 x 10-8 cm2 x 250 kW/cm2 = 1.8 x 10-5 kW = 18 mW (実用的な安全レベル)
SMF-28 Ultra Fiber: 8.66 x 10-7 cm2 x 1 MW/cm2 = 8.7 x 10-7 MW = 870 mW (理論的損傷閾値)
8.66 x 10-7 cm2 x 250 kW/cm2 = 2.1 x 10-4 kW = 210 mW (実用的な安全レベル)
マルチモードの実効面積
マルチモードファイバの実効面積は、そのコア径によって定義されますが、一般にシングルモードファイバのMFDよりもはるかに大きくなります。当社では最適な結合を得るためにコア径のおよそ70～80%にビームを集光することをお勧めしています。マルチモードファイバでは実効面積が大きくなるほどファイバ端面でのパワー密度は下がるので、より大きな光パワー(通常キロワットオーダ)を入射しても損傷は生じません。
フェルール・コネクタ付きファイバに関する損傷メカニズム
Click to Enlargeコネクタ付きシングルモード石英ファイバに入力可能なパワー処理限界値(概算)を示したグラフ。各線はそれぞれの損傷メカニズムに応じたパワーレベルの推定値を示しています。 入力可能な最大パワーは、損傷メカニズムごとに制限されるパワーのうちの一番小さな値(実線で表示)によって制限されます。
コネクタ付きファイバのパワー処理能力に関しては、ほかにも考慮すべき点があります。ファイバは通常、エポキシ接着剤でセラミック製またはスチール製のフェルールに取り付けられています。光がコネクタを通してファイバに結合されると、コアに入射せずにファイバを伝搬する光は散乱されてファイバの外層からフェルール内へ、さらにフェルール内でファイバを保持する接着剤へと伝搬します。光の強度が大きいとエポキシ接着剤が焼け、それが蒸発して残留物がコネクタ端面に付着します。これによりファイバ端面に局所的に光を吸収する部分ができ、それに伴って結合効率が減少して散乱が増加するため、さらなる損傷の原因となります。
エポキシ接着剤に関連する損傷は、いくつかの理由により波長に依存します。一般に、光の散乱は長波長よりも短波長で大きくなります。短波長用のMFDの小さなシングルモードファイバへの結合時には、ミスアライメントに伴ってより多くの散乱光が発生する可能性があります。
エポキシ樹脂が焼損するリスクを最小に抑えるために、ファイバ端面付近のファイバとフェルール間にエポキシ接着剤の無いエアギャップを有するファイバーコネクタを構築することができます。当社の高出力用マルチモードファイバーパッチケーブルでは、このような設計のコネクタを使用しております。
複数の損傷メカニズムがあるときのパワー処理限界値を求める方法
ファイバーケーブルまたはファイバ部品において複数の損傷要因がある場合(例：ファイバーパッチケーブル)、入力可能なパワーの最大値は必ずファイバ部品構成要素ごとの損傷閾値の中の一番小さな値により決まります。この値が一般的にはパッチケーブルの端面に入射可能な最大のパワーを表します(出力パワーではありません)。
右のグラフは、シングルモードパッチケーブルにおけるファイバ端面での損傷とコネクタでの損傷に伴うパワー処理限界の推定値を例示しています。 ある波長におけるコネクタ付きファイバの総合的なパワー処理限界値は、その波長に対する2つの制限値の小さい方の値(実線)によって制限されます。488 nm付近で使用しているシングルモードファイバは主にファイバ端面の損傷(青い実線)によって制限されますが、1550 nmで使用しているファイバはコネクタの損傷(赤い実線)によって制限されます。
マルチモードファイバの実効面積はコア径で定義され、シングルモードファイバの実効面積より大きくなります。その結果、ファイバ端面のパワー密度が小さくなり、大きな光パワー(通常キロワットオーダ)を入射してもファイバに損傷は生じません(グラフには表示されていません)。しかし、フェルール・コネクタの損傷による限界値は変わらないため、マルチモードファイバが処理できる最大パワーはフェルールとコネクタによって制限されることになります。
上記の値は、取り扱いやアライメントが適切で、それらによる損傷が生じない場合のパワーレベルです。また、ファイバはここに記載されているパワーレベルを超えて使用されることもあります。しかし、そのような使い方をする場合は一般に専門的な知識が必要で、まずローパワーでテストして損傷のリスクを最小限に抑える必要があります。その場合においても、ハイパワーで使用するファイバ部品は消耗品と捉えた方が良いでしょう。
ファイバ内の損傷閾値
空気/ガラス界面で発生する損傷に加え、ファイバのパワー処理能力はファイバ内で発生する損傷メカニズムによっても制限されます。この制限はファイバ自体が本質的に有するもので、すべてのファイバ部品に適用されます。ファイバ内の損傷は、曲げ損失による損傷とフォトダークニングによる損傷の2つに分類されます。
曲げ損失
ファイバが鋭く曲げられると、コア内を伝搬する光がコア/クラッド界面において反射する際に、その反射角が全反射臨界角よりも大きくなります。曲げ損失は、このように内部全反射ができなくなることにより生じる損失です。このような状況下では、光はファイバから局所的に漏れだします。漏れる光のパワー密度は一般に大きく、ファイバのコーティングや補強チューブが焼損する可能性があります。
特殊ファイバに分類されるダブルクラッドファイバは、コアに加えてファイバのクラッド(2層目)も導波路として機能するため、曲げ損失による損傷のリスクが抑えられます。クラッドと被覆の界面の臨界角をコアとクラッドの界面の臨界角より大きくすることで、コアから漏れた光はクラッド内に緩く閉じ込められます。その後、光はセンチメートルからメートルオーダーの距離に渡って漏れ出しますが、局所的ではないため損傷リスクは最小に留められます。当社ではメガワットレベルの大きなパワーにも対応するNA 0.22のダブルクラッドマルチモードファイバを製造、販売しております。
フォトダークニング
もう1つのファイバ内の損傷メカニズムとして、特にコアにゲルマニウムが添加されたファイバをUVや短波長の可視光で使用した時に起こるフォトダークニングまたはソラリゼーションがあります。これらの波長で使用されたファイバは時間の経過とともに減衰量が増加します。 フォトダークニングが発生するメカニズムはほとんど分かっていませんが、その現象を緩和するファイバはいくつか開発されています。例えば、水酸イオン(OH)が非常に低いファイバはフォトダークニングに耐性があることが分かっています。またフッ化物などのほかの添加物もフォトダークニングを低減させる効果があります。
しかし、上記の対応をとったとしても、UV光や短波長に使用したファイバはいずれフォトダークニングが生じます。よってこれらの波長で使用するファイバは消耗品としてお考えください。
光ファイバの準備ならびに取扱い方法
一般的なクリーニングならびに操作ガイドライン
この一般的なクリーニングならびに操作ガイドラインはすべてのファイバ製品向けにお勧めしております。さらに付属資料やマニュアルに記載された個々の製品に特化したガイドラインも遵守してください。損傷閾値の計算は、すべてのクリーニングおよび取扱い手順に適切に従ったときにのみ適用することができます。
(コネクタ付き、またはファイバ素線に関わらず)ファイバを設置または組み込む前に、すべての光源はOFFにしてください。これにより、損傷の可能性のあるコネクタまたはファイバの脆弱な部分に集光されたビームが入射しないようにすることができます。
ファイバやコネクタ端面の品質がファイバのパワー処理能力に直結します。ファイバを光学系に接続する前に必ずファイバ端を点検してください。端面はきれいで、入射光の散乱を招く汚れや汚染物質があってはなりません。ファイバ素線は使用前にクリーブし、クリーブの状態が良好であることを確認するためにファイバ端面の点検をしてください。
ファイバを光学系に融着接続する場合、ハイパワーで使用する前にまずローパワーで融着接続の状態が良いことを確認してください。融着接続の品質が良くないと接続面での散乱が増え、ファイバ損傷の原因となる場合があります。
システムのアライメントや光結合の最適化などの作業はローパワーで行ってください。これによりファイバの(コア以外の)他の部分の露光が最小に抑えられます。ハイパワーのビームがクラッド、被覆またはコネクタに集光された場合、散乱光による損傷が発生する可能性があります。
ハイパワーでファイバを使用するための要点
光ファイバやファイバ部品は一般には安全なパワー限界値内で使用する必要がありますが、アライメントや端面のクリーニングがとても良い理想的な条件下では、ファイバ部品のパワー限界値を上げることができる場合があります。入力または出力パワーを増加させる前に、システム内のファイバ部品の性能と安定性を確認し、またすべての安全ならびに操作に関する指示に従わなければなりません。下記はファイバ内またはファイバ部品内の光パワーをの増大させること加を検討していするときに役立つご提案です。
ファイバースプライサを使用してファイバ部品をシステムに融着接続すると、空気/ファイバ界面での損傷の可能性を最小化できます。品質の高い融着接続が実現されるよう、すべて適切なガイドラインに則って実施する必要があります。融着接続の状態が悪いと、散乱や融着接続面での局所的な加熱などが発生し、ファイバを損傷する可能性があります。
ファイバまたはファイバ部品の接続後、ローパワーでシステムのテストやアライメントを実施してください。システムパワーを必要な出力パワーまで徐々に上昇させ、その間、定期的にすべての部品が適切にアライメントされ、結合効率が入力パワーによって変動していないことを確認します。
ファイバを鋭く曲げると曲げ損失が発生し、ファイバのストレスを受けた部分から光が漏れる可能性があります。ハイパワーで使用している時は、大量の光が小さな局所領域(歪みのある領域)から流出すると局所的に加熱され、ファイバが損傷する可能性があります。使用中はファイバの曲げが生じないよう配慮し、曲げ損失を最小限に抑えてください。
また、用途に適したファイバを選ぶことも損傷防止に役立ちます。例えば、ラージモードエリアファイバは、標準的なシングルモードファイバをハイパワー光用として用いる場合の良い代替品となります。優れたビーム品質を有しながらMFDも大きいため、空気/ファイバ界面でのパワー密度は小さくなります。
ステップインデックスシングルモード石英ファイバは、一般にUV光やピークパワーの大きなパルス光には使用しませんが、これはその用途に伴う空間パワー密度が大きいためです。
| Posted Comments: | |
Sudipta Nayak
(posted 2023-07-31 16:21:34.15) hello
would it be possible to get pigtailed sinlge mode fibers with very small core diameters?
Sudipta jpolaris
(posted 2023-08-01 06:29:05.0) Thank you for contacting Thorlabs. Our single-mode fibers come in a variety of different core sizes. I have reached out to you directly to discuss what is needed for your application. |
特長
- 1850～2200 nm用のシングルモードファイバ
- 標準在庫品
- 1 m単位で販売
- Ge添加石英コア、純粋石英クラッド、UV硬化アクリルコーティング付き
- 非常に優れたコア/クラッド同心度
- 低い曲げ損失(詳細については「仕様」タブをご覧ください)
| Item # | Operating Wavelength | MFD | Core Diameter | Cladding Diameter | Coating Diameter | Cut-Off Wavelength |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SM1950 | 1850 - 2200 nm | 8.0 µm @ 1950 nm | 7 µm | 125 ± 1 µm | 245 ± 10 µm | 1720 ± 80 nm |
| Item # | Coating Concentricity | Core-Clad Concentricity | Typical Attenuation | NA | Core Index | Cladding Index |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SM1950 | < 5 µm | < 0.5 µm | 5 dB/km (0.005 dB/m) @ 1.9 µm | 0.20 | Calla | Calla |
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生データはこちらからご覧ください。
このグラフは、当社のファイバSM1950をシングルモード動作の波長範囲(1850 nm～2200 nm)にわたって測定した減衰量を示しています。
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生データはこちらからご覧ください。
このグラフは、シングルモードファイバSM1950のシングルループにおける、9つの異なる曲げ半径で測定した損失を示しています。グラフの青い領域はシングルモードの波長範囲(1.85～2.2 µm)を表しています。
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左の図は、ファイバを伝搬するビームの出力光強度のプロファイルを示しています。右の図は、標準的なビームの強度プロファイルで、図中にMFDおよびコア径を示しています。
モードフィールド径の定義
モードフィールド径(MFD)はシングルモードファイバを伝搬する ビームサイズの測定値です。 波長、コア半径、およびコアとクラッドの屈折率によって決まります。 光ファイバ内ではほとんどの光がファイバのコアに閉じ込められますが、クラッド内もわずかに伝搬します。 ガウス出力分布において、光出力が最大値に対し1/e2減少したところの直径がMFDとなります。
MFDの測定
MFD はファーフィールド可変開口法(VAMFF)によって測定します。 開口がファイバ出力のファーフィールドに配置され、その強度が測定されます。 ビームに小さな開口が連続配置して、各開口の強度を測定します。データは、光出力対開口の半角の正弦(またはSMファイバの開口数)としてプロットされます。
MFDは次に、特定の出力分布形状を想定しない数理モデルのペーターマンⅡの定義で決定されます。 ニアフィールドにおけるMFDは、ハンケル変換を用いてこのファーフィールド測定法から求められます。
| Quick Links |
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| Damage at the Air / Glass Interface |
| Intrinsic Damage Threshold |
| Preparation and Handling of Optical Fibers |
レーザによる石英ファイバの損傷
このチュートリアルではコネクタ無し(素線)ファイバ、コネクタ付きファイバ、およびレーザ光源に接続するその他のファイバ部品に関連する損傷メカニズムを詳しく説明しています。そのメカニズムには、空気/ガラス界面(自由空間結合時、またはコネクタ使用時)ならびにファイバ内における損傷が含まれます。ファイバ素線、パッチケーブル、または溶融型カプラなどのファイバ部品の場合、損傷につながる複数の可能性(例:コネクタ、ファイバ端面、機器そのもの)があります。ファイバが対処できる最大パワーは、常にそれらの損傷メカニズムの中の最小の限界値以下に制限されます。
損傷閾値はスケーリング則や一般的なルールを用いて推定することはできますが、ファイバの損傷閾値の絶対値は利用方法やユーザ定義に大きく依存します。このガイドは、損傷リスクを最小に抑える安全なパワーレベルを推定するためにご利用いただくことができます。適切な準備と取扱い方法に関するガイドラインにすべて従えば、ファイバ部品は規定された最大パワーレベルで使うことができます。最大パワーの値が規定されていない場合は、部品を安全に使用するために下表の「実用的な安全レベル」の範囲に留めてご使用ください。 パワー処理能力を低下させ、ファイバ部品に損傷を与える可能性がある要因は、ファイバ結合時のミスアライメント、ファイバ端面の汚れ、あるいはファイバそのものの欠陥などですが、これらに限られるわけではありません。特定の用途におけるファイバのパワー処理能力に関するお問い合わせは当社までご連絡ください。
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損傷のないファイバ端
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損傷のあるファイバ端
空気/ガラス界面における損傷
空気/ガラス界面ではいくつかの損傷メカニズムが存在する可能性があります。自由空間結合の時、またはコネクタで2本のファイバを結合した時、光はこの界面に入射します。高強度の光は端面を損傷し、ファイバのパワー処理能力の低下や恒久的な損傷につながる場合があります。コネクタ付きのファイバで、コネクタがエポキシ接着剤でファイバに固定されている場合、高強度の光によって発生した熱により接着剤が焼けて、ファイバ端面に残留物が残る可能性があります。
| Estimated Optical Power Densities on Air / Glass Interfacea | ||
|---|---|---|
| Type | Theoretical Damage Thresholdb | Practical Safe Levelc |
| CW (Average Power) | ~1 MW/cm2 | ~250 kW/cm2 |
| 10 ns Pulsed (Peak Power) | ~5 GW/cm2 | ~1 GW/cm2 |
ファイバ素線端面での損傷メカニズム
ファイバ端面での損傷メカニズムはバルクの光学素子の場合と同様なモデル化ができ、UV溶融石英(UVFS)基板の標準的な損傷閾値を石英ファイバに当てはめることができます。しかしバルクの光学素子とは異なり、光ファイバの空気/ガラス界面においてこの問題に関係する表面積やビーム径は非常に小さく、特にシングルモードファイバの場合はそれが顕著です。 パワー密度が与えられたとき、ファイバに入射するパワーは、小さいビーム径に対しては小さくする必要があります。
右の表では光パワー密度に対する2つの閾値が記載されています。理論的な損傷閾値と「実用的な安全レベル」です。一般に、理論的損傷閾値は、ファイバ端面の状態も結合状態も非常に良いという条件で、損傷のリスク無しにファイバの端面に入射できる最大パワー密度の推定値を表しています。「実用的な安全レベル」のパワー密度は、ファイバ損傷のリスクが極めて小さくなる値を示しています。ファイバまたはファイバ部品をこの実用的な安全レベルを超えて使用することは可能ですが、その時は取扱い上の注意事項を適切に守り、使用前にローパワーで性能をテストする必要があります。
シングルモードの実効面積の計算
シングルモードファイバの実効面積は、モードフィールド径(MFD)、すなわちファイバ内の光が伝搬する部分の断面積によって定義されます。この面積にはファイバのコアとクラッドの一部が含まれます。シングルモードファイバとの結合効率を良くするためには、入射ビーム径をファイバのモードフィールド径に合致させなければなりません。
例として、シングルモードファイバSM400を400 nmで使用した時のモードフィールド径(MFD)は約Ø3 µmで、SMF-28 Ultraを1550 nmで使用したときのモードフィールド径(MFD)はØ10.5 µmです。これらのファイバの実効面積は下記の通り計算します。
SM400 Fiber: Area = Pi x (MFD/2)2 = Pi x (1.5 µm)2 = 7.07 µm2 = 7.07 x 10-8 cm2
SMF-28 Ultra Fiber: Area = Pi x (MFD/2)2 = Pi x (5.25 µm)2 = 86.6 µm2 = 8.66 x 10-7 cm2
ファイバ端面が対応できるパワーを推定するには、パワー密度に実効面積を乗じます。なおこの計算は均一な強度プロファイルを想定しています。しかしほとんどのレーザービームでは、シングルモード内でガウス分布を示すため、ビームの端よりも中央のパワー密度が高くなります。よって、これらの計算は損傷閾値または実用的安全レベルに対応するパワーとは若干異なることを考慮する必要があります。連続光源を想定して上記のパワー密度の推定値を使用すると、それぞれのパワーは下記のように求められます。
SM400 Fiber: 7.07 x 10-8 cm2 x 1 MW/cm2 = 7.1 x 10-8 MW = 71 mW (理論的損傷閾値)
7.07 x 10-8 cm2 x 250 kW/cm2 = 1.8 x 10-5 kW = 18 mW (実用的な安全レベル)
SMF-28 Ultra Fiber: 8.66 x 10-7 cm2 x 1 MW/cm2 = 8.7 x 10-7 MW = 870 mW (理論的損傷閾値)
8.66 x 10-7 cm2 x 250 kW/cm2 = 2.1 x 10-4 kW = 210 mW (実用的な安全レベル)
マルチモードの実効面積
マルチモードファイバの実効面積は、そのコア径によって定義されますが、一般にシングルモードファイバのMFDよりもはるかに大きくなります。当社では最適な結合を得るためにコア径のおよそ70～80%にビームを集光することをお勧めしています。マルチモードファイバでは実効面積が大きくなるほどファイバ端面でのパワー密度は下がるので、より大きな光パワー(通常キロワットオーダ)を入射しても損傷は生じません。
フェルール・コネクタ付きファイバに関する損傷メカニズム
Click to Enlargeコネクタ付きシングルモード石英ファイバに入力可能なパワー処理限界値(概算)を示したグラフ。各線はそれぞれの損傷メカニズムに応じたパワーレベルの推定値を示しています。 入力可能な最大パワーは、損傷メカニズムごとに制限されるパワーのうちの一番小さな値(実線で表示)によって制限されます。
コネクタ付きファイバのパワー処理能力に関しては、ほかにも考慮すべき点があります。ファイバは通常、エポキシ接着剤でセラミック製またはスチール製のフェルールに取り付けられています。光がコネクタを通してファイバに結合されると、コアに入射せずにファイバを伝搬する光は散乱されてファイバの外層からフェルール内へ、さらにフェルール内でファイバを保持する接着剤へと伝搬します。光の強度が大きいとエポキシ接着剤が焼け、それが蒸発して残留物がコネクタ端面に付着します。これによりファイバ端面に局所的に光を吸収する部分ができ、それに伴って結合効率が減少して散乱が増加するため、さらなる損傷の原因となります。
エポキシ接着剤に関連する損傷は、いくつかの理由により波長に依存します。一般に、光の散乱は長波長よりも短波長で大きくなります。短波長用のMFDの小さなシングルモードファイバへの結合時には、ミスアライメントに伴ってより多くの散乱光が発生する可能性があります。
エポキシ樹脂が焼損するリスクを最小に抑えるために、ファイバ端面付近のファイバとフェルール間にエポキシ接着剤の無いエアギャップを有するファイバーコネクタを構築することができます。当社の高出力用マルチモードファイバーパッチケーブルでは、このような設計のコネクタを使用しております。
複数の損傷メカニズムがあるときのパワー処理限界値を求める方法
ファイバーケーブルまたはファイバ部品において複数の損傷要因がある場合(例：ファイバーパッチケーブル)、入力可能なパワーの最大値は必ずファイバ部品構成要素ごとの損傷閾値の中の一番小さな値により決まります。この値が一般的にはパッチケーブルの端面に入射可能な最大のパワーを表します(出力パワーではありません)。
右のグラフは、シングルモードパッチケーブルにおけるファイバ端面での損傷とコネクタでの損傷に伴うパワー処理限界の推定値を例示しています。 ある波長におけるコネクタ付きファイバの総合的なパワー処理限界値は、その波長に対する2つの制限値の小さい方の値(実線)によって制限されます。488 nm付近で使用しているシングルモードファイバは主にファイバ端面の損傷(青い実線)によって制限されますが、1550 nmで使用しているファイバはコネクタの損傷(赤い実線)によって制限されます。
マルチモードファイバの実効面積はコア径で定義され、シングルモードファイバの実効面積より大きくなります。その結果、ファイバ端面のパワー密度が小さくなり、大きな光パワー(通常キロワットオーダ)を入射してもファイバに損傷は生じません(グラフには表示されていません)。しかし、フェルール・コネクタの損傷による限界値は変わらないため、マルチモードファイバが処理できる最大パワーはフェルールとコネクタによって制限されることになります。
上記の値は、取り扱いやアライメントが適切で、それらによる損傷が生じない場合のパワーレベルです。また、ファイバはここに記載されているパワーレベルを超えて使用されることもあります。しかし、そのような使い方をする場合は一般に専門的な知識が必要で、まずローパワーでテストして損傷のリスクを最小限に抑える必要があります。その場合においても、ハイパワーで使用するファイバ部品は消耗品と捉えた方が良いでしょう。
ファイバ内の損傷閾値
空気/ガラス界面で発生する損傷に加え、ファイバのパワー処理能力はファイバ内で発生する損傷メカニズムによっても制限されます。この制限はファイバ自体が本質的に有するもので、すべてのファイバ部品に適用されます。ファイバ内の損傷は、曲げ損失による損傷とフォトダークニングによる損傷の2つに分類されます。
曲げ損失
ファイバが鋭く曲げられると、コア内を伝搬する光がコア/クラッド界面において反射する際に、その反射角が全反射臨界角よりも大きくなります。曲げ損失は、このように内部全反射ができなくなることにより生じる損失です。このような状況下では、光はファイバから局所的に漏れだします。漏れる光のパワー密度は一般に大きく、ファイバのコーティングや補強チューブが焼損する可能性があります。
特殊ファイバに分類されるダブルクラッドファイバは、コアに加えてファイバのクラッド(2層目)も導波路として機能するため、曲げ損失による損傷のリスクが抑えられます。クラッドと被覆の界面の臨界角をコアとクラッドの界面の臨界角より大きくすることで、コアから漏れた光はクラッド内に緩く閉じ込められます。その後、光はセンチメートルからメートルオーダーの距離に渡って漏れ出しますが、局所的ではないため損傷リスクは最小に留められます。当社ではメガワットレベルの大きなパワーにも対応するNA 0.22のダブルクラッドマルチモードファイバを製造、販売しております。
フォトダークニング
もう1つのファイバ内の損傷メカニズムとして、特にコアにゲルマニウムが添加されたファイバをUVや短波長の可視光で使用した時に起こるフォトダークニングまたはソラリゼーションがあります。これらの波長で使用されたファイバは時間の経過とともに減衰量が増加します。 フォトダークニングが発生するメカニズムはほとんど分かっていませんが、その現象を緩和するファイバはいくつか開発されています。例えば、水酸イオン(OH)が非常に低いファイバはフォトダークニングに耐性があることが分かっています。またフッ化物などのほかの添加物もフォトダークニングを低減させる効果があります。
しかし、上記の対応をとったとしても、UV光や短波長に使用したファイバはいずれフォトダークニングが生じます。よってこれらの波長で使用するファイバは消耗品としてお考えください。
光ファイバの準備ならびに取扱い方法
一般的なクリーニングならびに操作ガイドライン
この一般的なクリーニングならびに操作ガイドラインはすべてのファイバ製品向けにお勧めしております。さらに付属資料やマニュアルに記載された個々の製品に特化したガイドラインも遵守してください。損傷閾値の計算は、すべてのクリーニングおよび取扱い手順に適切に従ったときにのみ適用することができます。
(コネクタ付き、またはファイバ素線に関わらず)ファイバを設置または組み込む前に、すべての光源はOFFにしてください。これにより、損傷の可能性のあるコネクタまたはファイバの脆弱な部分に集光されたビームが入射しないようにすることができます。
ファイバやコネクタ端面の品質がファイバのパワー処理能力に直結します。ファイバを光学系に接続する前に必ずファイバ端を点検してください。端面はきれいで、入射光の散乱を招く汚れや汚染物質があってはなりません。ファイバ素線は使用前にクリーブし、クリーブの状態が良好であることを確認するためにファイバ端面の点検をしてください。
ファイバを光学系に融着接続する場合、ハイパワーで使用する前にまずローパワーで融着接続の状態が良いことを確認してください。融着接続の品質が良くないと接続面での散乱が増え、ファイバ損傷の原因となる場合があります。
システムのアライメントや光結合の最適化などの作業はローパワーで行ってください。これによりファイバの(コア以外の)他の部分の露光が最小に抑えられます。ハイパワーのビームがクラッド、被覆またはコネクタに集光された場合、散乱光による損傷が発生する可能性があります。
ハイパワーでファイバを使用するための要点
光ファイバやファイバ部品は一般には安全なパワー限界値内で使用する必要がありますが、アライメントや端面のクリーニングがとても良い理想的な条件下では、ファイバ部品のパワー限界値を上げることができる場合があります。入力または出力パワーを増加させる前に、システム内のファイバ部品の性能と安定性を確認し、またすべての安全ならびに操作に関する指示に従わなければなりません。下記はファイバ内またはファイバ部品内の光パワーをの増大させること加を検討していするときに役立つご提案です。
ファイバースプライサを使用してファイバ部品をシステムに融着接続すると、空気/ファイバ界面での損傷の可能性を最小化できます。品質の高い融着接続が実現されるよう、すべて適切なガイドラインに則って実施する必要があります。融着接続の状態が悪いと、散乱や融着接続面での局所的な加熱などが発生し、ファイバを損傷する可能性があります。
ファイバまたはファイバ部品の接続後、ローパワーでシステムのテストやアライメントを実施してください。システムパワーを必要な出力パワーまで徐々に上昇させ、その間、定期的にすべての部品が適切にアライメントされ、結合効率が入力パワーによって変動していないことを確認します。
ファイバを鋭く曲げると曲げ損失が発生し、ファイバのストレスを受けた部分から光が漏れる可能性があります。ハイパワーで使用している時は、大量の光が小さな局所領域(歪みのある領域)から流出すると局所的に加熱され、ファイバが損傷する可能性があります。使用中はファイバの曲げが生じないよう配慮し、曲げ損失を最小限に抑えてください。
また、用途に適したファイバを選ぶことも損傷防止に役立ちます。例えば、ラージモードエリアファイバは、標準的なシングルモードファイバをハイパワー光用として用いる場合の良い代替品となります。優れたビーム品質を有しながらMFDも大きいため、空気/ファイバ界面でのパワー密度は小さくなります。
ステップインデックスシングルモード石英ファイバは、一般にUV光やピークパワーの大きなパルス光には使用しませんが、これはその用途に伴う空間パワー密度が大きいためです。
| Posted Comments: | |
Cristina Amaya Mendez
(posted 2024-11-15 13:23:41.25) Dear Thorlabs team,
I would like to know information about the core and cladding index of the SM1950 fiber, for 1950 nm.
Thank you in advance! EGies
(posted 2024-11-18 12:36:16.0) Thank you for contacting Thorlabs. We have reached out to you directly regarding the refractive index info for SM1950. |
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