光纤直径的技术属性与特种光纤尺寸的极限

文摘   2024-07-19 17:00   湖北  

光纤作为现代通信技术、传感技术和激光技术的重要组成部分,其直径不仅决定了光纤的基本导光能力,还直接影响传输性能、熔接便捷性、工程应用强度等多个方面。

光纤直径的分类确实是一个涉及精密技术与广泛应用领域的议题:


微纳光纤(Micro/Nano Fiber)


定义与特性:微纳光纤顾名思义,直径通常处于微米(μm)至百纳米(nm)量级,是光纤技术向微小化、集成化方向发展的重要成果。光在这类光纤为基材的传输中,模式存在很强的表面模,一般还会存在2个渐变区。微纳光纤的衰减较大,尤其是未进行封装的器件衰减尤为明显、但是这种现象使得光纤对外界的环境更加的敏感。不太合适长距离使用,是传感器件的良好原材料。



https://doi.org/10.1016/j.isci.2019.100810


传感应用:如生物传感器、化学传感器及光电子集成器件,用于实现高灵敏度的光信号检测与处理。此外,它们还广泛应用于量子光学、非线性光学以及微纳光子学等领域,为这些前沿科技提供了关键的基础元件。


小直径光纤(≤80μm)


定义与特性:这类光纤直径较小,通常不超过80微米,因此具有较低的弯曲损耗和较高的抗弯折能力,同时能够保持较高的信息传输效率。


https://www.holightoptic.com/what-is-pm-polarization-maintaining-fiber%EF%BC%9F/


技术应用:在通信领域,小直径光纤被应用于高密度光纤布线系统、光纤到户(FTTH)以及高速数据传输网络。


此外,在医疗设备中,如内窥镜、光纤手术刀等,也常采用小直径光纤以实现精准的光学引导和能量传输。


小型化的光纤陀螺器件,也需要干涉环尺寸塌缩,因此细径甚至极细径光纤将是光纤陀螺干涉环的首选。


标准直径光纤(125μm)


定义与特性:标准直径光纤,即包层直径为125微米的光纤,是光纤通信领域中最为常见的类型。它平衡了传输效率、制造成本和安装便利性,是构建大规模光纤通信网络的基础。


https://www.ofsoptics.com/how-to-speak-fiber-geek-article-4-single-mode-fiber-geometries/


技术应用:广泛应用于长途通信、数据中心互联、局域网(LAN)以及光纤传感等多个领域。这类光纤不仅支持高速、大容量的数据传输,还具有良好的兼容性和稳定性,满足了不同场景下的应用需求。


大直径光纤(125μm~500μm)


定义与特性:大直径光纤的直径介于标准光纤与棒状光纤之间,主要用于需要更高功率激光传输或特殊光学成像的场合。其较大的芯径能有效降低激光传输过程中的热效应和非线性效应。


https://www.rp-photonics.com/large_mode_area_fibers.html


技术应用:在激光加工、激光焊接、高功率激光传输系统中,大直径光纤扮演着关键角色。同时,它们也被用于光学成像系统,如内窥镜、显微镜等,以提高成像质量和光收集效率。


棒状光纤(>500μm)


定义与特性:棒状光纤的直径显著大于传统光纤,可达数毫米甚至数十毫米,但长度相对较短。这类光纤专为高功率激光传输设计,能够承受极高的能量密度而不发生损坏。


https://doi.org/10.1038/lsa.2012.8


技术应用:主要应用于工业激光加工、激光切割、激光焊接以及大型科研实验中的高功率激光传输。其特殊的设计使得光能在长距离传输过程中保持较高的能量密度和稳定性,满足了对高功率激光传输的特殊需求。


小结

光纤的直径参数是光电子应用过程中需要关注的一个重要参数其选择需根据场景和需求进行权衡不过,光纤产品更为重要的指标是纤芯和模式的匹配性。特种光纤这种以定制为主的产品,还存在多芯光纤、方形芯光纤、空芯光纤等等不同纤芯的结构,很难找到一个统一的标准来衡量。外部的直径比较直观和简单(也是一种偷懒)。



特种光纤在外观、光学性能、强度等多个方面的探索不断助力着各个领域的创新和发展。


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