非零色散位移光纤

特性

适合C波段(1530 -1565 nm)的应用

1550 nm下的色散为-4.0
ps/nm•km

1550 nm下的衰减≤0.210dB/km

应用

通信

色散管理

波分复用器

Thorlabs的DCF4非零色散位移光纤在1530 nm- 1565 nm(C波段)具有低衰减和接近零色散的性能。与标准的单模光纤相比，DCF4光纤在1550 nm下的负色散低(-4.0
ps/nm•km)，因此可以有效解决短光纤或中等长度光纤传输时的色散问题。对于低色散的系统，可以使用具有正色散的其他短光纤来补偿DCF4的色散，比如SMF-28 Ultra(大约使用1/4的DCF4光纤长度)。由于零色散波长偏离C波段，因此大程度地减小了光纤工作范围内的四波混频效应(有关详细信息，请看色散教程标签)。DCF4光纤的有效面积较大(65
µm2)，可以传输高光功率的信号，且不会产生明显的非线性效应。

a.



请注意，该光纤不适合水下应用。

b.



给出的这些规格是标称值。

c.



指定在1550 nm下

色散教程

光纤中的色散

色散是光纤中不同波长的光以不同速度传播的一种特性。色散是波长的函数，被定义为材料和波导色散的总和。材料色散是由于材料的折射率随波长的变化而产生的，这改变了与波长呈函数关系的光的传播速度。

波导色散是由光纤波导的几何形状引起的一种效应。波导特性是波长的函数；因此，改变波长会影响光在单模光纤中的引导方式，从而改变光在包层和纤芯中的分布。色散可以定义为：

Dispersionchromatic(λ) =
Dispersionmaterial(λ) +
Dispersionwaveguide(λ)

由于材料色散和波导色散与波长相关，因此光纤中的色散与波长呈函数关系。色散斜率，即dD/dλ，可以是正值、负值或零。

如图1所示，对于标准的阶跃折射率单模光纤而言，材料色散和波导色散在1310nm下的和为零，因此1310nm是零色散波长(ZDW)。

图1:阶跃折射率SM光纤在1.31
μm下波导色散补偿色散，从而产生零色散。

色散位移光纤

对于标准的阶跃折射率单模光纤而言，零色散波长接近1310 nm。通过修改光纤的波导结构，波导色散可以向上或向下移动，从而将ZDW移向更长或更短的波长，如图2所示。通常，如果ZDW移动到1550 nm，则光纤称为色散位移光纤。

非零色散位移光纤

将ZDW移动到1550 nm并不总是好的办法。当多个光学通道以色散非常接近于零的波长通过同一光纤时，它们会受到一种称为四波混频的串扰，使得衰减非常严重，以至于色散位移光纤不能用于密集波分复用系统。为了避免四波混频，ZDW被移动到传输频带之外，如图3所示。具有这种特性且在C波段非零色散的光纤称为非零色散位移光纤。虽然大程度地减小了色散，但它仍然存在。

Thorlabs提供的DCF4非零色散位移光纤适合多种应用，包括WDM系统。虽然不是作为主要用途，但可以将DCF4光纤集成到系统中，以补偿不必要的色散。

图2:增加波导色散，光纤的零色散波长移动到了1.55 µm。

色散补偿光纤

由于光纤中的色散是不可避免的，可以将色散补偿光纤结合到光学系统中，以抵消或补偿标准单模光纤的色散。这些光纤的负色散大于标准单模光纤的负色散。由于标准光纤的色散斜率通常为正值，因此负色散斜率能够有效消除较大波长范围内的色散。一般而言，短的色散补偿光纤被熔接到较长的标准光纤上，以补偿色散。

图3:图中只显示了总色散。

损伤阀值

激光诱导的光纤损伤

以下教程详述了无终端(裸露的)、有终端光纤以及其他基于激光光源的光纤元件的损伤机制，包括空气-玻璃界面(自由空间耦合或使用接头时)的损伤机制和光纤玻璃内的损伤机制。诸如裸纤、光纤跳线或熔接耦合器等光纤元件可能受到多种潜在的损伤(比如，接头、光纤端面和装置本身)。光纤适用的大功率始终受到这些损伤机制的小值的限制。

虽然可以使用比例关系和一般规则估算损伤阈值，但是，光纤的绝损伤阈值在很大程度上取决于应用和特定用户。用户可以以此教程为指南，估算大程度降低损伤风险的安全功率水平。如果遵守了所有恰当的制备和适用性指导，用户应该能够在指定的大功率水平以下操作光纤元件；如果有元件并未指定大功率，用户应该遵守下面描述的"实际安全水平"该，以安全操作相关元件。可能降低功率适用能力并给光纤元件造成损伤的因素包括，但不限于，光纤耦合时未对准、光纤端面受到污染或光纤本身有瑕疵。关于特定应用中光纤功率适用能力的深入讨论，请联系技术支持techsupport-cn@thorlabs.com。

空气-玻璃界面的损伤

空气/玻璃界面有几种潜在的损伤机制。自由空间耦合或使用光学接头匹配两根光纤时，光会入射到这个界面。如果光的强度很高，就会降低功率的适用性，并给光纤造成**性损伤。而对于使用环氧树脂将接头与光纤固定的终端光纤而言，高强度的光产生的热量会使环氧树脂熔化，进而在光路中的光纤表面留下残留物。

损伤的光纤端面

未损伤的光纤端面

裸纤端面的损伤机制

光纤端面的损伤机制可以建模为大光学元件，紫外熔融石英基底的工业标准损伤阈值适用于基于石英的光纤(参考右表)。但是与大光学元件不同，与光纤空气/璃界面相关的表面积和光束直径都非常小，耦合单模(SM)光纤时尤其如此，因此，对于给定的功率密度，入射到光束直径较小的光纤的功率需要比较低。

右表列出了两种光功率密度阈值：一种理论损伤阈值，一种"实际安全水平"。一般而言，理论损伤阈值代表在光纤端面和耦合条件非常好的情况下，可以入射到光纤端面且没有损伤风险的大功率密度估算值。而"实际安全水平"功率密度代表光纤损伤的低风险。超过实际安全水平操作光纤或元件也是有可以的，但用户必须遵守恰当的适用性说明，并在使用前在低功率下验证性能。

计算单模光纤和多模光纤的有效面积单模光纤的有效面积是通过模场直径(MFD)定义的，它是光通过光纤的横截面积，包括纤芯以及部分包层。耦合到单模光纤时，入射光束的直径必须匹配光纤的MFD，才能达到良好的耦合效率。

例如，SM400单模光纤在400 nm下工作的模场直径(MFD)大约是Ø3 µm，而SMF-28 Ultra单模光纤在1550 nm下工作的MFD为Ø10.5 µm。则两种光纤的有效面积可以根据下面来计算：

SM400 Fiber:Area= Pi x (MFD/2)2
= Pi x (1.5µm)2
= 7.07 µm2= 7.07 x 10-8cm2
SMF-28 Ultra Fiber:
Area = Pi x (MFD/2)2
= Pi x (5.25 µm)2= 86.6 µm2= 8.66 x 10-7cm2

为了估算光纤端面适用的功率水平，将功率密度乘以有效面积。请注意，该计算假设的是光束具有均匀的强度分布，但其实，单模光纤中的大多数激光束都是高斯形状，使得光束中心的密度比边缘处更高，因此，这些计算值将略高于损伤阈值或实际安全水平对应的功率。假设使用连续光源，通过估算的功率密度，就可以确定对应的功率水平：

SM400 Fiber:
7.07 x 10-8cm2x 1MW/cm2= 7.1 x10-8MW =71
mW
(理论损伤阈值)
7.07 x 10-8cm2x 250 kW/cm2= 1.8 x10-5kW = 18
mW
(实际安全水平)

SMF-28 Ultra
Fiber:
8.66 x 10-7cm2x 1MW/cm2= 8.7 x10-7MW =870mW
(理论损伤阈值)

8.66 x 10-7cm2x 250 kW/cm2= 2.1 x10-4kW =210
mW
(实际安全水平)

多模(MM)光纤的有效面积由纤芯直径确定，一般要远大于SM光纤的MFD值。如要获得佳耦合效果，Thorlabs建议光束的光斑大小聚焦到纤芯直径的70 - 80%。由于多模光纤的有效面积较大，降低了光纤端面的功率密度，因此，较高的光功率(一般上千瓦的数量级)可以无损伤地耦合到多模光纤中。