小海说：光纤的那些事 | 量子荧光|微型光纤光谱仪-ag贵宾会

光纤，是待测光信号与光谱仪间的重要桥梁。在我们光信号的捕捉过程中，扮演着重要角色。因此，如何选择一根合适的光纤尤为重要。

今天，我们就来聊一聊光纤的那些事。

光纤的来历

光纤是光导纤维的简称，其核心部分由圆柱形玻璃纤芯和包层构成，最外层是一种弹性耐磨的护套保护层。纤芯的粗细、纤芯的折射率n1和包层的折射率n2，对光纤的传光特性有决定性的影响。

根据snell定律，当光从一种介质进入另一种介质时，传播方向会发生改变，且满足下式：
n1sinα1=n2sinα2，
其中α1为入射角，α2为折射角。n1为第一种介质的折射率，n2为第二种介质的折射率。
当α2=90°时，光线不再进入第二种介质，当入射角再增大时，光能量将全部返回第一种介质，这种现象称为全反射。光在光纤中就是以全反射的形式传播的，正因如此，在制作光纤时，必须使得纤芯材料的折射率大于包层的折射率。

光纤结构

光纤分解

小身体，大能量

一根小小的光纤，不仅包含了多种结构和种类，还有更多值得探索的知识。

数值孔径na

光纤的数值孔径na是表示光纤收光能力的一个物理量，决定了光纤可接收或发射角度的大小范围。

其中n为光在空气中的折射率，αmax为收光角的半角，n1为纤芯的折射率，n2为包层的折射率。

海洋光学大多数光纤的数值孔径na都为0.22（如下表所示），若光纤处于真空或空气中，光纤的发散半角即全反射角为αmax=12.7°（全角大约25.4°）。

波段范围

不同的波段范围对应不同的纤芯材料，海洋光学的光纤波段可覆盖总范围为180-6000 nm。下图为海洋光学光纤及适用波段范围对照表。

外包材

外包材对光纤主要起保护作用，在实际应用中，我们需要根据不同的测试环境来选择不同的光纤外包材料。海洋光学光纤外包材有硅胶、pvc、不锈钢等材质可定制选择。

弯曲半径

光纤的弯曲半径分为动态弯曲半径与静态弯曲半径。海洋光学的光纤动态弯曲半径一般不得小于外径的200倍。静态弯曲半径一般不得小于外径的400倍。

ltbr（静态弯曲半径）：存放条件下的最小弯曲半径

stbr（动态弯曲半径）：使用或者操作时的最小弯曲半径

分叉光纤

海洋光学分叉光纤有splitter及bif两款。splitter分叉光纤由三根光纤组成一边两根光纤，一边一根光纤，中间由耦合器连接。bif光纤由两根光纤组成。公共端为两根光线并列的光纤，另一端是两根光纤分为两路，两输出端的光纤长度可一致也可不一致。

选型指导

波段范围

选择光纤的波段范围时要明确关注的光信号落在什么波段。紫外波段选用-uv-vis，近红外波段选用-vis-nir，全波段选用-sr。当应用场景需长时间紫外光辐照时，选用抗紫外老化光纤-xsr系列。因为光的波长越短，其光波能量越高。因此在长时间紫外光辐照下，光纤的老化会很快。

xsr光纤与普通光纤衰减图

xsr全称是extreme solarization resistant，xsr系列光纤在180-400nm范围内衰减比普通光纤低很多，原因是xsr系列光纤采用的是氟掺杂石英覆层，氟化物涂层对其在紫外波段有很好的抗老化作用，而普通光纤采用的则是玻璃覆层。

*1db的衰减约为21%的透过率损失

xsr光纤对比测试

即使同为xsr也会有所区别，我们使用海洋光学的xsr系列光纤与市面上同款标称紫外抗老化光纤进行对比测试，光源通过光纤直接连接光谱仪，光谱仪积分时间6700μs，每1分钟采集一次，共采集3小时。

测试条件相同，下图为其他公司与海洋xsr系列光纤在各个波长下3个小时所有响应值的标准偏差数据图。从图中可看出，在200-266nm波段范围内，其他公司产品的信号最大标准偏差是海洋的约5倍。这说明在这个波段内，3小时的信号波动非常大。

接下来，我们“放大”数据，看看在210nm处到发生了什么，我们观察这个波长点连续测试3小时响应值变化数据（即稳定性，影响稳定性测试的因素有光谱仪、光源及光纤等）。从图中可看出，不同光纤测试数据看起来非常不同，无论从下降幅度和下降趋势上，海洋光学xsr光纤的数据较为稳定，而另外一个光纤的数据就没有那么尽如人意了（3小时内共下降了约18%）。

我们还发现，这个衰减的过程并非是永久的，而是每次使用都会出现的现象。因此，在一些实际紫外应用中，如环保行业中的大气污染成分检测仪，或是生物行业的紫外检测应用。若每次点亮光源都要等待3个小时才能获得稳定的测试数据，这对测量来说是个巨大的挑战，用户可以通过频繁的采样参考来提高一些稳定性，但是仍旧无法消除固有的系统稳定性问题。
同时，通常普通紫外光源的寿命为1000小时左右，每次3小时的预热时间对光源的寿命来说也是不小的挑战。从光源使用效率还是从生产效率角度来看，用一根更稳定的光纤，都是大有裨益的。
因此，对于紫外波段尤其是深紫外的系统搭建来说，海洋的xsr系列光纤可以说是不二之选。

外包材

外包材对于光纤主要起保护作用，因此如何选择外包材和实验环境息息相关。普通在实验室使用的光纤选择硅胶外包材即可，但实验环境超过100℃时我们要使用-bx铠装外包材以保护光纤。
在野外测试时，也推荐使用-bx外包材光纤。因为野外长时间辐照对硅胶材料有影响。此外，野外情况多变，-bx包材可很好的保护光纤避免其折断。

模式选择

光纤分为单模和多模，在选择时首先要明确测试环境需要的是单模还是多模光纤。如何判别呢？答案很简单，通常在实验室做的一些光学实验，如测透射、反射、吸收、荧光、拉曼等光谱时，选用的是多模光纤。对于单模光纤，其芯径通常为8μm或10μm，主要应用于通信数据的传输。

海洋光学单模光纤参数

分叉光纤

海洋光学有splitter及bif两种分叉光纤，splitter型分叉光纤可实现将不同路径的光耦合到一根光纤然后再传输至光谱仪或样品，同时使两种不同光源的混合光或两个不同样品的混合光进入同一光谱仪。但由于节点处的连接耦合差异，splitter分叉光纤与bif分叉光纤相比，传输透过率会低很多，因此其芯径通常较大。

bif分叉光纤适用于同一光源的光输出到不同光谱仪或样品的情况，也适用于从样品处获得光谱通过分叉出来的两端连接至两个不同性能的光谱仪。

光纤番外篇

1.光线上的代码

光纤上的代码包含了芯径、长度、波段范围及外包材料等信息。

2. 脆弱的光纤

光纤的纤芯由玻璃材料构成，芯径只有几百微米，非常易断。那么如何判断光纤有没有断裂呢？

将光纤的一端对着日光灯，用眼睛看另一端，如果它是明亮的，则说明没有断裂；如果它是暗的，则表明已经断裂。

  
避断指南：

* 避免在光纤上面施加异常应力

* 不同芯径的光纤有不同的弯曲半径，在测量时应避免将光纤弯折过度

光纤的那些事到这里就讲完啦，大家在选择或使用还有什么问题，欢迎拨打4006232690，我们将一一为你解答~

海洋光学的光纤长度均可定制。因此对于一些oem客户或是能提前确定光纤长度的客户，购买时完全可根据您所需要的距离来定制合适长度的光纤。