光纖為何會(huì )損傷?淺談一下光纖損傷閾值 - 筱曉小課堂

光導纖維，簡(jiǎn)稱(chēng)光纖，其主要成分是高純度的石英玻璃（SiO2）。在激光系統中被廣泛應用于光信號傳輸。相較于空間光傳輸系統，光纖使得激光傳輸更加穩定，降低了系統維護成本。然而，光纖對于輸入功率有一定的承受限度。在激光系統中，光纖作為激光的載體，是激光致傷的主要部件，超過(guò)損傷閾值的光功率會(huì )對光纖造成損傷。

激光誘導損傷閾值（LIDT）

激光誘導損傷閾值（LIDT）是光纖在激光作用下所能承受的最大光功率密度，是衡量光纖傳輸能力的重要因數。

一般而言，損傷閾值包括理論損傷和實(shí)際損傷閾值。理論損傷閾值是在耦合條件和端面條件都非常好的情形下，保證光纖不被損壞的最大光功率密度；實(shí)際損傷閾值是指實(shí)際實(shí)驗條件中光纖端面可能存在污損、耦合條件也并不理想的情形下，光纖所能承受的最大光功率密度。

空氣—玻璃界面損傷

實(shí)驗結果表明，光纖損傷主要發(fā)生在入射面處，例如空氣—玻璃界面。利用琺蘭接通兩根光纖時(shí)，激光會(huì )從第一根光纖的端面中射出，經(jīng)過(guò)空氣層入射到下一根光纖的端面上。光功率過(guò)高時(shí)，可能會(huì )損壞光纖端面。

下表給出了空氣—玻璃界面的理論損傷閾值和“實(shí)際安全水平"

空氣—玻璃界面損傷閾值:

如何估算光纖端面適用的功率水平

以單模光纖為例，光通過(guò)光纖的橫截面積稱(chēng)為有效面積，包括纖芯以及部分包層。有效面積可以通過(guò)模場(chǎng)直徑（MFD）計算得出。

例如，SMF-28E+康寧單模通信光纖在1260nm下工作的模場(chǎng)直徑（MFD）大約9.2 µm，那么它的有效面積為：

S=Pi×(MFD/2)2≈3.14×(9.2/2)2=66.44μm2=6.644×10-7cm2

相關(guān)產(chǎn)品

CSMF-28E+康寧單模通信光纖 截至波長(cháng) 1260nm 纖芯直徑 8.2um

FOC-2.5/1.25/2.0 光纖清潔筆

將功率密度與效面積相乘，即可估算出光纖端面適用的功率水平。值得注意的是，此計算假設的是光束具有均勻的強度分布，但其實(shí)，單模光纖中的大多數激光束都是高斯形狀，使得光束中心的密度比邊緣處更高，因此，這些計算值將略高于損傷閾值或實(shí)際安全水平對應的功率。

與插芯相關(guān)的損傷

此外光纖一般通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘合到陶瓷插芯中，當光功率過(guò)高時(shí)，沒(méi)有進(jìn)入纖芯并在光纖中傳播而散射到光纖的外層，會(huì )產(chǎn)生足夠將環(huán)氧樹(shù)脂融化的熱量。

除了空氣玻璃界面的損傷機制外，光纖本身還存在兩種損傷，包括彎曲損耗和光暗化損傷。

彎曲損耗

光在纖芯內傳播入射到纖芯包層界面的角度大于臨界角會(huì )使其無(wú)法全反射，光在某個(gè)區域就會(huì )射出光纖，這時(shí)候就會(huì )產(chǎn)生彎曲損耗。射出光纖的光一般功率密度較高，會(huì )燒壞光纖涂覆層和周?chē)乃商坠堋?/span>

光暗化

光纖內的第二種損傷機制稱(chēng)為光暗化，隨著(zhù)曝光時(shí)間的增加，光纖內的衰減也會(huì )增加。光暗化經(jīng)常發(fā)生在紫外或短波長(cháng)可見(jiàn)光。

在使用光纖進(jìn)行實(shí)驗前，需要利用端面檢測儀檢查光纖端面是否存在污損。下面兩張圖分別為被激光損壞的端面和未被損傷的端面。

在使用光纖產(chǎn)品時(shí)，只有遵守了所有恰當的清潔和操作規范，損傷閾值的計算才會(huì )適用。