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非線形フォトニック結晶ファイバ


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非線形フォトニック結晶ファイバ

高非線形フォトニック結晶ファイバ、800 nm励起レーザ用

用途

  • 周波数測定用のスーパーコンティ二ウム光発生、分光法、光コヒーレンストモグラフィ(Ti:サファイア、Nd(3+) マイクロチップ)
  • スイッチング用途(4光波混合や自己位相変調利用)、パルス成形および波長変換用途
  • ラマン増幅

特長

  • ゼロ分散波長:800~890 nm
  • コア径:2.4~3.3 µm
  • 非線形係数:37.52~70(W·km)-1
  • 疑似ガウシアンモードプロファイル
  • 純粋石英のコアおよびクラッド
  Optical Fiber Manufacturing

これらの高非線形フォトニック結晶ファイバは大きなエアホールに囲まれた小さな固体石英コアの中で光を伝搬させます。これらの構造が持つ光学的特性は、エア中で束ねられたガラス製ロッドと類似しており、光は内部に確実に封じ込められます。そしてこの特長によって非線形の係数は高くなります。 適切なコア径を選ぶことで、可視域から近赤外域のスペクトルでゼロ分散波長が選択できます。その結果、これらのファイバは、Ti:サファイアや半導体レーザによって励起されたNd(3+)を利用したスーパーコンティ二ウム光の発生、そして光スイッチや信号処理の用途に適した製品となっています。

λ0は、非線形フォトニック結晶ファイバ用のゼロ分散波長

光学特性

Item #λ0Dispersion SlopeaAttenuationMFDa,bNAa,cEffective
Nonlinear
Area
Nonlinear
Coefficienta
NL-2.4-800 800 ± 5 nm 0.55 ps/(nm2km) λ0 <80 dB/km
1550 nm<50 dB/km
1380 nm<420 dB/km
1000 nm<60 dB/km
 600 nm<100 dB/km
1.5 ± 0.1 µm 0.19 2.8 µm2 70 (W·km)-1
NL-2.8-850-02 850 ± 5 nm 0.48 ps/(nm2km) λ0<10 dB/km
1550 nm<6 dB/km
1380 nm<40 dB/km
1000 nm<10 dB/km
 600 nm<17 dB/km
1.9 ± 0.1 µm 0.38 3.97 µm2 46.6 (W·km)-1
NL-3.3-890-02 890 ± 5 nm 0.33 ps/(nm2km) λ0 <10 dB/km
1550 nm<5 dB/km
1380 nm<40 dB/km
1000 nm<10 dB/km
 600 nm<20 dB/km
2.1 ± 0.1 µm 0.35 4.76 µm2 37.52 (W·km)-1

 

物理的特性

Item #Core
Diameter
PitchAir Fill in
Holey Region
Diameter of
Holey Region
Diameter of Outer
Silica Cladding
Fiber O.D.
NL-2.4-800 2.4 μm 2.9 μm >90% 27 μm 105 μm 230 μm
NL-2.8-850-02 2.8 μm 2.7 μm >88% 28 μm 136 μm 220 μm
NL-3.3-890-02 3.2 μm 3.1 μm >88% 32 μm 154 μm 220 μm

a  λ0Mで測定
b Mode Field Diameter(モードフィールド径)
c Numerical Aperture(開口)

スーパーコンティ二ウム光発生とは、スペクトルを実質的に拡大させる多くの非線形効果を含みます。 このような非線形効果の例としては、ラマン散乱、自己位相変調やソリトン効果があります。スーパーコンティ二ウムスペクトルは、通常は高出力短パルス(フェムト秒レベル)を、非線形特性を持つ媒体に入射することで得られます。フォトニック結晶ファイバの分散特性については、特定の波長範囲でのスーパーコンティ二ウム光の発生が容易に行えるように調整することができるので、非線形フォトニック結晶ファイバはその目的に適した媒体であると言えます。

スーパーコンティ二ウム(SC)光源は、レーザ光源の高い輝度と高い空間的コヒーレンス、そして広いスペクトル帯域を兼ね備えた新しいタイプの光源です。これらの特性により、信号対ノイズ比の大幅な向上、測定時間の短縮、広帯域光源を必要とする用途での広いスペクトル範囲が提供されます。用途の例としては、高分解能分光計、光学部品の特性測定や光コヒーレンストモグラフィ (OCT)があります。レーザからの狭帯域出力をSC光に変換する非線形光プロセスは複雑ですが、そのプロセスの実現は非常に分かりやすい形で確認できます。必要となるのは、高いピークパワーのレーザと適切な分散特性を持つ非線形素子のみです。大きなパワー密度を実現し、比較的低損失で、1250 nm未満の波長でゼロ分散を実現できるため(これは従来型のファイバでは実現不可能) 、コア径の小さなフォトニック結晶ファイバは、SC光源の非線形素子に適した製品となっています。NKT Photonics社は、フェムト秒Ti:サファイアレーザとの併用に適した小径コアファイバ(NLシリーズのファイバ)、そして小型で低コストの Nd3+-YAGマイクロチップレーザの出射光からSC光を生成する特殊設計のファイバ(SC-5.0-1040) を製造しています。詳細については、下記のリンク先にある取扱に関する一般的注意事項をご参照下さい。

スーパーコンティ二ウム光を発生させるためにファイバを選択するとき、ファイバのゼロ分散波長と励起特性の関係が最も重要な特性となります。下の表では、フェムト秒レーザ光源を使用してフォ トニック結晶ファイバを励起する際の一般的なガイドラインが提示してあります。また下記のPDFファイルには、NLシリーズのフォトニック結晶ファイバを使用した場合の、スーパーコンティ二ウム光の発生に関する詳細を記載しています。

Pump WavelengthOutput Spectrum
Below the zero dispersion wavelength Stable, smooth and narrow spectrum
At the zero dispersion wavelength Irregular, medium-wide and with a dip at the zero-dispersion wavelength
Above the zero dispersion wavelength Irregular and wide spectrum

 


Supercontinuum - General Application Note - Thorlabs.pdf

この取扱注意書には、NKT Photonics社からのファイバの基本的な取扱方法が記載してあり、保護コーテイングの除去方法、ファイバ結合用のファイバや先端部のクリーブ方法などについて言及してあります。この注意書は今までフォトニクス結晶ファイバを取扱った経験のない方にお役立ていただけます。

Application_Note-_Stripping_Cleaving_&_Coupling.pdf

この取扱注意書には、フォトニクス結晶 ファイバ(PCF)の融着接続をする上での一般的な注意事項が記載されています。この注意書に記載されているのは、融着接続の作業に直接関連した事項のみ となっていますので、PCFを取り扱う上での一般的注意事項は左記の取扱注意書をご参照ください。

Application Note-_Splicing_Single Mode_PCF.pdf

Laser Induced Damage in Optical Fibers

The following tutorial details damage mechanisms in unterminated (bare) and terminated optical fibers, including damage mechanisms at both the air-to-glass interface and within the glass of the optical fiber. Please note that while general rules and scaling relations can be defined, absolute damage thresholds in optical fibers are extremely application dependent and user specific. This tutorial should only be used as a guide to estimate the damage threshold of an optical fiber in a given application. Additionally, all calculations below only apply if all cleaning and use recommendations listed in the last section of this tutorial have been followed. For further discussion about an optical fiber’s power handling abilities within a specific application, contact Thorlabs’ Tech Support.

Damage at the Free Space-to-Fiber Interface

There are several potential damage mechanisms that can occur at the free space-to-fiber interface when coupling light into a fiber. These come into play whether the fiber is used bare or terminated in a connector.

Silica Optical Fiber Maximum Power Densities
TypeAbsolute ValuePractical Value
CW (Average Power)1 MW/cm2250 kW/cm2
10 ns Pulsed (Peak Power)5 GW/cm21 GW/cm2

Unterminated (Bare) Fiber
Damage mechanisms in bare optical fiber can be modeled similarly to bulk optics, and industry-standard damage thresholds for UV Fused Silica substrates can be applied to silica-based fiber (refer to the table to the right). 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, resulting in very small damage thresholds.

The effective area for SM fiber is defined by the mode field diameter (MFD), which is the effective cross-sectional area through which light propagates in the fiber. A free-space beam of light must be focused down to a spot of roughly 80% of this diameter to be coupled into the fiber with good efficiency. MFD increases roughly linearly with wavelength, which yields a roughly quadratic increase in damage threshold with wavelength. Additionally, a beam coupled into SM fiber typically has a Gaussian-like profile, resulting in a higher power density at the center of the beam compared with the edges, so a safety margin must be built into the calculated damage threshold value if the calculations assume a uniform density.

Multimode (MM) fiber’s effective area is defined by the core diameter, which is typically far larger than the MFD in SM fiber. Kilowatts of power can be typically coupled into multimode fiber without damage, due to the larger core size and the resulting reduced power density.

It is typically uncommon to use single mode fibers for pulsed applications with high per-pulse powers because the beam needs to be focused down to a very small area for coupling, resulting in a very high power density. It is also uncommon to use SM fiber with ultraviolet light because the MFD becomes extremely small; thus, power handling becomes very low, and coupling becomes very difficult.

Example Calculation
For SM400 single mode fiber operating at 400 nm with CW light, the mode field diameter (MFD) is approximately Ø3 µm. For good coupling efficiency, 80% of the MFD is typically filled with light. This yields an effective diameter of Ø2.4 µm and an effective area of 4.52 µm2:

Area = πr2 = π(MFD/2)2 = π • 1.22 µm2 = 4.52 µm2

This can be extrapolated to a damage threshold of 11.3 mW. We recommend using the "practical value" maximum power density from the table above to account for a Gaussian power distribution, possible coupling misalignment, and contaminants or imperfections on the fiber end face:

250 kW/cm2 = 2.5 mW/µm2

4.25 µm2 • 2.5 mW/µm2 = 11.3 mW

Terminated Fiber
Optical fiber that is terminated in a connector has additional power handling considerations. Fiber is typically terminated by being epoxied into a ceramic or steel ferrule, which forms the interfacing surface of the connector. When light is coupled into the fiber, light that does not enter the core and propagate down the fiber is scattered into the outer layers of the fiber, inside the ferrule.

The scattered light propagates into the epoxy that holds the fiber in the ferrule. If the light is intense enough, it can melt the epoxy, causing it to run onto the face of the connector and into the beam path. The epoxy can be burned off, leaving residue on the end of the fiber, which reduces coupling efficiency and increases scattering, causing further damage. The lack of epoxy between the fiber and ferrule can also cause the fiber to be decentered, which reduces the coupling efficiency and further increases scattering and damage.

The power handling of terminated optical fiber scales with wavelength for two reasons. First, the higher per photon energy of short-wavelength light leads to a greater likelihood of scattering, which increases the optical power incident on the epoxy near the end of the connector. Second, shorter-wavelength light is inherently more difficult to couple into SM fiber due to the smaller MFD, as discussed above. The greater likelihood of light not entering the fiber’s core again increases the chance of damaging scattering effects. This second effect is not as common with MM fibers because their larger core sizes allow easier coupling in general, including with short-wavelength light.

Fiber connectors can be constructed to have an epoxy-free air gap between the optical fiber and ferrule near the fiber end face. This design feature, commonly used with multimode fiber, allows some of the connector-related damage mechanisms to be avoided. Our high-power multimode fiber patch cables use connectors with this design feature.

Combined Damage Thresholds
As a general guideline, for short-wavelength light at around 400 nm, scattering within connectors typically limits the power handling of optical fiber to about 300 mW. Note that this limit is higher than the limit set by the optical power density at the fiber tip. However, power handing limitations due to connector effects do not diminish as rapidly with wavelength when compared to power density effects. Thus, a terminated fiber’s power handling is "connector-limited" at wavelengths above approximately 600 nm and is "fiber-limited" at lower wavelengths.

The graph to the right shows the power handling limitations imposed by the fiber itself and a surrounding connector. The total power handling of a terminated fiber at a given wavelength is limited by the lower of the two limitations at that wavelength. The fiber-limited (blue) line is for SM fibers. An equivalent line for multimode fiber would be far above the SM line on the Y-axis. For terminated multimode fibers, the connector-limited (red) line always determines the damage threshold.

Please note that the values in this graph are rough guidelines detailing estimates of power levels where damage is very unlikely with proper handling and alignment procedures. It is worth noting that optical fibers are frequently used at power levels above those described here. However, damage is likely in these applications. The optical fiber should be considered a consumable lab supply if used at power levels above those recommended by Thorlabs.

Damage Within Optical Fibers

In addition to damage mechanisms at the air-to-glass interface, optical fibers also display power handling limitations due to damage mechanisms within the optical fiber itself. Two categories of damage within the fiber are damage from bend losses and damage from photodarkening.

Bend Losses
Bend losses occur when a fiber is bent to a point where light traveling in the core is incident on the core/cladding interface at an angle higher than the critical angle, making total internal reflection impossible.Under these circumstances, light escapes the fiber, often in one localized area. The light escaping the fiber typically has a high power density, which can cause burns to the fiber as well as any surrounding furcation tubing.

A special category of optical fiber, called double-clad fiber, can reduce the risk of bend-loss damage by allowing the fiber’s cladding (2nd layer) to also function as a waveguide in addition to the core. By making the critical angle of the cladding/coating interface higher than the critical angle of the core/clad interface, light that escapes the core is loosely confined within the cladding. It will then leak out over a distance of centimeters or meters instead of at one localized spot within the fiber, minimizing damage. Thorlabs manufactures and sells 0.22 NA double-clad multimode fiber, which boasts very high, megawatt range power handling.

Photodarkening
A second damage mechanism within optical fiber, called photodarkening or solarization, typically occurs over time in fibers used with ultraviolet or short-wavelength visible light. The pure silica core of standard multimode optical fiber can transmit ultraviolet light, but the attenuation at these short wavelengths increases with the time exposed to the light. The mechanism that causes photodarkening is largely unknown, but several strategies have been developed to combat it. Fibers with a very low hydroxyl ion (OH) content have been found to resist photodarkening. Other dopants, including fluorine, can also reduce photodarkening.

Germanium-doped silica, which is commonly used for the core of single mode fiber for red or IR wavelengths, can experience photodarkening with blue visible light. Thus, pure silica core single mode fibers are typically used with short wavelength visible light. Single mode fibers are typically not used with UV light due to the small MFD at these wavelengths, which makes coupling extremely difficult.

Even with the above strategies in place, all fibers eventually experience photodarkening when used with UV light, and thus, fibers used with these wavelengths should be considered consumables.

Tips for Maximizing an Optical Fiber's Power Handling Capability

With a clear understanding of the power-limiting mechanisms of an optical fiber, strategies can be implemented to increase a fiber’s power handling capability and reduce the risk of damage in a given application. All of the calculations above only apply if the following strategies are implemented.

One of the most important aspects of a fiber’s power-handling capability is the quality of the end face. The end face should be clean and clear of dirt and other contaminants that can cause scattering of coupled light. Additionally, if working with bare fiber, the end of the fiber should have a good quality cleave, and any splices should be of good quality to prevent scattering at interfaces.

The alignment process for coupling light into optical fiber is also important to avoid damage to the fiber. During alignment, before optimum coupling is achieved, light may be easily focused onto parts of the fiber other than the core. If a high power beam is focused on the cladding or other parts of the fiber, scattering can occur, causing damage.

Additionally, terminated fibers should not be plugged in or unplugged while the light source is on, again so that focused beams of light are not incident on fragile parts of the connector, possibly causing damage.

Bend losses, discussed above, can cause localized burning in an optical fiber when a large amount of light escapes the fiber in a small area. Fibers carrying large amounts of light should be secured to a steady surface along their entire length to avoid being disturbed or bent.

Additionally, choosing an appropriate optical fiber for a given application can help to avoid damage. Large-mode-area fibers are a good alternative to standard single mode fibers in high-power applications. They provide good beam quality with a larger MFD, thereby decreasing power densities. Standard single mode fibers are also not generally used for ultraviolet applications or high-peak-power pulsed applications due to the high spatial power densities these applications present.

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Poster: klee
Posted Date: 2009-09-09 16:00:26.0
A response from Ken at Thorlabs to mathieu.perrin: Thank you for pointing out the error. The link has been fixed now.
Poster: mathieu.perrin
Posted Date: 2009-09-08 09:06:47.0
The stripping tab is buggy: the link to the application note is absent and there is a second set of tabs similar to those above.
Poster: rjr
Posted Date: 2009-04-16 13:54:45.0
Comments on Nonlinear PCF site: 1)In Features bullet list, second bullet should be 750 nm, not 850 nm 2)Next to Part Number, why does it say Imperial? 3)Several items removed from this list of NL fibers as of meeting April 15. Please see Carl Lin for details 4)Under Nonlinear PM Photonic Crystal Fibers, there is a fiber picture with some feature bullets. The picture and bullets pertain to fiber PM-1550-01 which is NOT a Nonlinear fiber, so it does not belong here. 5)In the table of Polarization Maintaining Nonlinear fibers, PM-NL-3.0-850 should be removed as it is not offered. The part P1-SC-5.0-FC-20 is also not offered. This long list should be updated to remove products not offered - recommend see Carl Lin
PCF   フォトニック結晶ファイバ   光ファイバ   非線形   高非線形  
+1 数量(Qty.) 資料 型番(Part No.) - Universal/Imperial 定価(税抜) 参考納期
NL-2.4-800 Support Documentation
NL-2.4-800 高非線形フォトニック結晶ファイバ、 800 nm ZDW、コア径2.4 µm
¥202,150
Per Meter
Volume Pricing
1 Week
NL-2.8-850-02 Support Documentation
NL-2.8-850-02 高非線形フォトニック結晶ファイバ、850 nm ZDW、コア径2.8 µm
¥202,150
Per Meter
Volume Pricing
1 Week
NL-3.3-890-02 Support Documentation
NL-3.3-890-02 高非線形フォトニック結晶ファイバ、890 nm ZDW、コア径3.3 µm
¥202,150
Per Meter
Volume Pricing
1 Week
高非線形偏波保持フォトニック結晶ファイバ、800 nm励起レーザ用
  Optical Fiber Manufacturing

特長

  • 1550 nmにおける偏光ビート長の典型値: <2 mm
  • 1550 nmにおけるDGD の典型値: 2 ns/km
  • 非線形係数は54(W·km)-1 (比較例:SMF-28e、1550 nmの時は1.1 (W·km)-1)
  • 疑似ガウシアンモードのプロファイル(830 nmで1.13 の楕円率)

NKT Photonics社の偏波保持(PM)高非線形のフォトニック結晶ファイバは、石英に周期的にエアホールが開いた状態の微細構造のクラッドに囲まれた小径コア(固体石英)を有しています。このコア部分の光学特性は、空気をクラッドとするわずかに楕円形のロッド内部の光学特性と類似しています。この結果、光は強く内部に閉じ込められ、高い非線形係数を持ち、偏光モードにより有効屈折率が実質的に変わります。 Ti:サファイアレーザ光源で使用するためにゼロ分散(ZD)の波長が選択されますが、ネオジウムの基本波長(1060 nm) では異常分散となります。

Specifications

Item #NL-PM-750
Optical Properties
Short Zero Dispersion Wavelength 750 ± 15 nm
Long Zero Dispersion Wavelength 1260 ± 20 nm
Attenuation @ 780 nm <0.05 dB/m
Cutoff Wavelength < 650 nm
Mode Field Diameter @ 780 nm 1.6 ± 0.3 µm
Numerical Aperture @ 780 nm 0.38 ± 0.05
Nonlinear Coefficient @ 780 nm ~95 (Wkm)-1
Birefringence @ 780 nm >3·10-4
Physical Properties
Material Pure Silica
Cladding Diameter 120 ± 5 μm
Coating Diameter 240 ± 10 μm
Coating Material, Single Layer Acrylate
Core Size (Diameter) 1.8 ± 0.3 μm

スーパーコンティ二ウム光発生とは、スペクトルを実質的に拡大させる多くの非線形効果を含みます。 このような非線形効果の例としては、ラマン散乱、自己位相変調やソリトン効果があります。スーパーコンティ二ウムスペクトルは、通常は高出力短パルス(フェムト秒レベル)を、非線形特性を持つ媒体に入射することで得られます。フォトニック結晶ファイバの分散特性については、特定の波長範囲でのスーパーコンティ二ウム光の発生が容易に行えるように調整することができるので、非線形フォトニック結晶ファイバはその目的に適した媒体であると言えます。

スーパーコンティ二ウム(SC)光源は、レーザ光源の高い輝度と高い空間的コヒーレンス、そして広いスペクトル帯域を兼ね備えた新しいタイプの光源です。これらの特性により、信号対ノイズ比の大幅な向上、測定時間の短縮、広帯域光源を必要とする用途での広いスペクトル範囲が提供されます。用途の例としては、高分解能分光計、光学部品の特性測定や光コヒーレンストモグラフィ(OCT)があります。レーザからの狭帯域出力をSC光に変換する非線形光プロセスは複雑ですが、そのプロセスの実現は非常に分かりやすい形で確認できます。必要となるのは、高いピークパワーのレーザと適切な分散特性を持つ非線形素子のみです。大きなパワー密度を実現し、比較的低損失で、1250 nm未満の波長でゼロ分散を実現できるため(これは従来型のファイバでは実現不可能) 、コア径の小さなフォトニック結晶ファイバは、SC光源の非線形素子に適した製品となっています。NKT Photonics社は、フェムト秒Ti:サファイアレーザとの併用に適した小径コアファイバ(NLシリーズのファイバ)、そして小型で低コストの Nd3+-YAGマイクロチップレーザの出射光からSC光を生成する特殊設計のファイバ(SC-5.0-1040) を製造しています。詳細については、下記のリンク先にある取扱に関する一般的注意事項をご参照下さい。

スーパーコンティ二ウム光を発生させるためにファイバを選択するとき、ファイバのゼロ分散波長と励起特性の関係が最も重要な特性となります。下の表では、フェムト秒レーザ光源を使用してフォ トニック結晶ファイバを励起する際の一般的なガイドラインが提示してあります。また下記のPDFファイルには、NLシリーズのフォトニック結晶ファイバを使用した場合の、スーパーコンティ二ウム光の発生に関する詳細を記載しています。

Pump WavelengthOutput Spectrum
Below the zero dispersion wavelength Stable, smooth and narrow spectrum
At the zero dispersion wavelength Irregular, medium-wide and with a dip at the zero-dispersion wavelength
Above the zero dispersion wavelength Irregular and wide spectrum

 


Supercontinuum - General Application Note - Thorlabs.pdf

この取扱注意書には、NKT Photonics社からのファイバの基本的な取扱方法が記載してあり、保護コーテイングの除去方法、ファイバ結合用のファイバや先端部のクリーブ方法などについて言及してあります。この注意書は今までフォトニクス結晶ファイバを取扱った経験のない方にお役立ていただけます。

Application_Note-_Stripping_Cleaving_&_Coupling.pdf

この取扱注意書には、フォトニクス結晶 ファイバ(PCF)の融着接続をする上での一般的な注意事項が記載されています。この注意書に記載されているのは、融着接続の作業に直接関連した事項のみ となっていますので、PCFを取り扱う上での一般的注意事項は左記の取扱注意書をご参照ください。

Application Note-_Splicing_Single Mode_PCF.pdf

Power Handling Limitations Imposed by Optical Fiber
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損傷のされていないファイバ端
Power Handling Limitations Imposed by Optical Fiber
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損傷のあるファイバ端

レーザによるファイバの損傷

このチュートリアルでは、コネクタ無し(素線)とコネクタ付きのファイバに生じる損傷のメカニズムを、空気とガラスの界面ならびにファイバーガラス内の両方について詳しく説明します。 なお、一般的なルールやスケール相関関係については定義することはできますが、ファイバの損傷閾値の絶対値は用途ならびにユーザ定義に大きく依存しますのでご留意ください。 使用されるファイバの損傷閾値を推定する際の参考としてのみ、このチュートリアルをお使いください。 また、下記の計算は、クリーニングほかこのページの最後に記載されている推奨事項が全て実施されている場合のみ適用します。 仕様の範囲内でのご使用におけるファイバの出力に関するご相談は当社までご連絡ください。

自由空間/ファイバ界面における損傷

ファイバに光を入射する際、自由空間/ファイバ界面ではいくつかのメカニズムにより損傷が発生する可能性があります。 損傷のメカニズムはファイバ素線のまま使用しているか、またはコネクタを付けているかによって変わってきます。

Silica Optical Fiber Maximum Power Densities
Type Absolute Value Practical Value
CW (Average Power) 1 MW/cm2 250 kW/cm2
10 ns Pulsed (Peak Power) 5 GW/cm2 1 GW/cm2

コネクタ無しファイバ(素線)
ファイバ素線の損傷発生メカニズムは、大型の光学素子と同様であり、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(右の表をご覧ください)。 特にシングルモードファイバ(SM)の空気とガラスの界面の表面積とビーム径は、大型光学素子と比べて非常に小さいので、損傷閾値も非常に小さくなります。

シングルモードファイバの実効面積は、ファイバ内で光が伝搬する実効断面積であるモードフィールド径(MFD)によって定義されます。 自由空間光を良い結合効率でファイバに入射するためには、このモードフィールド径の約80%内に自由空間光を集光しなければなりません。 MFDは、波長の増加とともにリニアに大きくなりますが、損傷閾値は2乗に比例して大きくなります。 またシングルモードファイバに入射される典型的なビームのプロファイルはガウス分布に似ているので、ビーム端よりも中心部の方がパワー密度が高くなります。よって均等のパワー密度を想定して損傷閾値を計算する場合、安全余裕を見込む必要があります。

マルチモードファイバ(MM)の実効面積は、コア径によって定義されますが、一般的にその値は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。 コアサイズが大きいことによりパワー密度が減少するので、マルチモードファイバには通常キロワット単位の光を入射しても損傷は生じません。

高出力のパルスレーザを入力する用途にシングルモードファイバをあまり使用しないのは、シングルモードファイバに入力するためにビームを非常に小さな面積に集光させる必要があり、その結果パワー密度が非常に高くなってしまうからです。 また、シングルモードファイバは、UV光への適用機会もあまりありません。なぜなら、UV光ではMFDが非常に小さくなるため、出力も非常に小さくなり、さらに結合が難しくなるからです。

計算例
シングルモードファイバSM400が、連続光、400 nmで動作している場合、モードフィールド径(MFD)は約Ø3 µmです。 結合効率がよくなるよう、通常MFDの80%に光が集光されています。 これによって実効直径はØ2.4 µm、実効面積は4.52 µm2となります。

Area = πr2 = π(MFD/2)2 = π • 1.22 µm2 = 4.52 µm2

上記により損傷閾値の外挿値は11.3 mWとなります。 最大パワー密度には、ガウスの強度分布、結合のミスアライメントの可能性、ならびにファイバ端の汚染物や欠陥を加味し、上の表の「Practical Value(実用値)」を使用することをお勧めします。

250 kW/cm2 = 2.5 mW/µm2

4.25 µm2 • 2.5 mW/µm2 = 11.3 mW

コネクタ付きファイバ
コネクタが付いているファイバには、その出力についてさらに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またはスチール製のフェルールに接着されることによって終端処理され、コネクタの接触面となります。 光がファイバに結合されると、コアを入射せずファイバを伝搬する光はファイバの外層、フェルール内に散乱します。

散乱光はフェルール内にファイバを保持しているエポキシ接着剤に伝搬します。 この光の強度が一定度あると、エポキシ接着剤を溶かし、溶けた接着剤がコネクタ端面やビーム路に流れ出ることもあります。 接着剤は焼き落ちることもありますが、ファイバ端に残留物が残ることによって結合効率が低下して、散乱光が増え、さらなる損傷を招きます。 またファイバとフェルールの間の接着剤の量が不足しても、ファイバの同心度が下がり、結合効率が低下と散乱光と損傷の増加につながります。

コネクタ付きのファイバの出力は、2つの理由により波長に依存して増減します。 1つ目の理由として、短波長の光では1光子当たりのエネルギが高いことから散乱確率が高くなり、コネクタ端のエポキシ接着剤に入射される光出力も増加することが挙げられます。 2つ目の理由は、前述したように、短波長の光ではMFDが小さいため、もともとシングルモードファイバに結合するのは難しいためです。 ファイバのコアに入射しない光は散乱し、損傷につながる可能性が高まります。 これらの理由のうち、2つ目の理由はマルチモードファイバには通常当てはまりません。コアサイズがシングルモードファイバより大きいため、一般的には短波長の光を含めて結合しやすくなります。

ファイバーコネクタは、ファイバ端面に近い場所のファイバとフェルールとの間にエポキシ接着剤を入れずエアギャップができるよう製造することができます。 この設計はマルチモードファイバによく用いられ、この特性によってコネクタに関連する損傷を防いでいます。 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はこの設計のコネクタを使用しております。

ファイバとコネクタを合わせた損傷閾値
一般的なガイドラインとして、約400 nmの短波長の光の場合、コネクタ内の散乱によってファイバの出力は通常約300 mWに制限されます。 なおこの上限値は、ファイバ端のパワー密度による限界よりも高くなっております。 また、コネクタによる出力限界は、パワー密度による限界と比べて波長に対して緩やかに変化します。 よってコネクタ付きのファイバの出力は、約600 nm以上の波長では「コネクタによって制限」され、600 nm未満では「ファイバによって制限」されるのです。

右のグラフではファイバとファイバのコネクタによって生じる出力限界がそれぞれ示されています。 ある波長におけるコネクタ付きファイバの出力は、その波長に対する2つの制限値の低い方の値によって制限されます。 ファイバによる出力限界を示す線(青色)はシングルモードファイバのものです。 マルチモードファイバの限界値は、シングルモードファイバよりはるかに大きくなります。 コネクタ付きのマルチモードファイバの損傷閾値は、常にコネクタによる限界を示す線(赤色)によって示されます。

このグラフ中の値(損傷閾値)は、適切なハンドリングとアライメント方法をした場合には、損傷がまったく起こり得ない出力レベルです。 したがって、ファイバはここに記載されている出力レベルを超えて使用されることもありますが、 そうした使用方法では、損傷が起こりえます。 当社が推奨する出力レベル以上で使用した場合、ファイバは消耗品としてお考えください。

ファイバ内における損傷

空気とガラスの界面で発生する損傷に加え、ファイバの出力は、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。 ファイバ内の損傷は2つに分類されます。曲げ損失による損傷とフォトダークニングによる損傷です。

曲げ損失
ファイバが曲げられることにより、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、内部全反射が不可能に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。 一般的に漏れた光のパワー密度は高いので、ファイバやファイバの周りの補強チューブに熱的損傷を与える可能性があります。

特殊ファイバの分類に入るダブルクラッドファイバは、ファイバのクラッド(2層目)をコアと同様に導波路として機能させることにより、曲げ損失による損傷のリスクを抑えています。 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やメートル単位の距離に渡って漏れ出しますが、局所的ではないため、損傷は最小に留められます。 当社ではメガワットレベルの高い出力を誇る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
2つ目のファイバ内の損傷メカニズムとして、UVや短波長可視光を長い間使用した際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。 標準的なマルチモードファイバの純粋石英コアはUV光を伝送することが可能ですが、光にさらされる時間の経過とともにこの短波長の光損失が増加します。 フォトダークニングを生じさせるメカニズムはほとんど分かっていません。しかし有効な方策はいくつか立てられています。 水酸化イオン(OH)の濃度が極端に低いファイバはフォトダークニングを生じさせないことが分かっています。 フッ化物を含むドーパントもフォトダークニングを抑制することができます。

赤色可視または赤外波長用シングルモードファイバのコアに一般的に使用されるゲルマニウム添加石英は、青色の可視光ではフォトダークニングが生じます。 よって短波長の可視光では、純粋石英コアのシングルモードファイバをよく使用します。 シングルモードファイバは、UV光にはあまり使用されません。UV波長でのMFDは小さく、結合が難しいからです。

上記の対応をとったとしても、UV光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UV波長で使用したファイバは消耗品としてお考えください。

高出力化のための対策

ファイバの出力が制限される仕組みを明確に理解することによって、ファイバの出力を増加させ、所望の用途における損傷のリスクを抑制する対応ができます。 上記計算式は、以下の対応策を実施した場合のみ適用されます。

ファイバの出力における最も重要な要素は、ファイバ端面の品質です。 端面はクリーニングし、入射光の散乱を招く汚れや汚染物質を取り除く必要があります。 またファイバ素線を使用している場合、界面での散乱を防ぐため、ファイバ端のクリーブ、およびファイバ間のスプライスは高品質に行わなければなりません。

ファイバに光を入射する際のアライメント手順も、ファイバへの損傷を防ぐために重要です。 アライメントの途中、適切な結合が得られる前の光は、コア以外のファイバ部分に集光されてしまうことがあります。 高出力ビームがクラッドやファイバの他の部分に集光された場合、散乱によって損傷が生じます。

また集光ビームがコネクタのもろい部分に入射し損傷が生じないよう、光源から光出力状態で、コネクタ付きのファイバのプラグを差し込んだり引き抜いたりしないようご注意ください。

前述の曲げ損失では、漏れ出した大量の光が狭い部分に集まることにより、ファイバの局所に熱的損傷を与えることがあります。 ハイパワー光を伝送するファイバは、動いたり曲がったりしないよう動かない面に全長を固定してください。

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。 ラージモードエリアファイバは、高出力用途においてシングルモードファイバの良い代替品となります。 高品質なビームをシングルモードファイバより大きいMFDで出力するので、パワー密度は低くなります。 一般的に、標準的なシングルモードファイバは、高い空間パワー密度を有するUV光の用途や、高出力パルスレーザの用途にも使用しません。

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Poster: klee
Posted Date: 2009-10-20 16:52:01.0
A response from Ken at Thorlabs to jianminh: Unfortunately, according to the manufacturer, the current nonlinear fibers will not produce much supercontinuum energy down at these shorter wavelengths.
Poster: klee
Posted Date: 2009-10-20 16:10:30.0
A response from Ken at Thorlabs to jianminh: We are in contact with the manufacturer regarding this now. We will send you an email with more information shortly and also post it here.
Poster: jianminh
Posted Date: 2009-10-20 13:21:30.0
Hi, I hope to use the nonlinear photonic crystal fiber to generate wavelength shorter than 500nm laser,and the waveband width can reach to 25-30nm. Can your nonlinear photonic crystal fiber satify such requirement with Ti:sapphiere femtosecond laser pump. If its possible, can you give some advice to me. Thank you very much.
PCF   スーパーコンティニウム   フォトニック結晶ファイバ   特殊ファイバ   結晶ファイバ   非線形PCF  
+1 数量(Qty.) 資料 型番(Part No.) - Universal/Imperial 定価(税抜) 参考納期
NL-PM-750 Support Documentation
NL-PM-750 高非線形偏波保持フォトニック結晶ファイバ、SC光発生、750 mm ZD、コア径1.8 µm
¥202,150
Per Meter
Volume Pricing
1 Week
高非線形フォトニック結晶ファイバ、1060 nm励起レーザ用

用途

  • 周波数測定用のスーパーコンティ二ウム光発生、分光法、光コヒーレンストモグラフィ(Ti:サファイア、Nd(3+) ファイバーレーザ励起)
  • スイッチング用途(4光波混合や自己位相変調利用)、パルス成形および波長変換用途
  • ラマン増幅

特長

  • シングルモード
  • 曲げに強い
  • 1 µm波長の励起に最適化された分散
  • 純粋石英のコア
  • ゼロ分散波長 1040 ± 10 nm
  • 1060 nmでの非線形係数: 11 (W·km)-1
Optical Fiber Manufacturing

これらの高非線形フォトニック結晶ファイバは大きなエアホールに囲まれた小さな固形石英コアの中で光を伝搬させます。 この構造が持つ光学特性は、空気中で束ねられたガラス製ロッドと類似しており、光は内部に確実に封じ込められます。そしてこの特長によって非線形の係数は 高くなります。 適切なコア径を選ぶことで、可視域から近赤外域のスペクトルでゼロ分散波長が選択できます。その結果、これらのファイバは、Ti:サファイアや半導体レーザによって励起されたNd(3+)を利用したスーパーコンティ二ウム光の発生、そして光スイッチや信号処理の用途に適した製品となっています。

光学特性

Item #λ0aDispersion
Slopeb
AttenuationMFDb,cNAb,dEffective
Nonlinear Area
Nonlinear
Coefficientb
SC-5.0-1040 1040 ± 10 nm - λ0 < 2 dB/km
1550 nm <1.5 dB/km
600 nm  < 15 dB/km
4.0 ± 0.2 µm 0.20 ± 0.05 - 11 (W·km)-1
a) 非線形フォトニック結晶ファイバのゼロ分散波長
b) λ0測定
c) モードフィールド径
d) 開口数

 

物理的特性

Item #Core
Diameter
PitchAir Fill in
Holey Region
Diameter of
Holey Region
Diameter of Outer
Silica Cladding
Fiber O.D.
SC-5.0-1040 4.8 μm 3.25 μm - - 125 μm 244 μm

スーパーコンティ二ウム光発生とは、スペクトルを実質的に拡大させる多くの非線形効果を含みます。 このような非線形効果の例としては、ラマン散乱、自己位相変調やソリトン効果があります。スーパーコンティ二ウムスペクトルは、通常は高出力短パルス(フェムト秒レベル)を、非線形特性を持つ媒体に入射することで得られます。フォトニック結晶ファイバの分散特性については、特定の波長範囲でのスーパーコンティ二ウム光の発生が容易に行えるように調整することができるので、非線形フォトニック結晶ファイバはその目的に適した媒体であると言えます。

スーパーコンティ二ウム(SC)光源は、レーザ光源の高い輝度と高い空間的コヒーレンス、そして広いスペクトル帯域を兼ね備えた新しいタイプの光源です。これらの特性により、信号対ノイズ比の大幅な向上、測定時間の短縮、広帯域光源を必要とする用途での広いスペクトル範囲が提供されます。用途の例としては、高分解能分光計、光学部品の特性測定や光コヒーレンストモグラフィ (OCT)があります。レーザからの狭帯域出力をSC光に変換する非線形光プロセスは複雑ですが、そのプロセスの実現は非常に分かりやすい形で確認できます。必要となるのは、高いピークパワーのレーザと適切な分散特性を持つ非線形素子のみです。大きなパワー密度を実現し、比較的低損失で、1250 nm未満の波長でゼロ分散を実現できるため(これは従来型のファイバでは実現不可能) 、コア径の小さなフォトニック結晶ファイバは、SC光源の非線形素子に適した製品となっています。NKT Photonics社は、フェムト秒Ti:サファイアレーザとの併用に適した小径コアファイバ(NLシリーズのファイバ)、そして小型で低コストの Nd3+-YAGマイクロチップレーザの出射光からSC光を生成する特殊設計のファイバ(SC-5.0-1040) を製造しています。詳細については、下記のリンク先にある取扱に関する一般的注意事項をご参照下さい。

スーパーコンティ二ウム光を発生させるためにファイバを選択するとき、ファイバのゼロ分散波長と励起特性の関係が最も重要な特性となります。下の表では、フェムト秒レーザ光源を使用してフォ トニック結晶ファイバを励起する際の一般的なガイドラインが提示してあります。また下記のPDFファイルには、NLシリーズのフォトニック結晶ファイバを使用した場合の、スーパーコンティ二ウム光の発生に関する詳細を記載しています。

Pump WavelengthOutput Spectrum
Below the zero dispersion wavelength Stable, smooth and narrow spectrum
At the zero dispersion wavelength Irregular, medium-wide and with a dip at the zero-dispersion wavelength
Above the zero dispersion wavelength Irregular and wide spectrum

 


Supercontinuum - General Application Note - Thorlabs.pdf

この取扱注意書には、NKT Photonics社からのファイバの基本的な取扱方法が記載してあり、保護コーテイングの除去方法、ファイバ結合用のファイバや先端部のクリーブ方法などについて言及してあります。この注意書は今までフォトニクス結晶ファイバを取扱った経験のない方にお役立ていただけます。

Application_Note-_Stripping_Cleaving_&_Coupling.pdf

この取扱注意書には、フォトニクス結晶 ファイバ(PCF)の融着接続をする上での一般的な注意事項が記載されています。この注意書に記載されているのは、融着接続の作業に直接関連した事項のみ となっていますので、PCFを取り扱う上での一般的注意事項は左記の取扱注意書をご参照ください。

Application Note-_Splicing_Single Mode_PCF.pdf

Laser Induced Damage in Optical Fibers

The following tutorial details damage mechanisms in unterminated (bare) and terminated optical fibers, including damage mechanisms at both the air-to-glass interface and within the glass of the optical fiber. Please note that while general rules and scaling relations can be defined, absolute damage thresholds in optical fibers are extremely application dependent and user specific. This tutorial should only be used as a guide to estimate the damage threshold of an optical fiber in a given application. Additionally, all calculations below only apply if all cleaning and use recommendations listed in the last section of this tutorial have been followed. For further discussion about an optical fiber’s power handling abilities within a specific application, contact Thorlabs’ Tech Support.

Damage at the Free Space-to-Fiber Interface

There are several potential damage mechanisms that can occur at the free space-to-fiber interface when coupling light into a fiber. These come into play whether the fiber is used bare or terminated in a connector.

Silica Optical Fiber Maximum Power Densities
TypeAbsolute ValuePractical Value
CW (Average Power)1 MW/cm2250 kW/cm2
10 ns Pulsed (Peak Power)5 GW/cm21 GW/cm2

Unterminated (Bare) Fiber
Damage mechanisms in bare optical fiber can be modeled similarly to bulk optics, and industry-standard damage thresholds for UV Fused Silica substrates can be applied to silica-based fiber (refer to the table to the right). 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, resulting in very small damage thresholds.

The effective area for SM fiber is defined by the mode field diameter (MFD), which is the effective cross-sectional area through which light propagates in the fiber. A free-space beam of light must be focused down to a spot of roughly 80% of this diameter to be coupled into the fiber with good efficiency. MFD increases roughly linearly with wavelength, which yields a roughly quadratic increase in damage threshold with wavelength. Additionally, a beam coupled into SM fiber typically has a Gaussian-like profile, resulting in a higher power density at the center of the beam compared with the edges, so a safety margin must be built into the calculated damage threshold value if the calculations assume a uniform density.

Multimode (MM) fiber’s effective area is defined by the core diameter, which is typically far larger than the MFD in SM fiber. Kilowatts of power can be typically coupled into multimode fiber without damage, due to the larger core size and the resulting reduced power density.

It is typically uncommon to use single mode fibers for pulsed applications with high per-pulse powers because the beam needs to be focused down to a very small area for coupling, resulting in a very high power density. It is also uncommon to use SM fiber with ultraviolet light because the MFD becomes extremely small; thus, power handling becomes very low, and coupling becomes very difficult.

Example Calculation
For SM400 single mode fiber operating at 400 nm with CW light, the mode field diameter (MFD) is approximately Ø3 µm. For good coupling efficiency, 80% of the MFD is typically filled with light. This yields an effective diameter of Ø2.4 µm and an effective area of 4.52 µm2:

Area = πr2 = π(MFD/2)2 = π • 1.22 µm2 = 4.52 µm2

This can be extrapolated to a damage threshold of 11.3 mW. We recommend using the "practical value" maximum power density from the table above to account for a Gaussian power distribution, possible coupling misalignment, and contaminants or imperfections on the fiber end face:

250 kW/cm2 = 2.5 mW/µm2

4.25 µm2 • 2.5 mW/µm2 = 11.3 mW

Terminated Fiber
Optical fiber that is terminated in a connector has additional power handling considerations. Fiber is typically terminated by being epoxied into a ceramic or steel ferrule, which forms the interfacing surface of the connector. When light is coupled into the fiber, light that does not enter the core and propagate down the fiber is scattered into the outer layers of the fiber, inside the ferrule.

The scattered light propagates into the epoxy that holds the fiber in the ferrule. If the light is intense enough, it can melt the epoxy, causing it to run onto the face of the connector and into the beam path. The epoxy can be burned off, leaving residue on the end of the fiber, which reduces coupling efficiency and increases scattering, causing further damage. The lack of epoxy between the fiber and ferrule can also cause the fiber to be decentered, which reduces the coupling efficiency and further increases scattering and damage.

The power handling of terminated optical fiber scales with wavelength for two reasons. First, the higher per photon energy of short-wavelength light leads to a greater likelihood of scattering, which increases the optical power incident on the epoxy near the end of the connector. Second, shorter-wavelength light is inherently more difficult to couple into SM fiber due to the smaller MFD, as discussed above. The greater likelihood of light not entering the fiber’s core again increases the chance of damaging scattering effects. This second effect is not as common with MM fibers because their larger core sizes allow easier coupling in general, including with short-wavelength light.

Fiber connectors can be constructed to have an epoxy-free air gap between the optical fiber and ferrule near the fiber end face. This design feature, commonly used with multimode fiber, allows some of the connector-related damage mechanisms to be avoided. Our high-power multimode fiber patch cables use connectors with this design feature.

Combined Damage Thresholds
As a general guideline, for short-wavelength light at around 400 nm, scattering within connectors typically limits the power handling of optical fiber to about 300 mW. Note that this limit is higher than the limit set by the optical power density at the fiber tip. However, power handing limitations due to connector effects do not diminish as rapidly with wavelength when compared to power density effects. Thus, a terminated fiber’s power handling is "connector-limited" at wavelengths above approximately 600 nm and is "fiber-limited" at lower wavelengths.

The graph to the right shows the power handling limitations imposed by the fiber itself and a surrounding connector. The total power handling of a terminated fiber at a given wavelength is limited by the lower of the two limitations at that wavelength. The fiber-limited (blue) line is for SM fibers. An equivalent line for multimode fiber would be far above the SM line on the Y-axis. For terminated multimode fibers, the connector-limited (red) line always determines the damage threshold.

Please note that the values in this graph are rough guidelines detailing estimates of power levels where damage is very unlikely with proper handling and alignment procedures. It is worth noting that optical fibers are frequently used at power levels above those described here. However, damage is likely in these applications. The optical fiber should be considered a consumable lab supply if used at power levels above those recommended by Thorlabs.

Damage Within Optical Fibers

In addition to damage mechanisms at the air-to-glass interface, optical fibers also display power handling limitations due to damage mechanisms within the optical fiber itself. Two categories of damage within the fiber are damage from bend losses and damage from photodarkening.

Bend Losses
Bend losses occur when a fiber is bent to a point where light traveling in the core is incident on the core/cladding interface at an angle higher than the critical angle, making total internal reflection impossible.Under these circumstances, light escapes the fiber, often in one localized area. The light escaping the fiber typically has a high power density, which can cause burns to the fiber as well as any surrounding furcation tubing.

A special category of optical fiber, called double-clad fiber, can reduce the risk of bend-loss damage by allowing the fiber’s cladding (2nd layer) to also function as a waveguide in addition to the core. By making the critical angle of the cladding/coating interface higher than the critical angle of the core/clad interface, light that escapes the core is loosely confined within the cladding. It will then leak out over a distance of centimeters or meters instead of at one localized spot within the fiber, minimizing damage. Thorlabs manufactures and sells 0.22 NA double-clad multimode fiber, which boasts very high, megawatt range power handling.

Photodarkening
A second damage mechanism within optical fiber, called photodarkening or solarization, typically occurs over time in fibers used with ultraviolet or short-wavelength visible light. The pure silica core of standard multimode optical fiber can transmit ultraviolet light, but the attenuation at these short wavelengths increases with the time exposed to the light. The mechanism that causes photodarkening is largely unknown, but several strategies have been developed to combat it. Fibers with a very low hydroxyl ion (OH) content have been found to resist photodarkening. Other dopants, including fluorine, can also reduce photodarkening.

Germanium-doped silica, which is commonly used for the core of single mode fiber for red or IR wavelengths, can experience photodarkening with blue visible light. Thus, pure silica core single mode fibers are typically used with short wavelength visible light. Single mode fibers are typically not used with UV light due to the small MFD at these wavelengths, which makes coupling extremely difficult.

Even with the above strategies in place, all fibers eventually experience photodarkening when used with UV light, and thus, fibers used with these wavelengths should be considered consumables.

Tips for Maximizing an Optical Fiber's Power Handling Capability

With a clear understanding of the power-limiting mechanisms of an optical fiber, strategies can be implemented to increase a fiber’s power handling capability and reduce the risk of damage in a given application. All of the calculations above only apply if the following strategies are implemented.

One of the most important aspects of a fiber’s power-handling capability is the quality of the end face. The end face should be clean and clear of dirt and other contaminants that can cause scattering of coupled light. Additionally, if working with bare fiber, the end of the fiber should have a good quality cleave, and any splices should be of good quality to prevent scattering at interfaces.

The alignment process for coupling light into optical fiber is also important to avoid damage to the fiber. During alignment, before optimum coupling is achieved, light may be easily focused onto parts of the fiber other than the core. If a high power beam is focused on the cladding or other parts of the fiber, scattering can occur, causing damage.

Additionally, terminated fibers should not be plugged in or unplugged while the light source is on, again so that focused beams of light are not incident on fragile parts of the connector, possibly causing damage.

Bend losses, discussed above, can cause localized burning in an optical fiber when a large amount of light escapes the fiber in a small area. Fibers carrying large amounts of light should be secured to a steady surface along their entire length to avoid being disturbed or bent.

Additionally, choosing an appropriate optical fiber for a given application can help to avoid damage. Large-mode-area fibers are a good alternative to standard single mode fibers in high-power applications. They provide good beam quality with a larger MFD, thereby decreasing power densities. Standard single mode fibers are also not generally used for ultraviolet applications or high-peak-power pulsed applications due to the high spatial power densities these applications present.

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SC-5.0-1040 Support Documentation
SC-5.0-1040 高非線形フォトニック結晶ファイバ、SC光発生、コア径4.8 µm
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