天文光纤光谱仪

Chroma-天文滤光片集天文学中常用滤光片的集合，如RGB和亮度滤光片，以及一些H-alpha滤光片Number/NameLRGB - luminance, red, green, and blue astronomy setHaLRGB - H-alpha luminance, red, green, and blue astronomy set

总览Optran UV WFS 宽带光纤二氧化硅光纤,应用范围从短波UV-C至IR-BOptranUV WFS光纤是一款新型极低损耗光纤，波长范围从200nm到2000nm不等，具有UV和WF光纤的特殊性能，可用于多种应用。工作波长200-2000nm数值孔径0.12技术参数优点200nm至2000nm范围内的低损耗根据要求，可提供从0,12到0,28的任何数值孔径值。非常低的NA扩展生物相容性材料在符合ISO 9001标准的工厂生产应用Ceram Optec UVWFS光纤是许多应用的优秀选择：光谱学、分析仪器、传感应用、天文学、航空航天和航空电子、军事应用等。技术参数波长/光谱范围optran UVWFS:200–2000nm数值孔径(NA)0.12 ±0.02 | 0.22 ±0.02 | 0.28± 0.02或定制工作温度-190至+350℃玻璃直径现有100 ~ 300 μ m |标准220 μ m | 660 μ m即将推出标准纤芯/包层比1: 1，06 | 1: 1，1 | 1: 1，2 | 1: 1，4或定制标准测试70 kpsi(聚酰亚胺夹套)最小弯曲半径50 ×包层直径(短期机械应力)300 ×纤芯直径(在使用高激光功率时)衰减值比较下图概述了与Optran各类光纤波长相关的衰减值：

多模光纤跳线，方形纤芯特性方形纤芯的多模光纤跳线，数值孔径0.39纯石英纤芯尺寸150 μm x 150 μm硬聚合物包层?225 μm波长范围400 - 2200 nm两端有2.0 mm窄键FC/PC或SMA905接头外有FT030 ?3 mm松套管提供焦比衰退(FRD)少或扰模增益高的版本(更多信息，请看应用标签)非常适合成像和天文光谱学应用定制长度或接头配置，详情请联系技术支持制造这些多模光纤跳线使用的是150 μm x 150 μm 方形石英纤芯的光纤，而不是圆形纤芯的光纤。纤芯的方形有助于光纤中的模式混合，从而产生均匀的空间分布、正方形的光束形状以及平顶截面轮廓(在输出端)。为了在远场距离保持方形的光束，需要使用准直器对纤芯成像(请看右图)。该光束轮廓的形状还可以改善激光二极管或LED的耦合，因为它们具有矩形发射面。本页出售的所有光纤跳线都非常适合通用或成像应用；但这些跳线也包含其他特性，这些特性对天文光谱学非常重要。具体来说，方形和其他非圆形纤芯的跳线可以减少焦比衰退(FRD)，改善扰模增益。这些跳线具有优化了FRD或扰模增益性能的两种版本。这些光纤跳线使用低应力环氧树脂粘合终端，使跳线的FRD比圆形纤芯光纤跳线的FRD少。对高扰模增益感兴趣的客户，可以考虑M102L05和M103L05光纤跳线，它们由于长度较长而具有高扰模增益。方形纤芯与圆形纤芯光纤跳线的FRD与扰模增益的典型测量，请看应用标签。光纤跳线的两端可以为2.0 mm窄键FC/PC或SMA905接头。对于SMA905终端的跳线，所刻黑线用于对准纤芯的平边；对于FC/PC终端的跳线，接头键对准纤芯的平边(请看右图)。每根光纤跳线包含两个防尘帽，可以防止跳线末端受到灰尘影响和其他损害。我们也单独出售额外的CAPF塑料防尘帽和CAPFM金属螺纹防尘帽，用于FC/PC终端，以及CAPM橡胶防尘帽和CAPMM金属螺纹防尘帽，用于SMA905终端。我们也可以定制不同的长度或接头配置，详情请联系技术支持。这些光纤跳线并不适合需要光纤承载高光功率的应用，因为过高的功率可能会过度加热接头中使用的环氧树脂(更多信息，请看损伤阈值标签)。我们也提供方形纤芯的裸纤，不包含任何环氧树脂，可以在功率较高的环境下使用。使用M97L02光纤跳线(左图)与M29L02 ?200 μm纤芯的光纤跳线(右图)的准直输出比较。M625F2光纤耦合LED用作光源。利用透镜扩束测量的平顶光束轮廓接头有黑色标记(SMA905接头)或对准键(FC/PC接头)，用于对准纤芯的一条平边。In-Stock Multimode Fiber Optic Patch Cable SelectionStep IndexGraded IndexFiber BundlesUncoatedCoatedMid-IROptogeneticsSpecialized ApplicationsSMAFC/PCFC/PC to SMASquare-Core FC/PC and SMAAR-Coated SMAHR-Coated FC/PCBeamsplitter-Coated FC/PCFluoride FC and SMALightweight FC/PCLightweight SMARotary Joint FC/PC and SMAHigh-Power SMAUHV, High-Temp. SMAArmored SMASolarization-Resistant SMAFC/PCFC/PC to LC/PC规格：Bare Fiber Item #WavelengthRangeHydroxylContentCore SizeCladdingDiameterCoatingDiameterCore / CladdingCoatingStripping ToolProof TestFP150QMT400 - 2200 nmLow OH150 ± 10 μm x 150 ± 10 μm225 ± 5 μm500 ± 30 μmPure Silica /Hard PolymerTefzelT12S21≥50 kpsiBare Fiber Item #NACore Index @ 589.3 nmCladding Index @ 589.3 nmAttenuation (Click for Plot)Core OffsetBend RadiusOperatingTemperatureShort TermLong TermFP150QMT0.391.4589651.365120 dB/km @ 803 nm (Max)6 μm (Max)20 mm40 mm-40 to 150 °C应用方形纤芯的光纤适合多种应用，包括：天文学、激光加工、皮肤病学设备和生物医学成像。下面的例子展现了这些光纤相对于传统圆形纤芯光纤而具有的独特优势。平坦的光束轮廓方形纤芯的光纤具有一个明显的特点，那就是它在纤芯区域产生的是强度均匀的光束，而不是圆形纤芯的光纤通常产生的高斯光束轮廓。这是因为，纤芯的方形有助于光在光纤中传播时实现模式混合，从而使输出光束的空间模式均匀分布。方形纤芯的光纤非常适合激光加工应用，无需光束整形光学元件或掩模，就可以形成尖角或进行边缘切割；这种光纤也适合成像应用，方形光束轮廓可以更好地适应矩形CCD阵列的形状。请注意，光束一旦离开光纤，光束形状就无法保持，因此，需要准直器对纤芯成像，以保持光束在自由空间中的形状。使用透镜扩展由530 nm LED光源从单模光纤发射到测试光纤的光束，并测量光束轮廓。天文应用对恒星和天文光谱学感兴趣的客户，这种方形纤芯的光纤还有几种优于圆形纤芯光纤的特点。焦比衰退(FRD)少多模光纤跳线适用于天文应用，尤其常用于建立多天体分光(MOS)系统，可以在望远镜的视场内同时观察多个天体的光谱。光纤的小视场只能捕捉目标天体发出的光，周围天体产生的噪声很小。由于微弯曲以及安装接头时终端对光纤产生的应力，光纤输出端的焦比(也就是f/#)会低于输入端，而光束角度在输出端会变大。这种现象也就是所谓的焦比衰退(FRD)，输出光束角度变宽，会导致光谱分辨率降低，在探测器上的采光量减少。FRD通过输入f/#与输出f/#的比值来计算。Thorlabs方形纤芯的光纤可以zui大程度地减少终端应力和焦比衰退。为了证明这点，我们测试了三种光纤，其终端由低应力环氧树脂粘合，并在40 °C下经过4小时固化。如右图所示，与FT200EMT(?200 μm纤芯)和FT300EMT(?300 μm 纤芯)光纤相比，使用FP150QMT方形纤芯光纤的跳线焦比衰退更低(即，输入端与输出端的焦比差异更小)。在530 nm处的FRD测量FP150QMT：150 μm x 150 μm方形纤芯FT200EMT：?200 μm圆形纤芯FT300EMT：?300 μm圆形纤芯扰模增益恒星光谱学中也使用多模光纤。观察到的恒星的细微运动会导致所测光谱的变化，这是一种测量噪声的来源。加强扰模可以降低光纤对这些波动的灵敏度。"扰模增益"可以量化光纤对这些扰动的灵敏度，被定义为光纤输入端点光源的位移与光纤输出端所测光束位移的比值。扰模增益值越高，表示点光源波动对光纤输出的影响越小。有好几种方法可以改善光纤中的扰模增益。一般而言，使用较长的光纤可以提高扰模增益，但是，光纤的总透射率也会降低。而方形纤芯的光纤改善扰模增益不需要使用较长的光纤。如左表所示，使用方形纤芯的Thorlabs光纤跳线的扰模增益高于类似圆形纤芯的光纤跳线。Scrambling Gain for Different Fiber TypesaFiber LengthFiber TypeCoreScrambling Gain2mFT200EMTCircular42FP150QMTSquare1215mFT200EMTCircular235FP150QMTSquare465入纤方式多模光纤未充满条件对于在NA较大时接收光的多模光纤来说，光耦合到光纤的的条件(光源类型、光束直径、NA)对性能有着极大影响。在耦合界面，光的光束直径和NA小于光纤的芯径和NA时，就出现了未充满的入纤条件。这种情况的常见例子就是将激光光源发射到较大的多模光纤。从下面的图和光束轮廓测量可以看出，未充满时会使光在空间上集中到光纤的中心，优先充满低阶模，而非高阶模。因此，它们对宏弯损耗不太敏感，也没有包层模。这种条件下，所测的插入损耗也会小于典型值，光纤纤芯处有着较高的功率密度。展示未充满条件的图(左边)和使用FT200EMT多模光纤进行的光束轮廓测量(右边)。多模光纤过满条件在耦合界面，光束直径和NA大于光纤的芯径和NA时就出现了过满的情况。实现这种条件的一个方法就是将LED光源的光发射到较小的多模光纤中。过满时会将整个纤芯和部分包层裸露在光中，均匀充满低阶模和高阶模(请看下图)，增加耦合到光纤包层模的可能性。高阶模比例的增加意味着过满光纤对弯曲损耗会更为敏感。在这种条件下，所测的插入损耗会大于典型值，与未充满光纤条件相比，会产生较高的总输出功率。展示过满条件的图(左边)和使用FT200EMT多模光纤进行的光束轮廓测量(右边)。多模光纤未充满或过满条件各有优劣，这取决于特定应用的要求。如需测量多模光纤的基准性能，Thorlabs建议使用光束直径为光纤芯径70-80%的入纤条件。过满条件在短距离时输出功率更大；而长距离(10 - 20 m)时，对衰减较为敏感的高阶模会消失。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zui大功率始终受到这些损伤机制的zui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jue对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zui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zui大功率水平以下操作光纤元件；如果有元件并未指定zui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。Quick LinksDamage at the Air / Glass InterfaceIntrinsic Damage ThresholdPreparation and Handling of Optical Fibers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yong久性损伤。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zui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zui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。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zui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。Estimated Optical Power Densities on Air / GlassInterfaceaTypeTheoretical DamageThresholdbPractical SafeLevelcCW(Average Power)~1 MW/cm2~250 kW/cm210 ns Pulsed(Peak Power)~5 GW/cm2~1 GW/cm2所有值针对无终端(裸露)的石英光纤，适用于自由空间耦合到洁净的光纤端面。这是可以入射到光纤端面且没有损伤风险的zui大功率密度估算值。用户在高功率下工作前，必须验证系统中光纤元件的性能与可靠性，因其与系统有着紧密的关系。这是在大多数工作条件下，入射到光纤端面且不会损伤光纤的安全功率密度估算值。插芯/接头终端相关的损伤机制有终端接头的光纤要考虑更多的功率适用条件。光纤一般通过环氧树脂粘合到陶瓷或不锈钢插芯中。光通过接头耦合到光纤时，没有进入纤芯并在光纤中传播的光会散射到光纤的外层，再进入插芯中，而环氧树脂用来将光纤固定在插芯中。如果光足够强，就可以熔化环氧树脂，使其气化，并在接头表面留下残渣。这样，光纤端面就出现了局部吸收点，造成耦合效率降低，散射增加，进而出现损伤。与环氧树脂相关的损伤取决于波长，出于以下几个原因。一般而言，短波长的光比长波长的光散射更强。由于短波长单模光纤的MFD较小，且产生更多的散射光，则耦合时的偏移也更大。为了zui大程度地减小熔化环氧树脂的风险，可以在光纤端面附近的光纤与插芯之间构建无环氧树脂的气隙光纤接头。我们的高功率多模光纤跳线就使用了这种设计特点的接头。曲线图展现了带终端的单模石英光纤的大概功率适用水平。每条线展示了考虑具体损伤机制估算的功率水平。zui大功率适用性受到所有相关损伤机制的zui低功率水平限制(由实线表示)。确定具有多种损伤机制的功率适用性光纤跳线或组件可能受到多种途径的损伤(比如，光纤跳线)，而光纤适用的zui大功率始终受到与该光纤组件相关的zui低损伤阈值的限制。例如，右边曲线图展现了由于光纤端面损伤和光学接头造成的损伤而导致单模光纤跳线功率适用性受到限制的估算值。有终端的光纤在给定波长下适用的总功率受到在任一给定波长下，两种限制之中的较小值限制(由实线表示)。在488 nm左右工作的单模光纤主要受到光纤端面损伤的限制(蓝色实线)，而在1550 nm下工作的光纤受到接头造成的损伤的限制(红色实线)。对于多模光纤，有效模场由纤芯直径确定，一般要远大于SM光纤的有效模场。因此，其光纤端面上的功率密度更低，较高的光功率(一般上千瓦的数量级)可以无损伤地耦合到光纤中(图中未显示)。而插芯/接头终端的损伤限制保持不变，这样，多模光纤的zui大适用功率就会受到插芯和接头终端的限制。请注意，曲线上的值只是在合理的操作和对准步骤几乎不可能造成损伤的情况下粗略估算的功率水平值。值得注意的是，光纤经常在超过上述功率水平的条件下使用。不过，这样的应用一般需要专业用户，并在使用之前以较低的功率进行测试，尽量降低损伤风险。但即使如此，如果在较高的功率水平下使用，则这些光纤元件应该被看作实验室消耗品。光纤内的损伤阈值除了空气玻璃界面的损伤机制外，光纤本身的损伤机制也会限制光纤使用的功率水平。这些限制会影响所有的光纤组件，因为它们存在于光纤本身。光纤内的两种损伤包括弯曲损耗和光暗化损伤。弯曲损耗光在纤芯内传播入射到纤芯包层界面的角度大于临界角会使其无法全反射，光在某个区域就会射出光纤，这时候就会产生弯曲损耗。射出光纤的光一般功率密度较高，会烧坏光纤涂覆层和周围的松套管。有一种叫做双包层的特种光纤，允许光纤包层(第二层)也和纤芯一样用作波导，从而降低弯折损伤的风险。通过使包层/涂覆层界面的临界角高于纤芯/包层界面的临界角，射出纤芯的光就会被限制在包层内。这些光会在几厘米或者几米的距离而不是光纤内的某个局部点漏出，从而zui大限度地降低损伤。Thorlabs生产并销售0.22 NA双包层多模光纤，它们能将适用功率提升百万瓦的范围。光暗化光纤内的第二种损伤机制称为光暗化或负感现象，一般发生在紫外或短波长可见光，尤其是掺锗纤芯的光纤。在这些波长下工作的光纤随着曝光时间增加，衰减也会增加。引起光暗化的原因大部分未可知，但可以采取一些列措施来缓解。例如，研究发现，羟基离子(OH)含量非常低的光纤可以抵抗光暗化，其它掺杂物比如氟，也能减少光暗化。即使采取了上述措施，所有光纤在用于紫外光或短波长光时还是会有光暗化产生，因此用于这些波长下的光纤应该被看成消耗品。制备和处理光纤通用清洁和操作指南建议将这些通用清洁和操作指南用于所有的光纤产品。而对于具体的产品，用户还是应该根据辅助文献或手册中给出的具体指南操作。只有遵守了所有恰当的清洁和操作步骤，损伤阈值的计算才会适用。安装或集成光纤(有终端的光纤或裸纤)前应该关掉所有光源，以避免聚焦的光束入射在接头或光纤的脆弱部分而造成损伤。光纤适用的功率直接与光纤/接头端面的质量相关。将光纤连接到光学系统前，一定要检查光纤的末端。端面应该是干净的，没有污垢和其它可能导致耦合光散射的污染物。另外，如果是裸纤，使用前应该剪切，用户应该检查光纤末端，确保切面质量良好。如果将光纤熔接到光学系统，用户首先应该在低功率下验证熔接的质量良好，然后在高功率下使用。熔接质量差，会增加光在熔接界面的散射，从而成为光纤损伤的来源。对准系统和优化耦合时，用户应该使用低功率；这样可以zui大程度地减少光纤其他部分(非纤芯)的曝光。如果高功率光束聚焦在包层、涂覆层或接头，有可能产生散射光造成的损伤。高功率下使用光纤的注意事项一般而言，光纤和光纤元件应该要在安全功率水平限制之内工作，但在理想的条件下(ji佳的光学对准和非常干净的光纤端面)，光纤元件适用的功率可能会增大。用户首先必须在他们的系统内验证光纤的性能和稳定性，然后再提高输入或输出功率，遵守所有所需的安全和操作指导。以下事项是一些有用的建议，有助于考虑在光纤或组件中增大光学功率。要防止光纤损伤光耦合进光纤的对准步骤也是重要的。在对准过程中，在取得zui佳耦合前，光很容易就聚焦到光纤某部位而不是纤芯。如果高功率光束聚焦在包层或光纤其它部位时，会发生散射引起损伤使用光纤熔接机将光纤组件熔接到系统中，可以增大适用的功率，因为它可以zui大程度地减少空气/光纤界面损伤的可能性。用户应该遵守所有恰当的指导来制备，并进行高质量的光纤熔接。熔接质量差可能导致散射，或在熔接界面局部形成高热区域，从而损伤光纤。连接光纤或组件之后，应该在低功率下使用光源测试并对准系统。然后将系统功率缓慢增加到所希望的输出功率，同时周期性地验证所有组件对准良好，耦合效率相对光学耦合功率没有变化。由于剧烈弯曲光纤造成的弯曲损耗可能使光从受到应力的区域漏出。在高功率下工作时，大量的光从很小的区域(受到应力的区域)逃出，从而在局部形成产生高热量，进而损伤光纤。请在操作过程中不要破坏或突然弯曲光纤，以尽可能地减少弯曲损耗。用户应该针对给定的应用选择合适的光纤。例如，大模场光纤可以良好地代替标准的单模光纤在高功率应用中使用，因为前者可以提供更佳的光束质量，更大的MFD，且可以降低空气/光纤界面的功率密度。阶跃折射率石英单模光纤一般不用于紫外光或高峰值功率脉冲应用，因为这些应用与高空间功率密度相关。多模光纤跳线，方形纤芯Item #FiberCore SizeNACladdingDiameterCoatingDiameterWavelength Range(Click for Plot)LengthJacketConnectorsApplicationaM97L02FP150QMT150 ± 10 μm x 150 ± 10 μm0.39225 ± 5 μm500 ± 30 μm400 - 2200 nm2mFT030(?3 mm)SMA905General Purpose /Astronomy: Low FRDM101L02FC/PCM102L055mSMA905General Purpose /Astronomy: High Scrambling GainM103L05FC/PC这些跳线具有优化了FRD或扰模增益性能的版本，适合天文应用。更多信息，请看应用标签。产品型号公英制通用M97L02光纤跳线，方形纤芯150 μm x 150 μm，SMA905接头，2 mM101L02光纤跳线，方形纤芯150 μm x 150 μm，FC/PC接头，2 mM102L05光纤跳线，方形纤芯150 μm x 150 μm，SMA905接头，5 mM103L05光纤跳线，方形纤芯150 μm x 150 μm，FC/PC接头，5 m