酶标仪检测光纤

光纤跳线定义

    将光纤连接器装配在光纤/光缆的两端，使之能够实现光纤活动连接和信号传输的无源装置。

光纤跳线加工——端面研磨

圆形光纤束

    用于耦合到光源

线型光纤束

    用于光谱仪/狭缝/椭圆发射灯/比色皿吸收光谱测量20 µm x 2 mm入射狭缝

圆形到线形光纤束

    圆形光纤束用来提高进入到光谱仪和其它带入射狭缝的光学器件的耦合效率。

    线形符合入射狭缝的形状，因此能增加入射到器件的光线数量。

    线形末端也可以用作线形光源。

分叉光纤束：双光纤

    1.将一个样品的通道宽带发射导入多个探测器中

    2.荧光显微发射的集光

    3.光谱学

    4.照明

分叉光纤束：圆形对圆形

探测光纤束

    光纤束探针是针对测量漫反射和镜面反射、色彩、荧光以及后向散射(固体，液体和粉末状)进行优化设计的。光纤束被分为两路，一路将光从光源传输给样品，一路将样品反射光传输给光谱仪，参考分支直接将光从光源处传输给另一光谱仪。

光纤反射/散射探针束 带有参考分支

光纤反射/散射探针束 带有参考分支

透射浸入式探头光纤束

    透射浸入式探头光纤束极其适合在液态样品中测量透射率和吸光率。与基于比色皿的装置不同，探头浸入样品中；液体可以自由流入探头的开口里面。这种方式可以直接测量样品，非常适合需要实时测量的应用，比如，监测化学反应或水质测试。

集束光纤

光纤连接器的原理

连接器基本结构

    连接器基本上是采用某种机械和光学结构，使两根光纤的纤芯对准．保证80%以上的光能够通过。目前有代表性并且正在使的有以下几种：

    1.套管结构

    2.双锥结构

    3.V槽结构

    4.透镜结构

套管结构

    这种连接器由插针和套筒组成．插针为一精密套管，光纤固定在插针里面。套筒也是一个加工精密的套管(有开口和不开口两种)，两个插针在套筒中对接并保证两根光纤的对准．

    原理：以插针的外圆柱面为基准面，插针与套筒之间为紧配合。当光纤纤芯对外圆柱面的同轴度、插针的外圆柱面和端面以及套筒的内孔加工得非常精密时，两根插针在套筒中对接，就实现了两根光纤的对准。

双锥结构

    这种连接器的特点是利用锥面定位。插针的外端面加工成圆锥面．基座的内孔也加工成双圆锥面．两个插针插入基座的内孔实现纤芯的对接。插针和基座的加工精度，锥面与锥面的结合既要保证纤芯的对中，还要保证光纤端面间的间距恰好符合要求。它的插针和基座来用聚合物模压成型．精度和一致性都很好。

V槽结构

    它的对中原理是将两个插针放入V形槽基座中，再用盖板将插针压紧，使纤芯对准。这种结构可以达到较高的精度。其缺点是结构复杂，零件数量偏多。

透镜耦合结构

    透镜耦合又称远场耦合，它分为球透镜耦合和自聚焦透镜耦合两种。其结构分别见下图。

    这种结构通过透镜来实现光纤的对中。用透镜将一根光纤的出射光变成平行光，再有另一透镜将平行光聚焦并导入另一光纤中。

    优点是降低了对机械加工的精度要求．使耦合更容易实现。

    缺点是结构复杂、体积大、调整元件多、接续损耗大。在某些特殊的场合，如在野战通信中这种结构仍有应用。因为野战通讯距离较短，环境尘土较大，可以容许损耗大一些．但要求快速接通透镜能将光斑变大，接通更容易，正好满足了这种需要．

    透镜在各种耦台中的作用更不能忽视．它是光纤与其它无源器件和光电器件进行耦合的桥梁。

FC(Ferrule Connector)型光纤连接器

    Ferrule Connector是由日本NTT研制，紧固方式为螺丝扣

ST(Straight Tip)型光纤连接器 

    Straight Tip是由AT&T贝尔实验室研制。

    ST接头：刺入及旋转就是它的连接方法(将线插入插座，然后旋转外面的卡口将之锁住)

LC（Lucent Connector）型光纤连接器

    Lucent Connector是由美国朗讯贝尔实验室研制，

    采用操作方便的模块化插孔（RJ）闩锁机理制成。

    其所采用的插针和套筒的尺寸是普通 SC、FC等所用尺寸的一半，为1.25mm。

插针

    插针是一个带有微孔的精密圆柱体，其结构和主要尺寸如图所示

实用的插针材料采用氧化锆陶瓷

 一般陶瓷插芯的主要参数：

       外径：2.499 ±0.0005

       外径不圆度：小于等于0.2um

       微孔偏心量（同心度）小于等于1.0um

       外圆柱面光洁度：∇14

2.5mm

1.25mm 

一般陶瓷套筒的主要参数：

       外径：3.2 +0/-0.02mm

       内径：2.5 -0.002/-0.007mm

       内表面光洁度：∇14

       插芯插入或拔出力：3.92~5.88N

       开口套筒弹性形变： 小于等于0.5um

研磨角度类型：

    PC型（ Physical Contact ） ------插芯端面为球面 ，RL>40dB

    UPC型（Ultra  PC） ---插芯端面为微球面, RL>50dB

    APC型(Angled  PC） ---插芯端面为斜球面（常见的为8度角）， RL>60dB

PC端面

UPC端面

APC端面

SMA905光纤连接器

D80光纤连接器

QBH光纤连接器

光纤的结构

纤芯

    1)  位置：光纤的中心部位

    2)  材料：高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂(GeO2，P2O5)，作用是提高纤芯折射率(n1)，以传输光信号

包层

    1) 位置：位于纤芯的周围

    2) 材料：高纯度SiO2，极少量掺杂剂(如B2O3)的作用则是适当降低包层折射率(n2)，使之略低于纤芯折射率，使得光信号能约束在纤芯中传输

涂覆层

    1)  位置：位于光纤的最外层

    2)  结构和材料：包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层

           a) 一次涂覆层一般使用丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料

           b) 缓冲层一般为性能良好的填充油膏 (防水)

           c) 二次涂覆层一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物

    3) 作用：保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用

光纤的分类主要是从工作波长、折射率分布、传输模式、原材料和制造方法上作一归纳的，各种分类如下。

    （1）工作波长：紫外光纤、可观光纤、近、红外光纤（0.85μm、1.3μm、1.55μm）。

    （2）折射率分布：阶跃（SI）型光纤、近阶跃型光纤、渐变（GI）型光纤、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。

    （3）传输模式：单模光纤（含偏振保持光纤、非偏振保持光纤）、多模光纤。

    （4）原材料：石英光纤、多成分玻璃光纤、塑料光纤、复合材料光纤（如塑料包层、液体纤芯等）、红外材料等。按被覆材料还可分为（碳等）、金属材料（铜、镍等）和塑料等。

    （5）制造方法：预塑有汽相轴向沉积（VAD）、化学汽相沉积（CVD）等，拉丝法有管律法（Rod intube）和双坩锅法等。

阶跃（SI）型光纤与渐变（GI）型光纤

阶跃型光纤（SIF）：

    纤芯折射率呈均匀分布，纤芯和包层相对折射率差Δ为1%～2%。

阶跃光纤的导光原理：

    光在均匀介质中是沿直线传播的，阶跃光纤就是靠光波在芯包界面发生全反射将光波限制在纤芯中向前传播的。

    阶跃型的光纤，纤芯折射率为n1 ，包层的折射率为n2，且n1>n2，空气折射率为n0。在光纤内传输的子午光线，简称内光线，遇到纤芯与包层的分界面的入射角大于θc时，才能保证光线在纤芯内产生多次全反射，使光线沿光纤传输。

渐变型光纤（GIF）：

    纤芯折射率呈非均匀分布，在轴心处，而在光纤横截面内沿半径方向逐渐减小，在纤芯与包层的界面上降至包层折射率n2。

    在渐变光纤中，光线传播的轨迹近似于正弦波。若光以一定的入射角从轴心处层射向与第二层的交界面时，由于是从光密介质射向光疏介质，折射接角大于入射角，光线将折射进第二层射向与第

    三层的交界面，并再次发生折射进入第三层，依次第推。因此，当纤芯分层数无限多，其厚度趋于零时，渐变型光纤纤芯折射率呈连续变化，光线在其中的传播轨迹不再是折线，而是一条近似于正弦型的曲线。

渐变光纤的导光原理：

    依据折射原理,光线最迟在芯包界面发生全反射，将子午射线限制在纤芯中向前传播的。

渐变光纤的导光示意图

    当r=0时光线的轨迹。可以看出，从光纤端面上同一点发出的近轴子午光线经过适当的距离后又重新汇集到一点。也就是说，它们有相同的传输时延，有自聚焦性质。

对比图：

    光纤的损耗决定了光信号在光纤中被增强之前可传输的距离。

光纤损耗的来源：

    （1）光纤材料的吸收与散射损耗；

    （2）光纤的弯曲辐射损耗；

    （3）光纤的连接；

    （4）耦合损耗。

1）光纤材料的吸收与散射损耗；

    本征吸收：光纤材料对光信号的吸收。

    杂质吸收：杂质不是指光纤中的掺杂物，而是由于材料不纯净及工艺不完善而引入的杂质，如过渡金属离子和OH-离子。

    原子缺陷吸收：由于材料受到热辐射或光辐射引起的。

    散射损耗：在光纤材料中，由于某种远小于波长的不均匀性引起的光散射构成光纤的散射损耗。

损耗主要机理：材料吸收、瑞利散射和辐射损耗

（2）光纤的弯曲辐射损耗

    光纤实际应用中不可避免的要产生弯曲，这就伴随着产生光的弯曲辐射损耗。

（3）光纤的连接损耗

（4）耦合损耗

    光源与光纤的耦合损耗

    光纤与光器件的耦合损耗

  光纤传输特性和光学特性

    光纤的传输特性和光学特性对光纤通信系统的工作波长、传输速率、传输距离和信息质量等都有着至关重要的作用。

    光纤的传输特性和光学特性具体涉及到的适用特性有：衰减、色散、截止波长、模场直径、基带响应、数值孔径、有效面积、光学连续性和微弯敏感性等等。

其中主要特性包括：

1.数值孔径NA

    入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。

对于阶跃型光纤，当光线在纤芯与包层界面上发生全反射时，光波在纤芯中传播轨迹为折线，相应的端面入射角记为光纤波导的孔径角（或端面临界角）。即只有光纤端面入射角大于的光线才能在光纤中传播，故光纤的受光区域是一个圆锥形区域，圆锥半锥角的值就等于。为表示光纤的集光能力大小，定义光纤波导孔径角的正弦值为光纤的数值孔径（NA），即：

    在光学中，数值孔径是表示光学透镜性能的参数之一。用放大镜把太阳光汇聚起来，能点燃纸张就是一个典型例子。若平行光线照射在透镜上，并经过透镜聚焦于焦点处时，假设从焦点到透镜边缘的仰角为θ，则取其正弦值，称之为该透镜的数值孔径， 　 光纤的数值孔径大小与纤芯折射率，及纤芯－包层相对折射率差有关。从物理上看，光纤的数值孔径表示光纤接收入射光的能力。NA越大，则光纤接收光的能力也越强。从增加进入光纤的光功率的观点来看，NA越大越好，因为光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。但是NA太大时，光纤的模畸变加大，会影响光纤的带宽。因此，在光纤通信系统中，对光纤的数值孔径有一定的要求。通常为了地把光射入到光纤中去，应采用其数值孔径与光纤数值孔径相同的透镜进行集光。 数值孔径是多模光纤的重要参数，它表征光纤端面接收光的能力，其取值的大小要兼顾光纤接收光的能力和对模式色散的影响。

2.模场直径d

    模场直径表征单模光纤集中光能量的程度。 由于单模光纤中只有基模在进行传输，因此粗略地讲，模场直径就是在单模光纤的接收端面上基模光斑的直径（实际上基模光斑并没有明显的边界）。 可以极其粗略地认为（很不严格的说法），模场直径d 和单模光纤的纤芯直径相近。

3.截止波长λc

    我们知道，当光纤的归一化频率V小于其归一化截止频率Vc时，才能实现单模传输，即在光纤中仅有基模在传输，其余的高次模全部截止。 也就是说，除了光纤的参量如纤芯半径，数值孔径必须满足一定条件外，要实现单模传输还必须使光波波长大于某个数值，即λ≥λc，这个数值就叫做单模光纤的截止波长。 因此，截止波长λc的含义是，能使光纤实现单模传输的最小工作光波波长。也就是说，尽管其它条件皆满足，但如果光波波长不大于单模光纤的截止波长，仍不可能实现单模传输。

4.回波损耗---Return Loss

    回波损耗又称为反射损耗，它是指出光端，后向反射光相对输入光的比率的分贝数，回波损耗愈大愈好，以减少反射光对光源和系统的影响.

5.接收灵敏度(Receiver Sensitivity)

    衡量接收端为保证一定误码率(1×10exp(-12))所需接收的最小平均光功率,单位为 dBm.

6.误码率

    误码率是指在较长一段时间内,经过接收端的光电转换后收到的误码码元数与误码仪输出端给出码元数的比率.

7.瑞利散射

    光纤在加热制造过程中，热骚动使原子产生压缩性的不均匀，造成材料密度不均匀，进一步造成折射率的不均匀。这种不均匀在冷却过程中固定下来，引起光的散射，称为瑞利散射。

8. 鬼影

    它是由于光在较短的光纤中，到达光纤末端B产生反射，反射光功率仍然很强，在回程中遇到个活动接头A，一部分光重新反射回B，这部分光到达B点以后，在B点再次反射回OTDR，这样在OTDR形成的轨迹图中会发现在噪声区域出现了一个反射现象。

9. 死区

死区的产生是由于反射淹没散射并且使得接收器饱和引起，通常分为衰减死区和事件死区两种情况。

     1)、衰减死区：从反射点开始到接收点回复到后向散射电平约0.5db范围内的这段距离。这 是OTDR能够再次测试衰减和损耗的点。

     2)、 事件死区：从OTDR接收到的反射点开始到OTDR恢复的反射点1.5db一下的这段距离，这里可以看到是否存在第二个反射点，但是不能测试衰减和损耗。

10.后向散射系数

    如果连接的两条光纤的后向散射系数不同，就很有可能在OTDR上出现被测光纤是一个增益器的现象，这是由于连接点的后端散射系数大于前端散射系数，导致连接点后端反射回来的光功率反而高于前面反射回的光功率的缘故。遇到这种情况，建议大家用双向测试平均趣值的办法来对该光纤进行测量。

11. 动态范围

    它表示后向散射开始与噪声峰值间的功率损耗比。它决定了OTDR所能测得的最长光纤距离。如果OTDR的动态范围较小，而待测光纤具有较高的损耗，则远端可能会消失在噪声中.

12.吸收

    在光纤传输中，如果光（光子流）所拥有的频率具有的能量等于材料的能级距离，这种光会被材料吸收。这种吸收导致光功率的损耗，而减少损耗可以通过改变光的频率或改善材料。材料的主要吸收波峰在945nm、1240nm、1380nm处。在实际应用中，改善材料的方法已经达到极限，我们只能通过改变光的频率。符合需求的光波长有三个吸收较小的区域，分别位于850nm附近，1300nm附近和1500nm附近，这三个区域被称为透明窗口。