簡述光纖衰減器的技術(shù)和應(yīng)用

光纖功率衰減可利用多種方法實現(xiàn)，適用于單模、多模或保偏光纖應(yīng)用，提供可調(diào)或固定的衰減。本文將從不同的技術(shù)角度介紹Thorlabs光纖衰減器及其應(yīng)用。

基于氣隙寬度的多模衰減

光纖功率衰減可通過在兩端面之間引入一定的間隙實現(xiàn)，使得第一根光纖只有部分光能進入第二根光纖。氣隙越寬，衰減越大。這種衰減方法的性能和波長無關(guān)，但不同的纖芯直徑和數(shù)值孔徑(NA)會有不同的衰減量。它們就相當于更長的光纖匹配套管，使用時只要每端接一根適合的光纖，比如下圖中使用可調(diào)衰減器連接光譜儀和寬帶光源。

• 使用可調(diào)多模光纖衰減器連接光譜儀 -

Thorlabs提供用于多模光纖的可調(diào)和固定光纖衰減器。可調(diào)衰減器通過兩個螺母改變氣隙寬度，固定衰減器提供從0.2到5.8 mm的氣隙寬度可選。下面展示了可調(diào)衰減器的使用方法和幾種不同長度的固定衰減器。

可調(diào)多模光纖衰減器的使用方法

0.2 mm氣隙

1.4 mm氣隙

5.8 mm氣隙

完全擰入SMA接頭后的截面圖(2.6 mm氣隙版本)

基于吸收的單模衰減

Thorlabs單模光纖固定衰減器通過一根對偏振不靈敏的摻雜光纖達到指定的衰減。這種衰減器的工作波長范圍從1240到1620 nm，使用時只需將適配光纖插入即可；多個衰減器還可疊加使用。

我們提供FC/PC和FC/APC兩種版本的固定單模光纖衰減器，每種版本各有六種不同的衰減量可選(從3到25 dB)，而衰減器套件包含所有六種固定衰減值。

PC光纖衰減器

光纖衰減器應(yīng)用：激光雷達模擬器

為了模擬太空激光雷達在三個波長處的回波探測性能，研究人員開發(fā)了下圖所示的模擬器。它利用非線性作用只用一個激光二極管產(chǎn)生三種波長，每種波長都有不同功率的兩種脈寬。

Ref: doi.org/10.1117/12.2601249

為了模擬微弱的回波信號，1064和532 nm探測級都通過了Thorlabs不同類型的光纖衰減器減小功率，包括前面介紹的固定單模衰減器(Attn FIX)和文末要介紹的電子可調(diào)衰減器(VAR Attn)。作為歐洲溫室氣體傳感項目(HOLDON)的一部分，這個模擬系統(tǒng)已能滿足峰值功率、脈沖形狀、脈沖寬度和動態(tài)范圍的嚴格要求。

基于雙準直器的衰減

通過在兩個光纖準直器之間應(yīng)用某種阻擋或偏移機制也能構(gòu)造衰減器。下面是基于透鏡準直器的兩種衰減方法。

單波段衰減

雙波段衰減

這種方法可雙向工作，在寬衰減范圍內(nèi)實現(xiàn)精確控制，但一般因損耗受模式影響而不太適合多模光纖，而且因波長影響也不太適合寬帶信號。Thorlabs提供基于雙透鏡準直器的窄帶可調(diào)衰減器，可通過旋鈕調(diào)節(jié)，包括單模和保偏光纖版本，具有多種波長選項，帶寬為30或40 nm。

為了實現(xiàn)多模寬帶衰減，我們可以使用反射式離軸拋物面(OAP)鏡作為準直器，其金屬膜的工作波長范圍從紫外到中紅外，同樣在自由空間光路中插入可調(diào)擋光片、濾光片或比色皿等器件就能實現(xiàn)衰減。這種衰減裝置適合吸收光譜應(yīng)用，可測量材料的光學(xué)性質(zhì)。下面是FOFM系列多模光纖衰減器的工作原理和應(yīng)用圖示。

電子可調(diào)光纖衰減器

為了方便系統(tǒng)集成，Thorlabs提供電子可調(diào)光纖衰減器，包括單模和保偏版本，整體工作波長范圍從450到2300 nm，最高衰減可達30 dB以上。它們是基于微機電系統(tǒng)(MEMS)的器件，通過0到5 V驅(qū)動電壓控制輸入和輸出光纖的耦合比。施加電壓越高，透過率越低，衰減度越大。另外，這些高速可調(diào)衰減器支持最高1 kHz的調(diào)制頻率。

不同型號的典型曲線

對于更高的集成度，EVOA系列小型臺式儀器提供更豐富的使用特性。它們通過旋鈕手動調(diào)節(jié)或通過外部電壓控制光纖衰減，并可顯示和鎖定已校準的輸出功率。