各种光谱运用都需求可以在广谱光谱上传达光的高功能光纤。在波长规模上,具有广谱光谱的光纤可以相对均匀地传输大规模的波长。这在光谱运用中是特别 有利的,因为它扩展了丈量规模和设备灵敏度。在许多情况下,它答应光谱仪长途放置,并经过广谱光纤连接到剖析区域。其成果是可以搜集和剖析更大波长规模上 的更多光谱信息。
在光纤传感范畴,有许多使命业、化学和生物医学运用可获益于可以在十分广的光谱规模内丈量光信号。但是,光纤曩昔一向遭到 其传输光谱规模的约束。在紫外线(UV)波长下,高-OH成分的光纤体现更好;但是,在近红外(Near Infrared, NIR)波长内,尤其是在980、1250和1383 nm上,-OH成分会构成十分大的吸收区域。相反,在光谱的NIR区域,低-OH成分的光纤会体现杰出,但UV功能却趋向差。尽管两种类型的传统光纤在大 大都可见光谱内传输杰出,但它们在光谱规模上都遭到约束。
突破性广谱光纤的光纤技能
Molex 公司子公司Polymicro Technologies已成功地出产出一种广谱光纤(broad spectrum optical fiber,FBPI),具有低-OH纯二氧化硅纤芯(pure silica core),UV缺点成分和其它UV吸收中心明显下降。Polymicro FBPI光纤选用专有工艺,有效地结合了规范光纤的长处,并减少了缺点。在十分广的光谱规模上展现了改善的传输功能,硅基(silica-based)、 宽波段FBPI光纤的出产芯径规模为50-600 μm。
运用不同光源包含氘灯(Deuterium)和钨卤素灯(Tungsten- halogen)进行的广泛的光谱功能测验成果一向是极好的。在超越2100 nm的NIR波长区域,新FBPI光纤的衰减相当于具有低-OH硅芯和F-掺杂(F-doped)覆层的规范NIR光纤。
突破性FBPI光纤的另一个重要特性是抗日晒损害等级,而这些损害是由暴露在高度的UV照耀下引起的。FBPI光纤具有低至200 nm的优异UV传输功能,而UV缺点密度已明显下降,这样它的日晒脆化功可以与规范UV优化的高耐辐射性的高-OH光纤相比美。
FBPI光纤的光谱衰减功能
FBPI 光纤的衰减性已在三个不同的波段内进行了严厉测验:1) UV (200-400 nm);2) 可见光(Visible) (400-900 nm);和3) NIR (900-2100 nm)。每种测验运用了Ocean Optics公司专为特定波长规模规划的光纤光谱仪。因为在不同波长规模上具有不同的衰减,所以运用不同的光纤长度以取得最佳测验灵敏度。具体来说,15 m长的用于UV规模测验,而大约200 m长的则用于可见光和NIR测验。用于UV测验的光源为氘灯,而可见光和NIR测验的光源则为钨卤素灯(Tungsten-halogen)。
图1运用了回截办法(cutback method)来测验衰减。光被发射经过测验样品的整个长度,然后光谱仪记载接收到的光谱。随后,样品被剪短到2m长,而光谱仪也记载该光谱。比较两个波长的光谱,核算衰减作为波长的函数。
图1:FBPI光纤光谱衰减测验设置
下图2显现了比较FBPI与其它三种Polymicro光纤的光谱衰减功能图:
● 低-OH:用于NIR的规范FIP光纤
● 高-OH:FVP(用于UV/可见光的规范高-OH光纤)、UVM(UV优化的高-OH预制品)、UVMI(加氢UVM光纤)和FDP(深度UV优化的光纤,具有高UV辐射抗性)
● FBP:现有的广谱光纤,没有针对NIR衰减或UV日晒抗性而优化
● FBPI:新的广谱光纤,已针对NIR衰减和UV日晒抗性而优化
如图所示,新FBPI光纤展现了UV中高- OH光纤和NIR中低-OH光纤的最佳功能
图2:光谱衰减比较
FBPI光纤的UV抗日晒性
石英光纤易受UV诱发的衰减影响。长时间暴露在UV辐射(俗称日晒) 下所诱发的损害会导致传输损耗。大大都衰减发生在小于250 nm的波长内,而峰值损害发生在214 nm上,损害的程度依据光纤的类型而有很大的不同。下图3显现了新FBPI光纤的UV照耀功能与UV中运用的其它光纤的比较。
日晒抗性 (solarization resistance) 选用被称为“四小时UV照耀测验”来评测,此测验运用2m段光纤。光从高强度氘灯发射到光纤内,并运用聚集透镜来使214 nm上(一般对UV日晒最为灵敏的波长)的强度最大化,运用Ocean Optics的UV光谱仪来监控测验样品的输出,并搜集四个小时的数据。
在 整个测验过程中盯梢六个重要的波长(214、229、245、255、266和330 nm),一起也丈量整个光谱,并在测验的开端和完毕时进行比较。跟着测验的进行,每个波长的功能下降速率在减小,在抱负情况下,在四小时测验完毕前到达饱 和点。在UV光纤中,可以快速饱满,并且功能下降最少的是最抱负的质量。饱满下的功能下降程度大大都与光强度无关,添加强度往往仅改动到达饱满的速度。
图3:四小时UV照耀测验设置
四小时UV照耀测验的成果如下图4所示。此图也显现了一般在UV区域中运用的其它光纤的数据,以便利比较。规范高-OH FVP光纤,一般在可见光/UV运用中运用,如图5所示。从特别预制品中提取专为UV功能优化的UVM光纤的数据,如图6所示。最终,为深度UV作业而优 化具有高辐射抗性的FDP光纤的数据,如图7所示。
图4:新FBPI光纤的四小时UV照耀测验
图5:规范高-OH FVP光纤的四小时UV照耀测验
图6:针对UV优化的UVM光纤的四小时UV照耀测验
图7:深度UV FDP光纤的四小时UV照耀测验
测验成果评测标明,新的宽波段FBPI光纤明显改善了日晒功能,超越了规范高-OH FVP光纤,一起可与UV优化的UVM光纤比美。
FBPI光纤的潜在运用
FBPI 宽波段光纤展现了高-OH光纤的UV功能和低-OH光纤的NIR功能,可以用于需求在大规模波长上进行传感的运用。现在有两家公司正与Polymicro Technologies合作开发运用FBPI光纤的产品,已在构建运用FBPI光纤的原型产品:长寿命宽波段光源和光纤耦合输出,用于更简略的光纤系 统。这些紧凑型光源旨在消除一起运用多个灯(D2/钨/氙弧光) 的需求,并在整个UV-Vis-NIR光谱(170-2100 nm)中供给了十分高的亮度。
FBPI的全景才能,有望推进光谱仪在各种或许获益于更广泛光谱化学剖析的现有和新式运用中的开展。因为已开 发了全光谱读取仪来坚持与光纤技能开展同步,FBPI光纤有或许在一系列运用中替代传统光纤,而这些运用包含高功能宽波段光谱运用、先进成像、光纤测验、 环境监测、气相丈量、精细外科手术和工业激光以及高功能气体或液体色谱剖析。
图8:FBPI仅需一种光纤