后向反射器

用于将通过接头输入的光从光纤中向后反射的产品

后向反射器设计用于将通过接头输入的光从光纤中向后反射。它们可以用于产生一个光纤干涉仪或用于构建一个低功率光纤激光器。这些后向反射器极其适合用于准确测量发射机、放大器和其它器件的后向反射规格。

器件简介

光纤后向反射器具有单模(SM)、保偏(PM)或多模(MM)光纤这几种版本。光纤插芯的一端有一层保护层的银膜，可以为450 nm到光纤波长上限的范围内提供≥97.5%的平均反射率。末端封装在Ø9.8 mm(0.39英寸)的不锈钢外壳中，上面刻有部件型号。套管的另一端接有一个FC/PC(可以是SM、PM或MM光纤)或FC/APC(可以是SM或PM)的2.0 mm窄键接头。对于PM光纤，窄键与其慢轴对准。

每一根跳线都包含一个保护帽，防止灰尘或者其它污染物附着在插芯末端。额外的CAPF 塑料光纤保护帽和FC/PC和FC/APCCAPFM金属螺纹光纤保护帽需要单独购买。

跳线可以通过匹配套管进行耦合，它可以将后向反射最小化，并保证光纤的可连接末端之间能够有效对准。

原理

通过三次全内反射（TIR），图像或者光线将沿原入射方向反向出射。即使入射角度不是零度，图像或者光线仍将被180°反射。对入射角的不敏感特性，使其成为实现后向反射的理想光学元件。对于这些后向反射器，入射光和反射光的平行度偏差在3弧分以内。然而，除非入射光和反射光都正好照射在该棱镜的中心位置，否则两者将不会重叠，而是偏移一定距离。例如，如果入射光照射在距离棱镜中心右边3 mm的位置，那么反射光将从距离中心左边3 mm的位置出射。此外，当反射光线经过一个实心后向反射器时，其偏振状态也会发生变化。

分类

单模后向反射器、保偏后向反射器、多模后向反射器。

应用

光纤后向反射器在产生各种全光纤器件(如光纤干涉仪、可调后向反射器和光纤放大器等)时是十分有效的。当一个后向反射器被安装在一段光纤的末端时，它可以将平均≥97.5%的光(从450 nm到光纤的波长上限)反射回光纤当中。这在光纤反射仪中是极其有效的，这样一来就不需要自由空间偶合，从而实现稳定的参考臂。

图1显示了一台扫频光源OCT(SS-OCT)干涉仪，它采用了一个光纤后向反射器。光纤耦合器(FC) 把光线分成样本和参考臂；参考臂有偏振控制器(PC)。反射光通过环形器(CIR)直接回到探测器。SS-OCT系统采用一台扫频光源和光电探测器，可以快速产生同类型的干涉图。由于扫频激光光源的快速扫频特性，各分立波长的高峰值功率可以用于对样品进行照明，从而在减小光学损伤的同时产生更高的灵敏度。

这些后向反射器的另一个实际应用为构建可调后向反射器，如图2所示。下游后向反射器的反馈信号会引起一些器件的不稳定，如激光二极管等。通过采用一个可调后向反射器，就可以确定器件对后向反射的灵敏度。可调衰减器可以让用户对器件引入标准反射。通过分析后向反射效应，用户可以计算器件的噪声水平、误码率、失真等参数。这样有效的计算器件很容易通过一个光纤耦合器、可调衰减器和光纤后向反射器进行构建。

图3显示了这些光纤后向反射器如何用于全光纤放大器的实例。其中，将一个光纤后向反射器置于一根掺饵光纤的末端，将光朝着入射光的方向反射回光纤中。用一个环形器直接将输入光和放大输出光导入其合适的光路中，这样一来偏振控制和自由空间光耦合就不需要使用偏振分束立方体。

多模光纤

在光纤中引导光

光纤属于光波导，光波导是一种更为广泛的光学元件，可以利用全内反射(TIR)在固体或液体结构中限制并引导光。光纤通常可以在众多应用中使用；常见的例子包括通信、光谱学、照明和传感器。

比较常见的玻璃(石英)纤维使用一种称之为阶跃折射率光纤的结构。这种光纤的纤芯由一种折射率比外面包层高的材料构成。在光纤中以临界角入射时，光会在纤芯/包层界面产生全反射，而不会折射到周围的介质中。为了达到TIR的条件，发射到光纤中入射光的角度必须小于某个角度，即接收角，θacc。根据斯涅耳定律可以计算出这个角：

其中，ncore为纤芯的折射率，nclad为光纤包层的折射率，n为外部介质的折射率，θcrit为临界角，θacc为光纤的接收半角。数值孔径(NA)是一个无量纲量，由光纤制造商用来确定光纤的接收角，表示为：

对于芯径(多模)较大的阶跃折射率光纤，使用这个等式可以直接计算出NA。NA也可以由实验确定，通过追踪远场光束分布并测量光束中心与光强为最大光强5%的点之间的角度即可；但是，直接计算NA得出的值更为准确。

光纤中的模式数量

光在光纤中传播的每种可能路径即为光纤的导模。根据纤芯/包层区域的尺寸、折射率和波长，单光纤内可支持从一种到数千种模式。而其中最常使用两种为单模(支持单导模)和多模(支持多种导模)。在多模光纤中，低阶模倾向于在空间上将光限制在纤芯内；而高阶模倾向于在空间上将光限制在纤芯/包层界面的附近。

使用一些简单的计算就可以估算出光纤支持的模(单模或多模)的数量。归一化频率，也就是常说的V值，是一个无量纲的数，与自由空间频率成比例，但被归为光纤的引导属性。V值表示为：

其中V为归一化频率(V值)，a为纤芯半径，λ为自由空间波长。多模光纤的V值非常大；例如，芯径为Ø50 µm、数值孔径为0.39的多模光纤，在波长为1.5 µm时，V值为40.8。

对于具有较大V值的多模光纤，可以使用下式近似计算其支持的模式数量：

单模光纤V值必须小于截止频率2.405，这表示在这个时候，光只耦合到光纤的基模中。为了满足这个条件，单模光纤的纤芯尺寸和NA要远小于同波长下的多模光纤。例如SMF-28超单模光纤的标称NA为0.14，芯径为Ø8.2 µm，在波长为1550nm时，V值为2.404。

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