电子探针丨带您走进光纤的微观世界

 

   导读   

 

2009年，香港中文大学原校长、中国科学院外籍院士、英国华裔物理学家高锟获得了该年度的诺贝尔物理学奖，距离他取得突破性成果的1966年已过去40多年。如今，他提出的用一条比头发丝还要细的光纤替代以往体积庞大的铜导线，早已成为现实，高锟也被誉为“光纤之父”。可预见的未来，光纤通信将继续引领人类进入更全面的信息时代。
一根比头发丝还细的光纤何以如此重要，它有何过人之处，我们借助岛津电子探针独到的眼光，带您走进光纤的微观世界。

 

 

 

光纤小科普

 

光纤即光导纤维(Optical Fiber)，是以光脉冲的形式传输信号，材质以玻璃或有机玻璃为主的网络传输介质。光纤通信是现代信息传输的重要方式之一。它具有重量轻、通信容量大、信号损耗小、传输距离长、保密性能好、不受电磁干扰以及原材料丰富等优点。

光纤制造包括制棒和拉丝两个主要工序，通过掺杂不同元素制作一个包含多层不同折射率的玻璃棒即光纤预制棒，然后在约2000℃的高温环境下使玻璃软化拉成直径约100微米的细丝，为了增加机械强度和韧性，外面会包裹高分子涂覆层。

 

电子探针能看到什么

 

电子探针显微分析仪，借助聚焦加速的电子束轰击试样激发的信号，可以对微观表面进行观察、对微区中的元素进行测试分析。
使用岛津电子探针EPMA对不同类型的光纤进行线、面分析测试。从单根光纤试样横截面的元素线分布特征和面分布的测试结果可以观察掺杂元素的含量及各种元素的扩散情况，可以对光纤的研发、设计及产品进行评价。

岛津电子探针通过配置4英寸罗兰圆半径的、全聚焦型分光晶体，以及52.5°高X射线取出角，在微量元素、超轻元素和稀土元素测试时，实现了特征X射线检测的灵敏度和分辨率的兼顾。

岛津电子探针EPMA-1720

岛津电子探针EPMA-8050G

 

单模光纤

 

单模光纤即只能传输一个模式的光信号，其纤芯很小，约4~10um，其优点是只传输主模，可完全避免模间色散，使得传输频带很宽，适用于大容量、长距离的主干网络。

下面我们借助岛津电子探针EPMA-1720看看单模光纤在非肉眼可见的、元素分布上有何特点吧。

a.G.655 光纤纤芯背散射图像(BSE)特征及面分布位置

b.元素F的面分布和线分布特征
c.元素Si的面分布和线分布特征

d.元素P的面分布和线分布特征

e.元素Cl的面分布和线分布特征

f.元素Ge的面分布和线分布特征

单模光纤纤芯横截面的面分析与线分析测试结果

从测试结果可以看出这种光纤的折射率剖面为双环芯结构。纤芯直径6um，外环约16um，主要掺杂Ge+P+F。根据文献介绍，其第一环具有可移动零色散波长的作用，引入微量色散抑制光纤的非线性，外环主要用来实现增加有效面积及防止光泄露到包层而改善微弯曲性能，降低微弯曲损耗。

 

 

结语

 

作为重要的国家级基础设施，光纤通信凭借在速度、容量和传输距离上都有很大的优势，使得光纤通信技术已经成为重要的支柱性产业，未来发展空间广阔。

岛津电子探针通过搭配52.5°高取出角和全聚焦晶体波谱仪，具有高分辨率和高灵敏度的特征，凭借其在微区分析的强大能力，在光纤预制棒、烧缩工艺后质量控制和最终成品光纤复核检验的整个开发及生产流程以及残次品的失效分析中都可应用，能够为光通信企业及研究院的产品研究开发、技术突破等方面保驾护航。

 

电子探针带您走进光纤的微观世界 后续预告

 

  • 多模光纤
  • 低损耗光纤

 

本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

作者: 
赵同新
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EPMA-1720 Series

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