電子探針丨帶您走進光纖的微觀世界
發(fā)布時間:2023-12-14 閱讀次數(shù)：575次
導(dǎo)讀
2009年，香港中文大學(xué)原校長、中國科學(xué)院外籍院士、英國華裔物理學(xué)家高錕獲得了該年度的諾貝爾物理學(xué)獎，距離他取得突破性成果的1966年已過去40多年。如今，他提出的用一條比頭發(fā)絲還要細(xì)的光纖替代以往體積龐大的銅導(dǎo)線，早已成為現(xiàn)實，高錕也被譽為“光纖之父”。可預(yù)見的未來，光纖通信將繼續(xù)引領(lǐng)人類進入更全面的信息時代。
一根比頭發(fā)絲還細(xì)的光纖何以如此重要，它有何過人之處，我們借助島津電子探針獨到的眼光，帶您走進光纖的微觀世界。
光纖小科普
光纖即光導(dǎo)纖維(Optical Fiber)，是以光脈沖的形式傳輸信號，材質(zhì)以玻璃或有機玻璃為主的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)。光纖通信是現(xiàn)代信息傳輸?shù)闹匾绞街?。它具有重量輕、通信容量大、信號損耗小、傳輸距離長、保密性能好、不受電磁干擾以及原材料豐富等優(yōu)點。
光纖制造包括制棒和拉絲兩個主要工序，通過摻雜不同元素制作一個包含多層不同折射率的玻璃棒即光纖預(yù)制棒，然后在約2000℃的高溫環(huán)境下使玻璃軟化拉成直徑約100微米的細(xì)絲，為了增加機械強度和韌性，外面會包裹高分子涂覆層。
電子探針能看到什么
電子探針顯微分析儀，借助聚焦加速的電子束轟擊試樣激發(fā)的信號，可以對微觀表面進行觀察、對微區(qū)中的元素進行測試分析。
使用島津電子探針EPMA對不同類型的光纖進行線、面分析測試。從單根光纖試樣橫截面的元素線分布特征和面分布的測試結(jié)果可以觀察摻雜元素的含量及各種元素的擴散情況，可以對光纖的研發(fā)、設(shè)計及產(chǎn)品進行評價。
島津電子探針通過配置4英寸羅蘭圓半徑的、全聚焦型分光晶體，以及52.5°高X射線取出角，在微量元素、超輕元素和稀土元素測試時，實現(xiàn)了特征X射線檢測的靈敏度和分辨率的兼顧。
島津電子探針EPMA-1720
島津電子探針EPMA-8050G
單模光纖
單模光纖即只能傳輸一個模式的光信號，其纖芯很小，約4~10um，其優(yōu)點是只傳輸主模，可完全避免模間色散，使得傳輸頻帶很寬，適用于大容量、長距離的主干網(wǎng)絡(luò)。
下面我們借助島津電子探針EPMA-1720看看單模光纖在非肉眼可見的、元素分布上有何特點吧。
a.G.655 光纖纖芯背散射圖像(BSE)特征及面分布位置
b.元素F的面分布和線分布特征
c.元素Si的面分布和線分布特征
d.元素P的面分布和線分布特征
e.元素Cl的面分布和線分布特征
f.元素Ge的面分布和線分布特征
單模光纖纖芯橫截面的面分析與線分析測試結(jié)果
從測試結(jié)果可以看出這種光纖的折射率剖面為雙環(huán)芯結(jié)構(gòu)。纖芯直徑6um，外環(huán)約16um，主要摻雜Ge+P+F。根據(jù)文獻介紹，其第一環(huán)具有可移動零色散波長的作用，引入微量色散抑制光纖的非線性，外環(huán)主要用來實現(xiàn)增加有效面積及防止光泄露到包層而改善微彎曲性能，降低微彎曲損耗。
結(jié)語
作為重要的國家級基礎(chǔ)設(shè)施，光纖通信憑借在速度、容量和傳輸距離上都有很大的優(yōu)勢，使得光纖通信技術(shù)已經(jīng)成為重要的支柱性產(chǎn)業(yè)，未來發(fā)展空間廣闊。
島津電子探針通過搭配52.5°高取出角和全聚焦晶體波譜儀，具有高分辨率和高靈敏度的特征，憑借其在微區(qū)分析的強大能力，在光纖預(yù)制棒、燒縮工藝后質(zhì)量控制和最終成品光纖復(fù)核檢驗的整個開發(fā)及生產(chǎn)流程以及殘次品的失效分析中都可應(yīng)用，能夠為光通信企業(yè)及研究院的產(chǎn)品研究開發(fā)、技術(shù)突破等方面保駕護航。
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