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電子探針丨帶您走進光纖的微觀世界
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導讀
2009年，香港中文大學原校長、中國科學院外籍院士、英國華裔物理學家高錕獲得了該年度的諾貝爾物理學獎，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)絲還要細的光纖替代以往體積龐大的銅導線，早已成為現(xiàn)實，高錕也被譽為“光纖之父”?？深A見的未來，光纖通信將繼續(xù)引領人類進入更全面的信息時代。
一根比頭發(fā)絲還細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。
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果
從測試結果可以看出這種光纖的折射率剖面為雙環(huán)芯結構。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。
結語
作為重要的國家級基礎設施，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，在光纖預制棒、燒縮工藝后質(zhì)量控制和最終成品光纖復核檢驗的整個開發(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)、技術突破等方面保駕護航。
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