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導(dǎo)讀   

2009年，香港中文大學(xué)原校長(zhǎng)、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(jiǎng)，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(shí)，高錕也被譽(yù)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(jìn)入更全面的信息時(shí)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(dú)到的眼光，帶您走進(jìn)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(hào)，材質(zhì)以玻璃或有機(jī)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弧Ｋ哂兄亓枯p、通信容量大、信號(hào)損耗小、傳輸距離長(zhǎng)、保密性能好、不受電磁干擾以及原材料豐富等優(yōu)點(diǎn)。

光纖制造包括制棒和拉絲兩個(gè)主要工序，通過摻雜不同元素制作一個(gè)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(jī)械強(qiáng)度和韌性，外面會(huì)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(hào)，可以對(duì)微觀表面進(jìn)行觀察、對(duì)微區(qū)中的元素進(jìn)行測(cè)試分析。

使用島津電子探針EPMA對(duì)不同類型的光纖進(jìn)行線、面分析測(cè)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(cè)試結(jié)果可以觀察摻雜元素的含量及各種元素的擴(kuò)散情況，可以對(duì)光纖的研發(fā)、設(shè)計(jì)及產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)價(jià)。

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(cè)試時(shí)，實(shí)現(xiàn)了特征X射線檢測(cè)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(gè)模式的光信號(hào)，其纖芯很小，約4~10um，其優(yōu)點(diǎn)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(zhǎng)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(diǎn)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(cè)試結(jié)果

從測(cè)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(xiàn)介紹，其第一環(huán)具有可移動(dòng)零色散波長(zhǎng)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(shí)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(jí)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(shì)，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(qiáng)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(yàn)的整個(gè)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?yàn)楣馔ㄐ牌髽I(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(hù)航。

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