島津EPMA在通信光纖測試中的應用

光纖即光導纖維(Optical Fiber)，是以光脈沖的形式傳輸信號，材質以玻璃或有機玻璃為主的網絡傳輸介質。光纖通信是現代信息傳輸的重要方式之一。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點。

光纖由三部分構成：芯層(Core)、包層(Cladding)、涂覆層(Coating)。涂覆層一般有兩層：內層(Buffer layer）和外層(Top layer)。光纖的原理和傳輸過程是利用光在芯層的折射或在芯層與包層界面上的全反射效應實現光信號的傳播。搭配52.5°高取出角和全聚焦晶體波譜儀WDS 的島津電子探針EPMA 具有高分辨率和高靈敏度兼顧的特點，憑借其在微區分析的強大能力，可以在光纖預制棒、燒縮工藝后質量控制和最終成品光纖復核檢驗的整個開發及生產流程以及殘次品的失效分析中發揮重要作用。

圖1. 島津場發射電子探針EPMA-8050G

島津EPMA-8050G型電子探針（圖1）搭載高質量場發射電子光學系統，結合島津*的52.5°高X射線取出角和全聚焦晶體，可以實現：

1)                      *的空間分辨率

EPMA-8050G可達到的更高級別的二次電子圖像分辨率3nm（加速電壓30kV）。

（加速電壓10kV時20nm@10nA/50nm@100nA/150nm@1μA）

2)                      大束流更高靈敏度分析

可實現其他儀器所不能達到的大束流（加速電壓30kV時可達3μA）。在超微量元素的檢測靈敏度上實現了質的飛躍，將元素面分析時超微量元素成分分布的可視化成為現實。

島津研發部門使用EPMA-8050G儀器分別對單模和多模光纖進行線、面分析測試。從單根光纖試樣的橫截面的元素線分布和面分布的測試結果可以觀察摻雜元素的含量及擴散分布情況。

01  G.655非零色散位移單模光纖（G.655-Non-zero dispersion shifted single-mode optical fiber）

單模光纖的纖芯很小，約4~10μm，其優點是只傳輸主模可避免模間色散，使得傳輸頻帶很寬，傳輸容量大，距離長。

從測試結果（圖2）可以看出這種光纖的折射率剖面為雙環芯結構。纖芯直徑6μm，外環約16μm，主要摻雜Ge+P+F。根據文獻介紹，其第一環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，外環主要用來實現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。

a.  G.655光纖纖芯背散射圖像（BSE）

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

圖2. 單模光纖G.655纖芯橫截面的面分析和線分析測試結果

02 G.651漸變型多模光纖（G.651-Graded-index multi-mode optical fiber）

多模光纖：中心纖芯較粗（50或62.5μm），可傳多種模式的光。其特點是低衰減、高帶寬及優異的抗彎曲性能，只能用于短距離傳輸，適用于千兆以太網。多模光纖分為階躍型和漸變型。

從測試情況（圖3）看，此次測量的光纖纖芯直徑50μm，為G.651 A1a 類A光纖，屬于漸變型光纖。這種光纖的纖芯折射率是不均勻的，按一定規律連續變化的。折射率在光纖軸心處最大，隨著纖芯半徑的值增大而逐漸減小，直到最大時折射率減小為包層的折射率。為了獲得折射率梯度，添加的Ge元素的濃度也具有梯度特征，另外F元素的分布不符合預想的主要聚集于纖芯的特征，也不具有對稱性，這或會導致光信號在傳輸過程中出現很高的衰減。

a. G.651光纖纖芯背散射圖像（BSE）

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

圖3. 多模光纖G.651纖芯橫截面的面分析和線分析測試結果

文章圖譜來源：島津場發射電子探針EPMA-8050G分析數據

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