电子探针丨带您走进光纤的微观世界-低损耗光纤

导语

信息关乎一切，为满足信息化数字化支撑新质生产力的创新发展目标和要求，国家层面在算力枢纽、大数据和云计算集群、“东数西算”等工程作了资源调配和长远的规划。用户层面对高质量视频和数据传输需求、对低时延的更苛刻要求、5G技术使用的接入，以及千兆光纤入户规划，对超高速互联网接入的追求似乎永无止境。低损耗光纤的研究正是为了满足高质量的数据接入需求。

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，可以为光通信企业及研究院的产品生产、研发、技术突破等方面，如未来的多芯或空芯的研究提供坚实的数据支持。

光纤损耗小科普

光纤损耗是指每单位长度上的信号衰减，单位为dB/km。光纤损耗的高低直接影响了传输距离或中继站间隔距离的远近，对光纤通信有着重要的现实意义。

光纤之父高锟博士提出：光纤的高损耗并不是其本身固有的，而是由材料中所含的杂质引起的。之后，科研人员和光通信企业开始致力于光纤损耗降低的课题研究。

根据光纤损耗，把光纤大致分为普通光纤、低损耗光纤、超低损耗光纤三类，其中，

• 普通光纤衰减为0.20dB/km左右，

• 低损耗光纤衰减小于0.185dB/km、

• 超低损耗光纤的衰减小于0.170dB/km。

长久以来，国外厂商在低损耗和超低损耗光纤的研究中保持领先地位。现在国内新建主干网络以及骨干网的升级改造中已有大规模低损耗光纤的部署。

岛津电子探针的特点

岛津电子探针EPMA通过配置统一四英寸罗兰圆半径的、兼具灵敏度和分辨率的全聚焦分光晶体，以及52.5°的特征X射线高取出角，使之对于微量元素的测试更具优势，不会错过微量元素的轻微变化。

【注：从微米级别空间尺度产生的元素特征X射线经过全聚焦晶体衍射后还会汇聚到微米级别范围，不会有检测信号的损失，也无需在检测器前开更大尺寸的狭缝，从而具有更高的特征X射线检测灵敏度和分辨率。】

【注：高取出角可获得特征X射线试样在基体内部更短的穿梭路径，减少基体效应的影响，即更少的基体吸收更少的二次荧光等，从而具有更高的特征X射线检测灵敏度。】

在远距离传输中，由于光纤材料的吸收（材料本征的紫外和红外吸收以及金属阳离子和OH-等杂质离子吸收）和散射、光纤连接以及耦合等方面造成的衰减问题难以避免，低损耗光纤的推出则为解决这一难题提供了新的思路。在骨干网改造、超高速宽带网络的建设过程中，低损耗(Low-loss optical fiber, LL)、超低损耗(Ultra-low-loss optical fiber, ULL)光纤已有大规模部署。

我们使用岛津电子探针EPMA-1720测试了两种低损耗光纤。

• 第一种光纤为单模光纤，纤芯直径10μm，掺杂Ge+F。

低损耗光纤元素分布情况测试结果如下：

• 第二种光纤纤芯为比较高纯度的SiO2，在包层区掺氟降低折射率，未掺杂常规元素Ge。定量元素线、面分布特征分析见以下系列图。

超低损耗光纤元素分布情况测试结果如下：

结语

信息通信是重要的国家级基础设施，通信光纤建设也是重要的民生工程，对高质量数据通信要求都在不断提高。目前骨干超高速400G、800G乃至1T的工程规划都给光通信企业带来机遇和挑战，研发和生产亦是永无止境。岛津电子探针有着高灵敏度和高元素特征X射线分辨率的特性，能够为光通信企业及研究院的产品开发、技术突破等方面提供可靠的检测和分析手段。

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