1、概述:

光纤阵列(FA)因体积小、集成度高等优势在光纤通信领域应用广泛。它需要剥纤切割、点胶固化、研磨抛光等各种操作步骤制作。在剥纤和胶水固化等操作中,很容易因操作不当给光纤带来微裂纹或微损伤,经过较长时间或在恶劣的环境下,损伤裂化极易造成断裂,产生严重损耗或失效。而使用OLI能在每个产品制作完成后,对每个通道逐一进行扫描检测,规避生产过程中可能出现的损伤,大大减少后期因隐形损伤带来的稳定性问题。

下面的测试案例即是某客户使用OLI对其特殊定制的FA进行失效检测的结果分析。

2、测量:

客户的FA结构示意图如下:


其中一段研磨成平面,并镀膜(增反或增透),每一通道的光纤为普通单模光纤,输出端夹角为特殊角(远大于8度)。

实际的测试接线示意图如下:


分别测量正常通道与异常通道,两种状态下得到的扫描曲线结果如下图所示:


其中,红色曲线为正常曲线结果,蓝色曲线为异常结果。

3、分析

为确定每一个峰值对应实际结构的具体位置和形成原因,我们把待测FA拿掉,得到结果曲线中只有一个峰,即转接跳线的最后一个面,具体位置对应测量样品结果中最左边的一个峰。

观察计算图中每个峰的间距如下:


正常曲线结果(红线):可观察得到第一峰和第二峰间距为15mm(从左往右),与待测样品结构对应上(第一峰对应镀膜面,第二峰对应倾角面),但是除此之外,还有第三峰,这是怎么情况呢?

对于FA的输入面,其是一个平面还镀膜,它的反射较大,当光从有倾角的面返回时,部分光直接从镀膜面透过被设备检测到(即第二峰),还有部分光会在镀膜面再次反射,再次反射光会按照原光路多走一遍,即会多走一个FA的长度,即15mm,此二次反射光即对应第三峰。下图具体演示了每个反射峰对应的光路走法。


所以,结果曲线上显示每个峰之间间距为待测FA的长度15mm,而2次反射的峰也间隔15mm,我们可以推断,甚至还有3次反射(在15mm之后),只不过每反射一次,光信号被削弱一次,后面的峰因强度太低,没有检测到而已。

弄清楚以上光路行进过程以后,我们可以用更简单直观的图示分析方法来展示,二次反射可以用平面镜镜像来画图分析,如下所示:


异常曲线结果(蓝线):可观察到第一峰、第四峰、第七峰间距均为15mm(从左往右),根据以上正常结果曲线的分析,此三个峰分别对应正常结果(红线)的第1、2、3峰。除此之外,异常通道结果还有第2、3、5、6峰(本样品经客户拆解后用高倍显微镜观察得到,仅距镀膜面5mm处有一个破损点)。下面具体分析其成因。

2峰距离第1峰5mm,说明在距离镀膜端5mm处有一个失效点(断裂或破损),由于端面镀膜,存在高反射,所以原光二次反射后,10mm处又会产生一个峰,此峰低于首次反射的强度,大约-68db左右,而异常点首次反射强度大约在38db左右。

同时一次反射、二次反射光除了部分直接通过镀膜面回来,还会有部分反射到倾角面,再次反射一遍,即在15mm以后再次出现两个峰,此两个峰即对应5、6峰。


由光路示意图和测量峰值结果可以看到,镜像峰和实际异常点产生的峰值回损成比例的降低,距离间隔一模一样,符合光的相关理论;假设入射光足够强(或者设备探测灵敏度无限低、测量长度足够长),还会有更多等比例减小的反射相干峰出现。此种现象非常类似多光束干涉情况


4、总结

对于较复杂的光路探测情况,OLI可以很好的检测到光在每点的反射强度,甚至光在光路中有来回反射的情况均能有效的检测出来,对于分析样品内具体光的行进过程,理解样品的结构,有非常大的帮助和指导意义。开发人员或工程师可通过测量结果,分析内部结构、失效点位置和个数,失效点的具体回损值,样品结构中各个特殊面、点或结构之间的反射影响等。在新品开发、出货检测、故障品的失效分析等领域均可提供实测数据支撑,为后续的产品改进提升提供理论参考。


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