光纖連接器是光纖與光纖之間進(jìn)行可拆卸（活動(dòng)）連接的器件，它把光纖的兩個(gè)端面精密對接起來，以使發(fā)射光纖輸出的光能量能最大限度地耦合到接收光纖中去，并使由于其介入光鏈路而對系統(tǒng)造成的影響減到最小，這是光纖連接器的基本要求。在一定程度上，光纖連接器影響了光傳輸系統(tǒng)的可靠性和各項(xiàng)性能。

據(jù)了解，市面上按連接頭結(jié)構(gòu)形式可分為：FC、SC、ST、LC、D4、DIN、MU、MT等等各種形式，光纖連接器端面研磨方式有PC、UPC、APC型三種。如圖所示：

而光纖接頭主要有四個(gè)基本部件組成，分別是插針（插芯）、連接器體、光纜、連接裝置，光主要通過插芯進(jìn)行傳輸，若插芯損傷，會大大降低光傳輸效率，影響光纖通信。

東隆科技推出的OLI光纖微裂紋檢測儀，能精準(zhǔn)定位器件內(nèi)部斷點(diǎn)、微損傷點(diǎn)、耦合點(diǎn)以及鏈路連接點(diǎn)，廣泛用于光器件、光模塊損傷檢測。

在測試中，我們用OLI光纖微裂紋檢測儀測量LC-UPC連接頭，而測試結(jié)果顯示3個(gè)峰值，第一個(gè)峰值為LC-UPC端面、第二個(gè)峰值為連接頭內(nèi)部損傷處，距離端面5.224mm，第三個(gè)峰值為光纖接頭末端對空氣處。如下圖所示：

由此可見，東隆科技推出的OLI光纖微裂紋檢測儀，其原理基于光學(xué)相干檢測技術(shù)，利用白光的低相干性可實(shí)現(xiàn)光纖鏈路或光學(xué)器件的微損傷檢測，以亞毫米級別分辨率探測光學(xué)原件內(nèi)部，廣泛用于光器件、光模塊損傷檢測以及產(chǎn)品批量出貨合格判定。

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OLI是一款低成本高精度光學(xué)鏈路診斷系統(tǒng)。其原理基于光學(xué)相干檢測技術(shù)，利用白光的低相干性可實(shí)現(xiàn)光纖鏈路或光學(xué)器件的微損傷檢測。通過讀取最終干涉曲線的峰值大小，精確測量整個(gè)掃描范圍內(nèi)的回波損耗， 進(jìn)而判斷此測量范圍內(nèi)鏈路的性能。

該系統(tǒng)輕松查找并精準(zhǔn)定位器件內(nèi)部斷點(diǎn)、微損傷點(diǎn)以及鏈路連接 點(diǎn)。其事件點(diǎn)定位精度高達(dá)幾十微米，最低可探測到-80dB光學(xué)弱信號， 廣泛用于光纖或光器件損傷檢測以及產(chǎn)品批量出貨合格判定。

針對光纖微裂紋檢測儀（OLI）我們有了初步的認(rèn)識，那它在實(shí)際應(yīng)用中有哪些特點(diǎn)？

測試原理

光纖微裂紋檢測儀（OLI）基于光學(xué)相干檢測技術(shù)與光外差檢測技術(shù)相結(jié)合，其基本原理如下圖所示。

圖1. OLI光纖微裂紋檢測基本原理

光源發(fā)出寬帶連續(xù)光被耦合器分為兩路，其中一束作為參考光，另一束作為探測信號光發(fā)射到待測光纖中。探測光在光纖中向前傳播時(shí)會不斷產(chǎn)生回波信號，這些回波信號光與參考光經(jīng)過反射鏡后反射回耦合器發(fā)生拍頻干涉，并被光電探測器檢測。電機(jī)控制反射鏡Z移動(dòng)進(jìn)而改變參考光光程。

光電探測器檢測到的光電流可以表示為：

其中，β為光電轉(zhuǎn)換系數(shù)。上述表達(dá)式中前三項(xiàng)均被濾除（兩項(xiàng)為直流項(xiàng)，一項(xiàng)為高頻項(xiàng)），只剩最后的拍頻項(xiàng)。WL-WS為拍頻頻率fb，通過設(shè)計(jì)帶通光電轉(zhuǎn)換電路，檢測拍頻信號。

圖2. OLI距離-反射率曲線

依照光干涉理論，要發(fā)生干涉現(xiàn)象，其光程差需在相干長度范圍內(nèi)，而寬譜光的相干長度非常短，當(dāng)反射鏡移動(dòng)時(shí)，從DUT返回的回波信號與反射鏡相等距離的反射信號發(fā)生拍頻。通過處理最終的拍頻信號，DUT鏈路上每點(diǎn)反射回來信號的強(qiáng)度可以映射為該點(diǎn)的反射率（即曲線縱坐標(biāo)），DUT的實(shí)際干涉位置對應(yīng)反射鏡Z移動(dòng)的相應(yīng)距離（即曲線橫坐標(biāo)），從而形成了OLI距離-反射率曲線。

測試案例

//案例1：測量FC/APC接頭

圖3. 蓋緊的防塵帽

圖4. 測試結(jié)果

防塵帽蓋緊測量結(jié)果顯示三個(gè)峰，第一個(gè)峰為FC/APC接頭端面反射、第二個(gè)峰和第三個(gè)峰為防塵帽尾端兩個(gè)反射，如圖5所示。第一個(gè)峰和第二個(gè)峰之間相距1.47mm。

圖5. 峰值示意圖

圖6. 防塵帽向后移動(dòng)

向后移動(dòng)防塵帽，測試結(jié)果如圖7所示有三個(gè)峰，后兩個(gè)峰值有所降低，因?yàn)楣庠诳諝庵袀鬏斁嚯x變長，損耗變大，第一個(gè)峰和第二個(gè)峰間距變?yōu)?.40mm，第二個(gè)峰和第三個(gè)峰的距離不變，峰值位置符合上述分析。

圖7. 測試結(jié)果

以上峰值間距在折射率為n?=1.467（設(shè)備默認(rèn)折射率）下測得，則防塵帽向后移動(dòng)距離L?=(3.40mm-1.47mm)=1.93mm，但光在空氣傳播，折射率為n?=1，所以防塵帽實(shí)際向后移動(dòng)距離L?=L?*n?/n?=2.83mm。

//案例2：G-lens長度測量

圖8. 單波長漸變折射率透鏡與插芯耦合示意圖

端面為斜8°的單波長漸變折射率透鏡（G-lens）與帶光纖的插芯耦合在一起，測量G-lens長度。

圖9. 實(shí)際示意圖

圖10. OLI測量結(jié)果

測試結(jié)果如圖10所示，第一個(gè)峰值為插芯與G-lens耦合面反射峰，第二個(gè)峰值為G-lens尾端反射峰，測試結(jié)果中dx=2.9mm為G-lens光程長度，是在折射率為n?=1.467（設(shè)備默認(rèn)折射率）下測得，而G-lens的實(shí)際折射率為n?=1.6，則G-lens的實(shí)際長度為L=dx*n?/n?=2.66mm。

結(jié)論

光纖微裂紋檢測儀（OLI）可以精確定位整個(gè)掃描范圍內(nèi)的回波損耗，實(shí)現(xiàn)微米級光纖鏈路或光學(xué)器件的微損傷檢測。

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FA簡稱光纖陣列，是把光纖按照一定的間距排列固定起來形成的光器件，它是光進(jìn)出光器件的通道。光纖陣列分為單芯光纖陣列（SFA）和多芯光纖陣列（MFA），光纖陣列有常規(guī)FA、45°光纖懸出FA、光纖轉(zhuǎn)90°FA。

45°FA利用端面全反射使光路90°轉(zhuǎn)角與VCSEL或者PD耦合，這種方法耦合效率高，但苦于45°端面研磨工藝有較大難度，工藝制造成本高，生產(chǎn)良率不高。光纖轉(zhuǎn)90°FA通常與硅光芯片中的光柵進(jìn)行耦合，不過直接對準(zhǔn)耦合，會存在一定的角度失配，盡管國內(nèi)廠商經(jīng)過這幾年的努力與克服，已有不少廠家能夠批量制造提高良率，但FA耦合面檢測一直是通信行業(yè)所關(guān)注的熱點(diǎn)話題。

FA耦合一般都是在一些很小的尺寸里面，例如光器件、光模塊、硅光芯片等等，這些器件級的檢測對設(shè)備要求極高。而OLI光纖微裂紋檢測儀是專門針對這種微小尺寸的檢測利器，其空間分辨率高達(dá)10微米，能實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化。

OLI測量FA耦合面

多芯FA耦合面測量，測試結(jié)果顯示該耦合位置回?fù)p為-62dB，耦合情況良好

由此可見，OLI光纖微裂紋檢測儀能精準(zhǔn)定位器件內(nèi)部斷點(diǎn)、微損傷點(diǎn)、耦合面以及鏈路連接點(diǎn)，以亞毫米級別分辨率探測光學(xué)原件內(nèi)部，且廣泛用于光器件、光模塊損傷檢測以及產(chǎn)品批量出貨合格判定。

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在光學(xué)領(lǐng)域，透鏡是光學(xué)系統(tǒng)中最重要的組成元件，現(xiàn)代的光學(xué)儀器對透鏡的成像質(zhì)量和光程控制有很高的要求。尤其在透鏡的制造要求上，加工出的透鏡尺寸，其公差必須控制在允許范圍內(nèi)，因此需要在生產(chǎn)線上形成對透鏡厚度實(shí)時(shí)、自動(dòng)、精準(zhǔn)的檢測，這對提高產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和控制產(chǎn)品的質(zhì)量具有重要意義。

目前，測量透鏡中心厚度的方法主要分為接觸式測量和非接觸式測量。接觸式測量有很多弊端，如不能準(zhǔn)確找到透鏡的中心點(diǎn)(最高點(diǎn)或最低點(diǎn))，測量時(shí)需要來回移動(dòng)透鏡，效率不高，容易劃傷透鏡的玻璃表面。而非接觸測量一般采用光學(xué)的方法，能有效避免這些測量缺陷，由東隆科技自研的光纖微裂紋檢測儀（OLI）不僅可以快速精準(zhǔn)測試出透鏡的厚度，而且也不會對透鏡表面造成劃傷。

下面，讓我們學(xué)習(xí)下光纖微裂紋檢測儀（OLI）是如何高效的測量手機(jī)鏡頭的折射率和厚度。

光纖微裂紋檢測儀（OLI）

1、 OLI測量透鏡厚度

使用光纖微裂紋檢測儀（OLI）測量凸透鏡中心厚度，如圖1.所示，準(zhǔn)備一根匹配好測試長度的光纖跳線，一端接入設(shè)備DUT口，另外一端垂直對準(zhǔn)透鏡，讓接頭和透鏡之間預(yù)留一定距離，同時(shí)使用OLI進(jìn)行測量。

圖1. 測量系統(tǒng)示意圖

測量結(jié)果如圖2.所示，圖中共有3個(gè)峰值，第1個(gè)峰值為FC/APC接頭端面的反射，第2個(gè)峰值為空氣到透鏡第一個(gè)面的反射，第3個(gè)峰值為透鏡第二個(gè)面到空氣的反射。

圖2.凸透鏡厚度測試結(jié)果圖

峰值1和2之間的距離為3.876mm，峰值2和3之間的距離為20.52mm，圖2中測得各峰值間距是在設(shè)備默認(rèn)折射率n1=1.467下測得，而空氣的折射率n2=1玻璃透鏡的折射率n3=1.6，所以空氣段的實(shí)際長度為：L空=3.876*n1/n2=5.686mm，透鏡的實(shí)際厚度為L鏡=20.52*n1/n3=18.814mm。使用游標(biāo)卡尺測量凸透鏡的厚度為19.02mm，和測試結(jié)果偏差0.2mm，可能是玻璃透鏡的實(shí)際折射率與計(jì)算所用到的折射率1.6有偏差導(dǎo)致的。

2、OLI測量鏡底折射率和厚度

將圖1.測量系統(tǒng)中的凸透鏡換成手機(jī)攝像頭的玻璃鏡底，使用光纖微裂紋檢測儀（OLI）對3種不同厚度的玻璃鏡底進(jìn)行測量，圖3.為測試玻璃鏡底實(shí)物圖，用游標(biāo)卡尺測量三種玻璃鏡底的厚度分別為0.7mm、1.5mm和2.0mm。

圖3.玻璃鏡底實(shí)物圖

光纖微裂紋檢測儀（OLI）測量結(jié)果如圖4.所示，為5次測量平均后的結(jié)果，從圖中可以看出三種鏡底的測試厚度分別為1.075mm、2.301mm、3.076mm。

圖4.三種鏡底厚度測試結(jié)果圖

三種玻璃鏡底的材質(zhì)一樣其折射率一致，圖4.中設(shè)備測得玻璃鏡底厚度與游標(biāo)卡尺測得厚度不一致，因?yàn)槭窃谠O(shè)備默認(rèn)折射率n1=1.467下測得、實(shí)際玻璃鏡底折射率為n鏡=1.075*1.467/0.7=2.253，將設(shè)備折射率修改為2.253直接得出三款玻璃鏡底的厚度為：0.699mm 、1.498mm、2.003mm，設(shè)備測得結(jié)果與游標(biāo)卡尺測量偏差不超過5um，證明OLI非接觸測試透鏡厚度十分精準(zhǔn)。

3、結(jié)論

使用光纖微裂紋檢測儀（OLI）非接觸測試各種透鏡的折射率和厚度，其測量精度在亞微米級別，相對于接觸式測量透鏡厚度，精度提升很大，同時(shí)也避免測量時(shí)透鏡表面被劃傷。將光纖微裂紋檢測儀（OLI）非接觸式測量透鏡厚度的方法應(yīng)用到生產(chǎn)車間內(nèi)，可形成自動(dòng)化檢測產(chǎn)線，無需人為干預(yù)即可準(zhǔn)確甄別出質(zhì)量不合格產(chǎn)品，極大提升生產(chǎn)效率。

硅光是以光子和電子為信息載體的硅基電子大規(guī)模集成技術(shù)，能夠突破傳統(tǒng)電子芯片的極限性能，是5G通信、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新型產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)支撐。光纖到硅基耦合是芯片設(shè)計(jì)十分重要的一環(huán)，耦合質(zhì)量決定著集成硅光芯片上光信號和外部信號互聯(lián)質(zhì)量。耦合過程中最困難的地方在于兩者光模式尺寸不匹配，硅光芯片中光模式約為幾百納米，而光纖中則為幾個(gè)微米，幾何尺寸上巨大差異造成模場的嚴(yán)重失配。準(zhǔn)確測量耦合位置質(zhì)量及硅光芯片內(nèi)部鏈路情況，對硅光芯片設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都變得十分有意義。

光纖微裂紋診斷儀（OLI）對硅光芯片耦合質(zhì)量和內(nèi)部裂紋損傷檢測，非常有優(yōu)勢，可精準(zhǔn)探測到光鏈路中每個(gè)事件節(jié)點(diǎn)，具有靈敏度高、定位精準(zhǔn)、穩(wěn)定性高、簡單易用等特點(diǎn)，是硅光芯片檢測不二選擇。

OLI測試硅光芯片耦合連接處質(zhì)量

使用OLI測量硅光芯片耦合連接處質(zhì)量，分別測試正常和異常樣品，圖1為硅光芯片耦合連接處實(shí)物圖。

圖1硅光芯片耦合連接處實(shí)物圖

OLI測試結(jié)果如圖2所示，圖2（a）為耦合正常樣品，圖2（b）為耦合異常樣品。從圖中可以看出第一個(gè)峰值為光纖到硅基波導(dǎo)耦合處反射，第二個(gè)峰值為硅基波導(dǎo)到空氣處反射，對比兩幅圖可以看出耦合正常的回?fù)p約為-61dB，耦合異常，耦合處回?fù)p較大，約為-42dB，可以通過耦合處回?fù)p值來判斷耦合質(zhì)量。

（a）耦合正常樣品

（b）耦合異常樣品

圖2 OLI測試耦合連接處結(jié)果

OLI測試硅光芯片內(nèi)部裂紋

使用OLI測量硅光芯片內(nèi)部情況，分別測試正常和內(nèi)部有裂紋樣品，圖3為耦合硅光芯片實(shí)物圖。

圖3.耦合硅光芯片實(shí)物圖

OLI測試結(jié)果如圖4所示，圖4（a）為正常樣品，圖中第一個(gè)峰值為光纖到波導(dǎo)耦合處反射，第二個(gè)峰值為連接處到硅光芯片反射，第三個(gè)峰為硅光芯片到空氣反射；圖4（b）為內(nèi)部有裂紋樣品，相較于正常樣品再硅光芯片內(nèi)部多出一個(gè)峰值，為內(nèi)部裂紋表現(xiàn)出的反射。使用OLI能精準(zhǔn)測試出硅光芯片內(nèi)部裂紋反射和位置信息。

（b）內(nèi)部有裂紋樣品

圖4.OLI測試耦合硅光芯片結(jié)果

因此，使用光纖微裂紋診斷儀（OLI）測試能快速評估出硅光芯片耦合質(zhì)量，并精準(zhǔn)定位硅光芯片內(nèi)部裂紋位置及回?fù)p信息。OLI以亞毫米級別分辨率探測硅光芯片內(nèi)部，可廣泛用于光器件、光模塊損傷檢測以及產(chǎn)品批量出貨合格判定。

手持甲烷微漏檢測儀用于哪些領(lǐng)域？