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芯徑（或光纖束直徑）檢測

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發(fā)布時間：2025-08-05 14:23:59 更新時間：2025-08-04 14:23:59

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

光纖芯徑與光纖束直徑檢測：關(guān)鍵參數(shù)與質(zhì)量控制

在現(xiàn)代光纖通信、傳感及激光傳輸系統(tǒng)中，光纖芯徑（Core Diameter）和光纖束（Fiber Bundle）的直徑是決定光學(xué)傳輸性能、連接效率和使用壽命的核心物理參數(shù)。精確測量這些尺寸對于確保光纖與連接器、耦合器、有源器件之間的低損耗匹配，以及評估光纖束在醫(yī)療內(nèi)窺鏡、工業(yè)傳像等應(yīng)用中的分辨率和靈活性至關(guān)重要。芯徑直接影響光信號的模場分布和傳輸能力，而過大的光纖束直徑則可能導(dǎo)致安裝空間受限或柔韌性下降。因此，建立系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的檢測流程，采用高精度儀器和方法進行質(zhì)量控制，是光纖制造、應(yīng)用及系統(tǒng)集成環(huán)節(jié)不可或缺的步驟。

檢測項目

針對芯徑與光纖束直徑的檢測，主要包含以下核心項目：

單根光纖芯徑：測量光纖中心導(dǎo)光區(qū)域的物理直徑（通常為微米級）。
光纖束整體外徑：測量包含所有單纖、涂覆層（若有）及護套（Jacket）的光纖束總直徑（通常為毫米級）。
芯/包層同心度誤差：評估光纖芯相對于包層中心的偏移量，直接影響連接損耗。
束管圓整度/橢圓度：評估光纖束橫截面的形狀規(guī)則性，影響其在狹小空間布線和機械性能。

*注：對于多組分光纖束（如圖像束），可能還需檢測單絲直徑及排列規(guī)整度。

檢測儀器

實現(xiàn)高精度尺寸測量需依賴專業(yè)的光學(xué)測量設(shè)備：

高分辨率光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)：配備遠心鏡頭、高像素CCD/CMOS相機，用于直接觀測和圖像采集。
光纖幾何參數(shù)測試儀（Fiber Geometry Analyzer, FGA）：自動化專用設(shè)備，集成高精度運動平臺、透射/反射光源及圖像處理軟件，實現(xiàn)非接觸式高速測量芯徑、包層徑、同心度等。
激光掃描測微儀/光學(xué)輪廓儀：利用激光或白光干涉原理，提供高分辨率、非接觸的直徑和輪廓尺寸測量。
精密千分尺/卡尺：適用于對精度要求相對較低的光纖束外徑快速抽檢（需注意避免損傷光纖）。

針對光纖束，通常需要設(shè)備具備更大的視野（FOV）和足夠的景深以適應(yīng)其尺寸。

檢測方法

常用且標(biāo)準(zhǔn)化的測量方法包括：

近場光分布法 (近場掃描法)：
- 原理：將光纖端面均勻照明（如鹵素?zé)艋騆ED），通過顯微物鏡清晰成像其近場光強度分布。
- 測量：在采集的圖像中，利用軟件算法（如基于閾值或最大梯度）定位芯/包層邊界，計算芯徑（通常定義為光強分布達到最大值5%或50%的兩點間距離）。
- 特點：最常用、標(biāo)準(zhǔn)化的芯徑測量方法，結(jié)果與光學(xué)性能關(guān)聯(lián)度高。
直接顯微成像法：
- 原理：使用高倍率顯微鏡直接觀察光纖（束）的端面或側(cè)視圖。
- 測量：
  - 對于芯徑：需對光纖端面進行高質(zhì)量切割（切割刀）或研磨，確保端面平整垂直。在清晰的端面圖像中識別并測量芯區(qū)物理邊界。
  - 對于光纖束外徑：通常直接測量帶護套的束管側(cè)視圖直徑。
- 特點：直觀，但對端面處理要求高，測量精度依賴于圖像分辨率和邊界判定算法。
機械接觸法 (抽檢)：
- 原理：使用精密千分尺或卡尺直接在光纖束護套上測量。
- 特點：快速簡便，適用于現(xiàn)場抽檢或?qū)纫蟛豢量痰膱龊?。需注意測量力可能導(dǎo)致的輕微變形誤差及潛在損傷風(fēng)險。

檢測標(biāo)準(zhǔn)

為確保測量的一致性和可靠性，相關(guān)檢測需遵循國際和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

IEC 60793-1-20: Optical fibres - Part 1-20: Measurement methods and test procedures - Fibre geometry：國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)，詳細規(guī)定了光纖幾何參數(shù)（包括芯徑、包層直徑、同心度、不圓度）的測量方法（重點是近場光分布法和折射近場法），是光纖幾何測試的核心標(biāo)準(zhǔn)。
TIA/EIA-455-176 (FOTP-176): Method for Measuring Core Diameter for Graded-Index Optical Fibers：美國電信工業(yè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)，專門針對漸變折射率光纖的芯徑測量方法（近場掃描法）。
TIA/EIA-455-171 (FOTP-171): Core Diameter Measurement of Single-Mode Optical Fibers：針對單模光纖芯徑（模場直徑）測量的標(biāo)準(zhǔn)方法（遠場掃描法等）。
IEC 60793-1-42: Optical fibres - Part 1-42: Measurement methods and test procedures - Chromatic dispersion：雖主要針對色散，但其附錄涉及利用折射近場法測量幾何參數(shù)。
YD/T 1955-2009《通信用彎曲不敏感單模光纖特性》等中國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：通常直接引用或等效采用IEC標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于幾何尺寸的測量方法。
企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范：針對特定的光纖束產(chǎn)品（如醫(yī)用內(nèi)窺鏡束、傳像束），制造商或用戶會制定更具體的直徑公差、圓整度要求及配套檢測流程。

遵循這些標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合高精度的儀器和規(guī)范的操作流程，是保證光纖芯徑與光纖束直徑檢測結(jié)果準(zhǔn)確、可靠、可比較的關(guān)鍵。