光學標準簡要論述及光纖光纜測試講義

PAGEPAGE23美國軍用標準性能標準軍火控制設(shè)備用光學元件；監(jiān)控生產(chǎn)、裝配、檢測的通用標準所有國防部門和代理部門可允許使用此標準。1.范圍1.1范圍。此標準包括精加工光學光學元件的生產(chǎn)、裝配、檢測，諸如用於軍火控制設(shè)備上的球面鏡、稜鏡、平面鏡、分劃板、觀景窗以及光楔等。2.應用文件2.1概要本章列出的文件需要參閱本標準3、4、5章的要求。本章不包括本標準其他章節(jié)的文件或其他信息推存的文件。為了保証本目錄的完整性，文件使用者必須注意文件須滿足本標準3、4、5章列出的文件要求，無論這些內(nèi)容是否在本章中列出。請把那些可以用來改進此文件的有益意見(建議、補充、刪除)和相關(guān)資料寄給：美國陸軍武器研究發(fā)展部隊、指揮官，ATTN：AMATA-AR-EDE-SpicatinnyArsenal，NewJerseg07806-5000請在資料末尾或信中寫上有姓名地址的標準化文件改善提案之字樣。發(fā)行申明：此為公用版本，發(fā)行不受限制。2.2其他政府文件，圖紙及出版物下列政府其他文件、圖紙和出版物組成本文件內(nèi)容的一部分，擴大本文的范圍。除非另有規(guī)定，這些文件、圖紙和出版物是征求引用的。圖面資料美國軍事裝備研究發(fā)展工程技術(shù)中心C7641866光學元件表面質(zhì)量標準(立約人要求的其他政府文件、圖紙、出版復印件及具體的功能應該從簽約事宜或簽約指示得到)2.3優(yōu)先順序本標準內(nèi)容與其引出的參考有沖突時，以本標準內(nèi)容為準。本標準未述內(nèi)容，可行法律法規(guī)代行除非有具體的免除通知。(看附加優(yōu)先標準合同條令)3.要求：3.1所有的光學元件，配件以及系統(tǒng)產(chǎn)品都必須符合這一標準的要求，除非具體的儀器標準或合同之可行圖紙另有要求與定義。3.2所用的材料必須與所適用的仕樣書或圖紙相一致3.2.1光學玻璃光學玻璃的種類和等級必須在圖紙中規(guī)定，允許使用規(guī)定的其它玻璃材料時，應提供給合同管理人員相關(guān)的玻璃光學特性及設(shè)計數(shù)據(jù)完整的信息。3.2.1.1放射性材料本文中要求的光學材料應不含釷或其他加入的超過0.05%重量的放射性材料。3.2.2粘接劑除非合同和定單中有規(guī)定，光學粘合劑必須同附錄A的要求相一致。3.2.3粘接材料對於玻璃同金屬相粘接，必須與附錄D的要求相一致3.2.4密封材料用於密封的材料必須與附錄E的要求相一致3.2.5減反膜材料用於光學表面鍍膜的減反膜必須與附錄C的要求相一致3.2.5.1反射表面鋁化反射面必須與附錄B的要求相一致3.3機械尺寸大小光學元件必須與合同以及圖紙要求的尺寸和光學數(shù)據(jù)相一致3.3.1邊所有光學元件都應當?shù)惯呍?0.020-0.01英寸，在45度±15度)，沿面寬進行測量，除非圖紙有另外指定。如果邊在1353.4完成品和缺陷光學玻璃完成品狀態(tài)和缺陷都必須符合此標準或所用圖紙及光學圖3.4.1玻璃缺陷條紋、絨狀、折入、氣泡、籽晶、扭曲、摺疊、擠壓後折痕或其它缺陷等，如果缺陷所處的點、面或位置有損元件性能則應該拒收。3.5光學玻璃表面質(zhì)量3.5.1光學用圖紙和圖表元件所用的圖紙必須標示表面質(zhì)量，光學系統(tǒng)圖要注明光束直經(jīng)。3.5.1.1缺陷尺寸指定表面缺陷在圖面上指定用兩個數(shù)字來表示，此兩個數(shù)據(jù)按兩個等級設(shè)置，依表面質(zhì)量標準(C7641866)。第一個數(shù)字表示傷痕，第二個數(shù)字表示斑孔。3.5.2劃痕3.5.2.1環(huán)形元件光學元件表面上最大尺寸劃痕的總長不得超過光學元件直徑的四分之一。3.5.2.1.1劃痕的最大總長度如果存在最大劃痕，則產(chǎn)品上傷痕總數(shù)乘以傷痕長度與元件直徑的比值，這個值不得超過最大傷痕總數(shù)的一半。如果不存在最大的劃痕，則劃痕的總數(shù)乘以傷痕長度與直徑的比值，這個值不得超過最大劃痕數(shù)3.5.2.2非環(huán)形光學元件非環(huán)形元件的計算直徑應是同等面積一個圓的直徑。當應用3.5.2.1.1規(guī)定的正確的公式時，在指定光學元件圖紙或詳圖中透光區(qū)之外的傷痕不用考慮。3.5.2.2.1稜鏡屋脊面為了方便劃痕、麻點(S/D)的計算，稜鏡屋脊面可視為一個面(等於各個頂面的總和)，但是頂面的邊不被考慮在可允許劃痕總長范圍之內(nèi)。屋脊稜鏡的表面質(zhì)量公差設(shè)在同等面積的元件的基礎(chǔ)上，從空氣側(cè)觀測，參見3.7.10.1。3.5.2.2.2表面質(zhì)量(中心區(qū))規(guī)定劃痕規(guī)格為20或更好的表面，在直徑1/4”(6.35mm)環(huán)形范圍內(nèi)，劃痕不應超過4個。此要求不用於劃痕規(guī)格小於103.5.2.3表面質(zhì)量(外部區(qū)域)在透光區(qū)之外的表面質(zhì)量應為80-50，除非另有要求。3.5.2.4鍍膜劃痕未透入玻璃表面的鍍膜劃痕在3.5.2規(guī)定的同一限制內(nèi)。鍍膜劃痕應與基體傷痕分開考慮。3.5.3斑孔3.5.3.1斑孔設(shè)計斑孔數(shù)字為允許缺陷的真正直徑，以1/100mm為單位定義的，如有不規(guī)則的斑孔，直徑取最大長度和最大寬度的平均值。3.5.3.2最大尺寸斑孔最大尺寸斑孔可允許的數(shù)量應該是直徑20mm或單個面的20mm區(qū)域有一個。所有斑孔直徑的總和由檢驗員估計，不應超過最大尺寸斑孔直徑的2倍。小於2.5微米的斑孔可忽略不計。3.5.3.3表面質(zhì)量當表面上斑孔規(guī)格要求為10或更少時，所有斑孔必須間隔至少1mm。而斑孔可允許規(guī)格多於10時，不要求檢測它的分散度。3.5.4氣泡與雜質(zhì)氣泡應歸為表面斑孔。玻璃中的雜質(zhì)被視為氣泡。不規(guī)則的雜質(zhì)的尺寸應為1/2(最大長度+最大寬度)。氣泡尺寸公差與斑孔的一樣，但氣泡容許量應在斑孔總數(shù)之內(nèi)。3.5.4.1最大尺寸氣泡最大尺寸氣泡可允許的數(shù)量應該是光徑20mm或單個元件20mm區(qū)域有一個。所有氣泡直徑的總和由檢驗員估計，不應超過最大尺寸氣泡直徑的2倍。表面斑孔規(guī)格為10個或更少時，氣泡應參照3.5.3.3斑孔的要求3.5.5表面缺陷的極限尺寸如果圖紙無規(guī)定，傷痕及斑孔的極限尺寸由表I確定，並且視放大的光束直徑而定。3.5.5.1放大的光束直徑光束直徑應從光學數(shù)據(jù)中獲得。它是所研究片子表面上一束進入觀察者眼中的沿光軸的光束直徑。如果出射瞳孔超過3.5mm，那進入到視線直徑應為3.5mm，如果出射瞳孔小於3.5mm，則光束直徑應與出射瞳孔一樣大。3.5.5.2光束尺寸小於表I光束尺寸小於焦平面和近焦平面所規(guī)定的尺寸，那缺陷尺寸由直立系統(tǒng)的放大倍數(shù)乘以目鏡的放大倍數(shù)決定。3.5.5.3區(qū)域劃分一個表面上，如果一束軸向光束的直徑是透光區(qū)的1/4或更少，則此表面應該分為中心區(qū)和外部區(qū)。中心區(qū)在寬度上是透光區(qū)的一半。分劃板區(qū)域劃分依3.7.11.1規(guī)定。表I表面質(zhì)量要求焦平面和近焦平面中心區(qū)(直徑的1/2)外部區(qū)光束直徑mm放大倍數(shù)焦距長度傷痕斑孔傷痕斑孔>5805080504~5604060403.2~4603060402.5~3.2402060402.1~2.5401560301.6~2.1301040201.0~1.620540150.6~1.015330100.4~0.61022050.2~0.41011530.220~1012.5~251011530.410~525~501022050.65~3.350~7515330101.03.3~275~12520540151.62~1125~250301040203.6粘合缺陷粘合透鏡透光區(qū)內(nèi)的膠合氣泡、空隙、不可分解雜質(zhì)、干污點、氣孔、灰塵不應超過3.5.3.1~3.5.4.1規(guī)定的斑孔、氣泡的限度。3.6.1膠合面的表面質(zhì)量透光區(qū)的粘合缺陷，如膠合面的單個面己規(guī)定了表面質(zhì)量，就以此為基準考慮，如果沒有規(guī)定，粘合表面質(zhì)量應采用鄰近面表面質(zhì)量的中間值(平均值)3.6.2邊的分離(滲透)光學元件的邊的分離與粘合缺陷不應延伸到稜鏡或透鏡膠合面倒邊的裡面，距離上不可大於元件膠合面倒邊與有效半徑之間距離的1/2。邊的分離與膠合缺陷的最大尺寸不應超過元件膠合面的1mm。在稜鏡或鏡片倒角處測量的大於0.5mm的滲透和粘合缺陷，其總和不可超過周長的10%。3.6.3粘合缺陷(玻璃與金屬)粘合的光學元件裝置沿粘結(jié)面邊要有一個連續(xù)焊珠型的固化粘結(jié)物。3.6.3.1空隙與分離滿足3.7.2和3.8.2.5.2要求的，超過粘合區(qū)域10%的空隙或分離是不應該有的。3.7光學元件詳述3.7.1工作溫度膠合元件如果暴露在-80±2度，+160±2度華氏溫度下，不應產(chǎn)生羽狀物及明顯出現(xiàn)分離、膠合軟化或其它缺陷出現(xiàn)(3.6規(guī)定的除外)。如果邊分離或膠合缺陷有增大趨勢則可以拒收此批貨品。3.7.2工作濕度-溫度膠合元件如果暴露在周圍+130±2度華氏溫度，至少95%的濕度，又暴露在空氣溫度-80±2度，+160±2度華氏溫度下，不應產(chǎn)生羽狀物及明顯地出現(xiàn)分離、膠合軟化或其它缺陷出現(xiàn)(3.6規(guī)定的除外)。3.7.3減反膜光學表面如在圖紙上有規(guī)定“需鍍膜”，則應鍍上減反膜，見3.2.53.7.4光學塗黑當有要求時，光學元件精磨面應用被認可的技術(shù)方法黑化處理3.7.5清晰度每個物鏡、聚光鏡、直立系統(tǒng)、目鏡、平面鏡、光楔、觀景窗、濾光片、稜鏡、稜鏡裝置需要根據(jù)4.2.5規(guī)定開展清晰度檢測。3.7.6平行度(濾光片)濾光片的平行度在圖紙規(guī)定的公差范圍之內(nèi)。如果沒有公差規(guī)定，在望遠鏡內(nèi)或前面的濾光片不應超過光線偏轉(zhuǎn)的1弧分。位於接目鏡和出射光瞳之間的濾光片光線偏轉(zhuǎn)不應超過5弧分。3.7.7分劃板刻度間距光柵刻度間距根據(jù)4.2.10.5檢測3.7.8拋光面拋光面根據(jù)4.2.2檢測時，沒有明顯的灰暗色或污點3.7.9透鏡3.7.9.1表面質(zhì)量透鏡的表面質(zhì)量應和所適用的圖紙或產(chǎn)品仕樣書一致。如沒有規(guī)定時，表面質(zhì)量應如下：物鏡、直立系統(tǒng)、窗口片和位於焦平面外至少15個屈光度的其他元件，表面質(zhì)量應為80-50或更好。望遠鏡和聚光鏡中心區(qū)的表面質(zhì)量為20/5，外部區(qū)為40/15。目鏡的中心透鏡中心區(qū)表面質(zhì)量為40/15，外部區(qū)域為40/20。接眼鏡片，不包括對稱性的接目鏡，中心區(qū)SD為40/20，外部區(qū)域為60/30。望遠鏡的接眼鏡片，它的中心區(qū)表面質(zhì)量為20/5，外部區(qū)域為40/15。在接目鏡和出射光瞳之間的濾光片的表面質(zhì)量中心區(qū)域為40/20，外部區(qū)域為60/30。在內(nèi)部的濾光片與3.7.10.1的稜鏡要求一樣。在物鏡前面的濾光片的表面質(zhì)量應為80/50或更好。3.7.9.2破裂和裂邊如果裂邊不影響裝置上透鏡的密封，未侵入透鏡透光區(qū)的裂邊是允許的。依據(jù)限度測得的所有裂邊如有大於0.5mm的，則這個面應該打磨粗糙化，以減少反射和其它崩口的可能。在鏡片邊緣沒得的大於0.5mm寬的裂邊，其總和不應超過周長的30%。任何面上或邊的破裂應該被磨掉。精磨面積應該在本段裂邊打磨限制范圍內(nèi)。打磨的裂邊和破裂處總面積超過精磨麵的2%或超過2mm深應該拒收。如果打磨的裂邊和破裂影響光路、裝配或密封時，無論尺寸大小都應拒收。3.7.9.3同心度精磨時所有元件的外徑中心邊對應著光學軸應是正確的，如同一個中心。由兩或多個元件構(gòu)成的透鏡應該膠合。而且以每個元件的軸與其它元件軸的重合軸作為中心。目鏡應該是6弧分之內(nèi)的同心度。其它所有透鏡應該是3弧分的同心度，除非圖紙或仕樣書上另外有說明。定心和粘合後，機械偏心時玻璃突出直徑公差50%的應該去除。光學偏心定義為：與透鏡幾何軸重合的入射光線折射後的角度偏轉(zhuǎn)。3.7.10稜鏡和平面鏡3.7.10.1表面質(zhì)量每個稜鏡的表面質(zhì)量應與所適用的圖紙和仕樣書規(guī)定的一致。對於那些面，其位於焦平面外至少15個屈光度，它的質(zhì)量為80/50或更好。那些位於焦平面內(nèi)5-15個屈光度的平面，中心區(qū)的表面質(zhì)量為20/5，外部區(qū)域為40/15。位於焦平面內(nèi)5個以內(nèi)屈光度的平面，其表面質(zhì)量要求應與光柵相同。3.7.10.2破裂和裂邊裂邊未侵入稜鏡透光區(qū)的，在下列限制條件之內(nèi)的可以允許：裂邊總寬度不超過裂邊所在邊的長度的30%。裂邊從倒邊處測得，不是從尖角處。也就是倒角後，非倒角前。小於0.5mm的裂邊不用計算在內(nèi)，也不需打磨。大於0.5mm的裂邊需要打磨。要從倒角後稜鏡面測量裂邊口的侵入量。如果緊靠拋光面的稜鏡最短邊的名義長度(在倒角前測量)為≦25.4毫米，則裂邊可以侵入表面1mm深，如果所說的長度>25.4mm，則可侵入表面2mm3.7.10.3圖紙要求角度誤差、塔差或錐度、光圈、亞斯、清晰度、成像傾斜，這些偏差要在圖紙上規(guī)定。3.7.10.4直立系統(tǒng)稜鏡直立系統(tǒng)稜鏡應根據(jù)4.2.5.2規(guī)定檢測3.7.10.5反射面-鍍銀或鋁3.7.10.5.1邊在目視稜鏡中一部分鍍銀面的邊應該是尖形的，當使用最低放大倍率的目鏡(適用於稜鏡的)檢測時，可不檢邊的不規(guī)則程度3.7.10.5.2缺陷反射面的缺陷與其他光學表面一樣，可用同樣的方法，按3.7.10.1規(guī)定。3.7.10.5.3透過區(qū)光線穿過的稜鏡透光口徑應無其他面加工時殘留下的銀或鋁顆粒3.7.11分劃板3.7.11.1表面質(zhì)量表面質(zhì)量由圖紙規(guī)定。沒有規(guī)定時，表面質(zhì)量應遵照3.5.5.3規(guī)定，依焦平面定義。只是區(qū)域尺寸要另外考慮，中心區(qū)域是位於中心的地方，寬度是透光區(qū)的一半，此規(guī)定是指那些有刻度且最外刻度在這個區(qū)域內(nèi)的分劃板，以及那些僅有縱橫刻線，而刻線可以超過這個區(qū)域。對於那些有刻度己超過透光區(qū)一半的分劃板，其中心區(qū)域應是位於中心的地方，寬度是透光區(qū)的3/4。在透光區(qū)范圍外的缺陷如果不影響儀器性能可以允許其存在。3.7.11.2裂邊裂邊限度應根據(jù)3.7.9.2評價3.7.11.3平面的平行度刻線平面的平行度應該在圖紙規(guī)定的公差范圍內(nèi)。如果沒有給定公差，公差應該是光線路徑偏轉(zhuǎn)6弧分。3.7.11.4標記分劃板標記要利用目鏡觀察，放大倍數(shù)與在成品儀器裡觀察分劃板的放大倍數(shù)相同。字母和數(shù)字(無論是在產(chǎn)品號碼還是鄰近的刻度)檢測時應清晰可辯。如果每個字母毫無疑義是清晰的，那麼數(shù)字或字母上的缺陷是可以接受的，除非另有規(guī)定，字母或數(shù)字用任一印刷體是允許的，但是分劃板裡所選字體必須統(tǒng)一，必須得到完成機構(gòu)的認可?？叹€破損占線寬1/2時應是允許的。分劃板裡多於15條線時，5條破1條或一條中的部分破損是允許的。所有的線應是統(tǒng)一的寬度和深度，線的相交處應是尖的。刻線上線寬的穩(wěn)定變化或突然變化不應超過線寬的20%。任何情況下刻線彎曲都不得超過線寬1/2，刻線相交處的轉(zhuǎn)角半徑不應超過線寬。如果用合適目鏡觀察分劃板有可見的酸燒蝕現(xiàn)象，則應該拒收。3.7.11.5照明分劃板用與儀器相關(guān)燈或相同強度的燈照射分劃板時，缺陷亮度高於分劃板刻線的亮度，則此缺陷應拒收。3.7.12光楔和觀景窗其表面質(zhì)量應與3.7.9.1規(guī)定致3.8光學系3.8.1未裝配的元件按設(shè)計規(guī)定完成的未裝配的光學元件根據(jù)部組的光學圖進行群組，根據(jù)4.2.9進行檢測。3.8.2裝配的元件按設(shè)計規(guī)定完成他們各自裝配的光學部組將根據(jù)圖紙和仕樣書進行組裝，根據(jù)4.2.10進行檢測。3.8.2.1缺陷標準此規(guī)則里未損壞成品儀器性能的缺陷，是可以接受的。缺陷的接受與否取決于元件在成品光具組中的位置。元件如果離焦平面有一定距離，它的缺陷就沒有靠近焦平面的元件的缺陷后果嚴重。任何情況下應該著重強調(diào)的是棱鏡或透鏡的性能而不是它們的外形，除非后者確實說明它的工藝不精。重要的順序如下：高要求的表面光柵的腐蝕表面焦平面內(nèi)聚光透鏡表面一般要求的表面光柵最近處物鏡表面焦平面附近聚光透鏡、中心透鏡或棱鏡的表面低要求的表面窗口片、物鏡、棱鏡、直立系統(tǒng)，目鏡的其余表面3.8.2.2校準所有完成裝配的光學系統(tǒng)中的光學元件應該進行校準，這樣從光學軸上觀察的出射光瞳，它的最小直徑≥90%主直徑。在10%的出射透光區(qū)用目鏡在2英尺3.8.2.3密封連接根據(jù)規(guī)定，濕潤的密封化合物均勻的應用到光學元件上，形狀類似完整的水珠。注入密封化合物24小時后，方可觀察儀器。3.8.2.4填充使用填充物、薄墊片、楔子或光學元件下面或周圍有間隙均應該拒收，除非圖紙有規(guī)定。3.8.2.5性能特征3.8.2.5.1振動光學儀器按照規(guī)定4.2.10.7進行振動檢測后，所含雜質(zhì)應在規(guī)定的范圍內(nèi)。如果沒有詳細的要求，任何受限空間的雜質(zhì)不應在尺寸或數(shù)量上超過麻點可允許的規(guī)格。儀器持續(xù)此檢測時應沒有松動和損壞。3.8.2.5.2沖擊完成裝配的光學元件通過玻璃與金屬的粘合或從其它元件得到物理上的支持，因此需進行沖擊實驗。3.8.2.5.3清潔成品儀器光學表面應該清潔，沒有冷凝物和易揮發(fā)物。檢查方法如4.2.10.9。未經(jīng)負責的技術(shù)部門許可，禁止使用殘留灰塵、油污的成品儀器。3.8.2.5.4視差應該據(jù)4.2.10.4消除視差。3.8.2.5.5固定目鏡焦距除非另有規(guī)定，目鏡放置在-0.75---1.0屈光度時，物鏡中心的光柵應該在焦點上。一個至少可放大3倍的校準屈光度計或同樣的輔助望遠鏡可完成此項工作。4.審核4.1通用條令除非合同或定單上有所規(guī)定，一般情況下賣方負責提供所有檢測要求,例如性能等。賣方可以利用自己的設(shè)備或政府認可的贏利性實驗室進行實驗檢測。政府有權(quán)檢測產(chǎn)品規(guī)格中所列的任何項目，這些檢測是檢驗賣方是否滿足要求的必要手段。4.1.1檢查和測試特征分類一致性檢查和測試根據(jù)特征分類表規(guī)定的開展。立約人的質(zhì)量程序或詳細的檢測程序保證了產(chǎn)品圖紙上提供的所有特征和應用的規(guī)格要求，至少是性能標準所一致。除非合同和產(chǎn)品規(guī)定，特征樣品檢測必須根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格特征分類表規(guī)定的檢測等級詳見下表.表Ⅱ.抽樣檢查品質(zhì)檢查水準樣品總數(shù)量ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ2~8****539~15***135316~25***135326~50**32135351~90**321313591~150*1253213135151~280*1253232208281~500*1253232208501~1200*125805020131201~32001250125805032133201~10000125012512550321310001~35000125031512580501335001~1500001250315125805013150001~50000012505002001255013500001~∞125050020012550131.*指100%全檢;2.當樣品總數(shù)量少於需檢查數(shù)量,執(zhí)行100%全檢;3.抽樣不良數(shù)為0,判定OK,抽樣不良數(shù)為1或更多,判定NG.針對特征的分類，有下列定義危急的：危機缺陷指判斷和經(jīng)驗的缺陷：此種缺陷在產(chǎn)品單獨使用、維護或依賴產(chǎn)品時，會導致嚴重或不安全的狀況發(fā)生；或者此種缺陷有可能妨礙一個項目的戰(zhàn)術(shù)功能，像坦克、陸戰(zhàn)車、導彈、航母、炮彈或其他主要軍事程序。主要的：主要缺陷，次于危急缺陷，有可能導致錯誤，或減少產(chǎn)品某個目的的使用功能。微小的：這種缺陷不會削弱或偏離產(chǎn)品特殊使用功能,幾乎不影響使用效果或操作標準?？蛇x擇的一致性條令除非另有規(guī)定或合同提供，可選擇的一致性程序，方法，或設(shè)備，比如統(tǒng)計加工控制，設(shè)備工致，可變樣品或其他類型的樣品計劃等等，立約人至少提供合理保證方可使用。在應用這些可選擇程序、設(shè)備或方法前，立約人應該以書面建議的形式將這些內(nèi)容呈交給政府以供評估。根據(jù)要求，契約人應證實每個可選擇的條令等于或好于規(guī)定的一致性條令。如果對立約人建議的可選擇的一致性條令產(chǎn)生爭議時，應該應用標準的條令。所有認可的可選擇條令應該與立約人質(zhì)量程序或檢測程序保持一致。檢測等級此文件的參考和附錄中涉及檢測等級的部分都應遵循表2特征樣品的檢測。4.2檢測方法4.2.1光學元件檢測光學元件檢測依靠可行的產(chǎn)品規(guī)格利用批準的光學方法和設(shè)備開展。如沒有批準的檢測方法與設(shè)備，應采用下列通用標準程序。在責任技術(shù)活動認可前應采用合適的檢測程序。4.2.1.1機械尺寸應檢測每個光學元件的機械尺寸是否與圖紙的一致，應根據(jù)此標準要求的開展檢測。4.2.1.2放射性材料拋光玻璃用X射線光譜儀技術(shù)或批準的可選擇的技術(shù)開展檢測，符合3.2.1.1。開展X射線熒光的設(shè)備和方法，其釷和其他放射材料最小可覺察的等級為100ppm，有+/-25ppm的誤差。樣品不符和3.2.1.1要求的，此批所有的玻璃應該拒收。4.2.2表面質(zhì)量元件應利用下列方法符合3.5.23.5.53.6.13.7.9.13.7.10.1的要求開展檢測。4.2.2.1檢測方法1待檢元件應該從距離玻璃大約3英寸的地方用40瓦白熾燈泡或15瓦冷白熒燈照射背面，觀測其精磨玻璃或乳白表面。用大約占據(jù)1/24.2.2.2方法2從40瓦或15瓦發(fā)出的光穿過精磨玻璃並穿過元件。光徑與黑色背景區(qū)成大約90度時，光從表面分散可觀察到缺陷。4.2.3溫度測試4.2.3.1測試1取每種型號膠合或粘合元件10片中的3片，在高低溫下開展檢測，根據(jù)3.7.1規(guī)定。如懷疑其質(zhì)量，檢驗員認為必要時則有權(quán)要求開展額外樣品檢測。經(jīng)過這些測試的元件將通過其他所有要求的測試。4.2.3.2測試2膠合或粘合元件應在-80+/-2度F下5個小時。在此溫度下視覺上檢測，然后在室溫下放置5小時后再檢測。光學設(shè)備上沒有羽毛狀或網(wǎng)狀不良,元件表面沒有分離現(xiàn)象。開展此實驗時光學儀器冷卻至-80度或升溫至室溫的過程中不應受到任何熱沖擊。4.2.3.3測試3膠合光學裝配在高溫下應該開展以下測試。元件被嚴格固定，方法為它的膠合面大約在一個垂直面上。重量增加會導致光學裝配中膠合或粘合面每平方英寸5央司的抗煎應力或受到其它元件的延緩影響。在任何情況下重量都不小于1央司。整套裝置可以在周圍溫度+160+/-2F度2小時。透鏡在室溫下檢測符合4.2.6規(guī)定的要求，并且一個元件相對另一個原件運動或滑動不超過0.002英寸。開展此實驗時光學儀器升溫至+1604.2.3.4故障調(diào)查光學裝置的故障阻礙了正常出荷，應展開調(diào)查原因。如果合同簽定公司代表希望得知裝置故障的原因，那么立約人應該在其公司管理人員代表在場的情況下立即展開調(diào)查。如果調(diào)查顯示原因在于膠合或粘合面，將不接受此光學裝置以及它的膠合或粘合缺陷。立約人應改正膠合技術(shù)及糾正先前生產(chǎn)的錯誤的光學裝置。取此種型號的拒收品10片，經(jīng)過檢測，成功通過溫度檢察后再認可和發(fā)貨。4.2.4溫度-相關(guān)濕度4.2.4.1樣品尺寸合同初期取每種型號膠合或粘合元件10片中的3片，或者一旦改變膠合方法或膠合類型時，必須開展規(guī)定的溫濕度檢測。若懷疑其質(zhì)量，檢驗員認為必要時則有權(quán)要求開展額外樣品檢測。4.2.4.2檢測步驟膠合或粘合元件在干燥環(huán)境下應逐漸加熱至+140+/-2F度，然后立即放置于95%濕度、周圍溫度+130/+/-2F度，時間為2小時。光學裝置從濕環(huán)境中取出后立即擦干，冷卻到室溫。8小時后，元件開展4.2.3.2及4.2.3.3規(guī)定的檢測。無論何時光學裝置有邊的分離或有膠合起泡，或者有膠裂現(xiàn)象時，應在相同步驟下重復本段規(guī)定的檢測。元件沒有通過最初的檢測，或出現(xiàn)膠合缺陷，或重新檢測后另有膠合缺陷發(fā)生，這些都應拒收，包括那些從相關(guān)批次挑選出來用于檢測的、膠合缺陷可以存在的那些光學裝配。所有元件被認可前如果要求，則應該再開展?jié)穸葯z測，重新膠合與鍍膜。4.2.4.3拒收標準未通過4.2.4檢測規(guī)定的元件，應按4.2.3.4規(guī)定的同樣方式處理。4.2.5清晰度檢測清晰度檢測是標準的檢測，使用有分辨作用的圖表來開展，詳見圖1。分辨能力檢測光學性能的一種方法。分辨放大倍數(shù)是一系列可以分辨的平行晶棒的對角邊。通過觀察包含相等間距平行晶棒的圖表，測得分辨能力。使用望遠鏡獲得足夠的放大效果。分辨放大倍數(shù)圖表由4套線組成，每套包括3或4條線，成45度（水平、垂直、2個成45度）。3條線的那套，它的線是其實際線寬的5倍。4條線的那組，是實際線寬的7倍。線的寬度與間距的寬度是同等的。白色背景下是黑色線，黑色背景下是白色線。在4套線中心有一個識別數(shù)字。最小對比度是100：1。正確尺寸的圖表可以在準直儀里觀察，或者可以直接觀察。如果直接觀察，圖表應該距離望遠鏡至少2M2英尺，M具有檢測望遠鏡放大倍數(shù)的能力。圖表的對角邊以秒為單位進行測量，相當于反正切2W/X。W指圖表線的寬度，X指準直儀焦距或圖表到望遠鏡的距離。望遠鏡校準時，這樣圖表在視線中間。增加輔助望遠鏡，方向至圖表中心。輔助望遠鏡屈光度為0，這樣檢測中的望遠鏡可集中于分辨放大倍數(shù)圖表中心的數(shù)字。讀分辨讀數(shù)時，輔助望遠鏡定焦在4條經(jīng)線中一條的+/-1/8屈光度。所有經(jīng)線有正確的線讀數(shù)。當觀察到的每條線不能更清楚地分離，則達到了分辨極限。4.2.5.1物鏡和直立系統(tǒng)利用上圖表檢測物鏡和直立系統(tǒng)時，上圖表應該放置到正確的距離，物鏡或目直立系統(tǒng)所成的像用標準要求的或合同規(guī)定的放大倍數(shù)的顯微鏡觀測。這有可能辨別線的結(jié)構(gòu)相當于指定的清晰度。圖表應該被照明，成像亮度為10-20毫朗伯。4.2.5.2透鏡透鏡作用于正進行檢測的成品儀器清晰度時，合格的另一光學元件應當放置妥當,就像放置到實際儀器里一樣。透鏡放到給定位置，通過輔助望遠鏡（透光區(qū)每英寸放大40-60倍）觀察圖表。有可能辨別要求清晰度的線的結(jié)構(gòu).圖表應該被照明，這樣成像亮度為10-20毫朗伯。非合同人生產(chǎn)的,需要進行此項檢測的光學元件必須由合同管理人員安裝。4.2.5.3成像表面元件用其外形作用到光學系統(tǒng)上。從元件的透光區(qū)觀測清晰度，顯示成像在圖1。用至少放大5倍的望遠鏡（大于元件與眼睛之間的光學系統(tǒng)的放大倍數(shù)）觀察成像。4.2.5.4光學元件或未裝配元件光學元件及部分未裝配元件根據(jù)詳細標準及合同文件進行檢測。4.2.6透鏡的同心度檢測膠合和單個透鏡的同心度，根據(jù)3.7.9.3要求。4.2.8列出的儀器及改革件，須進行此項檢測，準直儀光柵除外。準直儀里的光柵集中放到組合透鏡（由準直儀物鏡、正進行同心度檢測的透鏡和允許透鏡以幾何軸為中心旋轉(zhuǎn)的工作臺組成）的焦平面上.4.2.7棱鏡偏轉(zhuǎn)使用光譜儀檢測透過棱鏡的光線來檢測棱鏡偏轉(zhuǎn)角度。4.2.8平行度窗口片、楔形，光柵或相似平面元件，通過檢測通過其光線的偏轉(zhuǎn)來檢測面的平行度。4.2.9未裝配光學裝置的檢測4.2.9.1光學元件此類元件要進行4.2.1-4.2.8列出的檢測。4.2.9.2光學組合元件元件組合到裝置里以便檢測、出荷。它們根據(jù)與裝置匹配的光學圖紙的要求相互分隔，裝配到主儀器或檢測器檢測其清晰度和成像質(zhì)量。不符合要求的元件將被替換。（參照圖1的檢測目標及4.2.10.2、4.2.10.3的檢測大綱）4.2.10已裝配光學裝置的檢測4.2.10.1光學元件這些裝置的光學元件按4.2檢測。4.2.10.2標板用于光學裝置檢測的標板可以與實際標板或者準直儀里的小標板同等尺寸。在白色背景上印上黑線可以做成實際尺寸的標板。準直儀里的實際尺寸標板是蝕刻而成的或者是複製照相光柵的縮小模型。從詳細的標準中發(fā)現(xiàn)標板可以是多樣的,從普通交叉線到包含垂直線、平行線、公差限制、刻度范圍的標板（參照圖1的清晰度來檢測標板）.4.2.10.2.1準直儀光柵準直儀里的光柵單元格可以調(diào)整，這樣光柵可以接近/背離物鏡來表示外面標板放置的不同距離。例如，從200碼處觀察標板，望遠鏡規(guī)格要求儀器沒有視差,準直儀標板用于檢測。此時調(diào)整準直儀光柵來表示不同的距離就很必要了。在2004.2.10.2.2圖象質(zhì)量準直儀標板用于檢測望遠鏡圖象質(zhì)量時，象差有適當?shù)墓睿瑴手眱x物鏡象差的缺陷是用望遠鏡來檢測的。應該消除這些象差的影響。4.2.10.3儀器，檢測在必要的地方，使用光度計或同樣的輔助望遠鏡觀察物鏡來彌補檢測員視力的不足。4.2.10.4視差物鏡中心應沒有視差，除非標準另有規(guī)定。4.2.10.5光柵刻度間距通過檢測光柵刻度間距對角邊的標板來檢測其準確度。標板是光柵放大的模板或準直儀光柵標板。放大的標板在白色背景下要有黑線或標記，放置在正確的位置上，其標板面垂直于望遠鏡視線所在的線。4.2.10.6表面質(zhì)量,光柵用放大鏡觀察光柵是否與3.7.11.1一致，放大倍數(shù)等于或大于望遠鏡的觀察透鏡的倍數(shù)。燈光與方法與4.2.2規(guī)定的相同。4.2.10.7振動檢測光學儀器單獨安裝或組裝在振動機器和裝置上，在振幅不小于1/16英寸（在裝置安裝面中心總運動軌跡1/8英寸）、頻率30赫茲、2分鐘到4.2.10.8沖擊檢測膠合或粘合裝置上的沖擊檢測。如沒有具體的要求，每個裝置要經(jīng)受膠合面平行方向上的加速沖擊，以檢測其粘著力或膠合粘合面的粘合缺陷。加速振動時間大約是正弦函數(shù)的半周期，時間最小為0,最大0.7到2.0毫秒。高頻率元件的振幅比加速曲線不超過基本振幅的30%。除非另有規(guī)定，每個裝置經(jīng)受150g的加速6次沖擊。4.2.10.9清潔裸眼通過物鏡和目鏡觀察其光學裝置。利用陰影技術(shù)檢測其濕度，觀察亮度大約為300英尺5包裝5.1包裝包裝要求應與合同或定單規(guī)定的一致。材料的實際包裝由國防部人員開展時，這些人員需要聯(lián)系相關(guān)的責任包裝來確定必須的包裝要求。包裝要求由軍事防御部門或軍事系統(tǒng)指揮部門的庫存控制包裝事宜。軍事部門或防御機構(gòu)自動化包裝文件、CD-ROM產(chǎn)品或聯(lián)系責任包裝事宜的包裝數(shù)據(jù)修補是有效的。6備注（本節(jié)包含的一般或說明性的備注可以有用，但不是強制的）6.1計劃使用光學元件根據(jù)合同要求可使用于軍火控制儀器，例如瞄準器、望遠鏡、窺視窗、測距儀,可以是單獨的光學元件、部分或完整的裝配，也可以是加工的、未加工的等。6.2要求文件應包括以下內(nèi)容此規(guī)定的名稱、代碼及日期選擇可行的保存、包裝級別被鑒定的測試報告6.3定義6.3.1傷痕表面的標記或裂縫。傷痕類型鑒別如下：霧狀潛傷或有排列的斷斷續(xù)續(xù)的傷痕.滾動擦傷或彎曲的刀傷.光滑的細傷痕由於壓榨或摩擦-操作不當引起的小的雜亂的表面劃痕6.3.2斑孔在拋光面上一個小的斑點，相似于表面上的凹點，通常是未拋光或破裂的氣泡引起的表面損壞的殘余。6.3.3羽毛狀粘合面發(fā)生改變引起粘合失去粘性，發(fā)展成羽毛狀。6.4一致性條令的從屬所有立約人建議這些條令應該受到政府的評估指導。6.5圖紙本標準第二節(jié)美國軍隊研究發(fā)展工程中心(ARDEC)列出的圖紙可以包括美國軍隊研究發(fā)展指揮部(ARRADCOM)、富藍克淺攤軍械庫、石頭島軍械庫、派克緹尼軍械庫的圖紙。這些機構(gòu)準備的技術(shù)數(shù)據(jù)得到美國研究發(fā)展工程中心的認可。6.6列出的標題術(shù)語斑孔光柵傷痕表面質(zhì)量6.7先前問題的改變因范圍變化引起的以前的問題改變時,記在頁邊的符號不修訂.光纖光纜測試講義湖北XX新材料科技股份有限公司二OXX年六月目錄第一章光纖連接……………………4第一節(jié)光耦合…………………4一、光纖與光源耦合………4二、光纖與光接收器的耦合………………8第二節(jié)光纖連接………………9一、光纖連接方法…………9二、光纖連接損耗的初步分析……………9三、光纖的熔接……………13第二章光纖尺寸參數(shù)測量………23第一節(jié)光纖尺寸參數(shù)定義…………………23作用…………………23定義…………………23光纖幾何尺寸參數(shù)測量方法………25近場圖像法…………25折射近場法…………27側(cè)視法………………30機械法………………32傳輸或反射脈沖延遲法……………33光纖伸長量的測定…………………35光纖帶尺寸參數(shù)測量……………………38第一節(jié)光纖帶結(jié)構(gòu)…………38一、結(jié)構(gòu)…………………38二、類型…………………38第二節(jié)光纖帶尺寸參數(shù)定義………………39一、定義…………………39二、尺寸要求……………39第三節(jié)光纖帶尺寸參數(shù)測量……………40一、目視測量法…………40二、孔徑規(guī)法……………41光纖傳輸特性和光學特性………………42第一節(jié)光纖傳輸特性和光學特性測試目的………………42第二節(jié)性能測量…………42一、衰減…………………42二、色散…………………55三、偏振模色散…………65四、截止波長……………77五、模場直徑……………83六、有效面積……………90七、數(shù)值孔徑……………95八、光學連續(xù)性…………97九、微彎敏感性…………98光纖機械性能…………102第一節(jié)光纖機械性能測試的目的………102第二節(jié)測量方法…………103一、光纖強度…………104二、疲勞參數(shù)…………111三、可剝性……………115四、光纖的翹曲………117光纖帶機械性能………122第一節(jié)光纖帶機械性能測試的目的……122第二節(jié)測量方法…………122一、光纖帶可分離性…………………122二、光纖帶可剝離性…………………123三、光纖帶抗扭轉(zhuǎn)……………………124四、光纖帶殘余扭轉(zhuǎn)…………………125光纖的環(huán)境性能………126第一節(jié)光纖環(huán)境性能測試的目的………126第二節(jié)測量方法…………126一、溫度循環(huán)…………126二、溫度時延漂移……………………128三、浸水………………130四、高溫高濕…………130五、高溫………………131六、核輻照……………132光纖機械性能測試……………………137第一節(jié)光纜機械性能測試的目的………137第二節(jié)性能測試…………138一、拉伸………………138二、光纜護套耐磨損…………………140三、壓扁………………140四、沖擊………………142五、反復彎曲…………144六、扭轉(zhuǎn)………………145七、曲撓………………148八、彎折………………149九、彎曲………………149十、耐切入……………150十一、槍擊損傷………150十二、剛性……………151十三、拉力彎曲………154光纜的環(huán)境性能………155第一節(jié)環(huán)境性能測試的目的……………155第二節(jié)性能與測試………156一、溫度循環(huán)…………156二、滲水………………158三、阻水油膏滴流……………………159四、油分離和蒸發(fā)……………………160五、氣體阻力…………161六、風積振動…………162七、過滑輪……………164八、舞動………………165九、耐電痕……………166十、阻燃………………167光纜線路工程測量……………………169第一節(jié)光纜線路工程測量的目的………169第二節(jié)單盤光纜現(xiàn)場復測………………169一、規(guī)定………………169二、光纜長度復測……………………170三、單盤光纜衰減測量………………173第三節(jié)光纖后向散射衰減曲線…………178一、曲線的作用………178二、觀察和評價………179第四節(jié)工程竣工測量……………………180一、目的………………180二、測量內(nèi)容…………180三、光纜線路衰減測量………………180四、光纜線路衰減曲線測量…………182五、光纜線路電特性測量……………186六、光纜護層對地絕緣測量…………188七、光纜線路對地絕緣監(jiān)測…………189第五節(jié)光纜鏈路偏振色散測量…………190一、目的………………190二、偏振模色散對系統(tǒng)的影響………190三、光纜鏈路偏振模色散……………192四、光纜鏈路偏振模色散的測量……196第六節(jié)光纜線路自動監(jiān)控………………197一、目的………………197二、監(jiān)測原理與系統(tǒng)組成……………197三、光纜線路監(jiān)控……………………199第一章光纖連接在介紹光纖光纜性能檢測方法之前，先講述光纖連接特別是光纖端面處理和熔接技術(shù)，作為必須掌握的基本技能訓練。實際的光通信系統(tǒng)由光發(fā)射器、光傳輸通道（光纖）、光接收器三個主要部分組成，光纖光纜的傳輸性能檢測系統(tǒng)也同樣如此。系統(tǒng)各部分之間的銜接就是光耦合或光纖連接問題。通信系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)都要求各部分之間光耦合有高耦合效率、穩(wěn)定可靠、連接損耗小的連接。而且光耦合和光纖連接技術(shù)是光纖通信系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)中一門非?；竞蛯嵱玫募夹g(shù)。第一節(jié)光耦合一、光纖與光源的耦合在光纖通信系統(tǒng)和光纖傳輸特性檢測系統(tǒng)中使用多種光源，有半導體激光器、氣體激光器、液體激光器、發(fā)光二極管、寬光譜光源等等。它們大致可以分為兩大類，一類是相干光源，如各種激光器；另一類是非相干光源，如發(fā)光二極管、寬光譜光源（白熾燈）。光耦合先要解決如何高效率地把光源發(fā)射的光注入到傳輸通道中去的問題。為此，先了解一下光源的特性。光源特性1.半導體激光器(LD)半導體激光器的發(fā)光區(qū)是窄條形的發(fā)光區(qū)域，它的發(fā)光區(qū)域很薄，只有大約0.3μm。半導體激光器的發(fā)光強度在其諧振腔內(nèi)中的諧振腔外部的空間按一定的規(guī)律分布。半導體激光器工作電流在超過其閾值電流Ith不多時（約大于Ith的10％），它發(fā)光的模式是基橫模（光強度在空間的不同分布稱為不同的模式）?；鶛M模在垂直于光軸的平面內(nèi)光強度的分布是兩維高斯形狀。這種高斯形光束的腰部寬度即激光器諧振腔鏡面上發(fā)光區(qū)域的寬度和厚度。即約30μm和0.3μm。半導體激光器在其寬度方向上（即平行于P-n結(jié)的方向）光束比較集中，其發(fā)散角比較小，約5～6°。而在厚度方向（即垂直于P-n結(jié)的方向）上其光束的發(fā)散角較大，約有40～60°。所以半導體激光器發(fā)射的光束的強度分布在空間上是不對稱的，它所發(fā)射的光的遠場圖形是一種細長的橢圓形（遠場概念在第二章中敘述）。2.面發(fā)光二極管(LED)面發(fā)光二極管發(fā)出的光是由自發(fā)輻射產(chǎn)生的非相干輻射光。一般來說，LED是個均勻的面發(fā)光器件。非相干光源的基本參數(shù)之一是它的亮度，即單位面積上的某方向在單位立體角內(nèi)所發(fā)射的光功率，以字母Le來表示、所謂的均勻發(fā)光，是指在整個發(fā)光面上各處的發(fā)光亮度都是一樣的，并且在空間也是各向同性的。這種光源在空間單位立體角內(nèi)所含的光功率分布遵循其法線夾角θ的余弦的m次方比例關(guān)系：Le(θ)∝cosmθ，特例當m=1時，即Le(θ)∝cosθ的光源就是朗伯光源。面發(fā)光二極管屬于此類光源。當發(fā)光面很小時，在空間的一點處面積為△S的小區(qū)域內(nèi)所得到的光功率△P是光源的亮度Le和其發(fā)光面積AE與面積元(△S)對光源所張立體角△Ω和該面積元位置的余弦cosθ之乘積：△P=LeAE·cosθ△Ω(1-1)式中：θ—觀察方向與光源發(fā)光面法線的夾角面發(fā)光二極管的亮度一般只有100W/sr/cm2。光纖與光源耦合1.直接耦合直接將光纖靠近光源，由光纖接收光源發(fā)出的光。光纖與半導體激光器直接耦合（如圖1-1所示）圖1-1光纖與激光器直接耦合半導體激光器的發(fā)光面積很小，當光纖端面與它的發(fā)光區(qū)靠得足夠近的時候，激光器發(fā)出的光能全部照射到光纖端面上，甚至光纖的芯上。這時由光纖本身的數(shù)值孔徑?jīng)Q定了光耦合的效率。多模光纖，標稱數(shù)值孔徑0.20；單模光纖一般只有0.11左右。說明通信用多模光纖的光接收孔徑約23°，單模光纖只有13°弱。由于光纖端面還存光反射，所以還需考慮到光垂直入射情況下有約4％的反射損失。估計光纖與半導體激光器直接耦合時的最高耦合效率約20％，換言之，光纖與半導體激光器直接耦合時，光耦合損耗約7dB（耦合損耗）。光纖與面發(fā)光二極管直接耦合當光纖纖芯的截面積大于發(fā)光二極管的發(fā)光面積，且光纖端面離發(fā)光面足夠近時，可以用比較簡單的方法求出這時的耦合效率(1-2)式中，θc是光纖的臨界接收角，NA是光纖的數(shù)值孔徑。標稱多模光纖NA=0.20(θc=11.5°)，所以它與面發(fā)光二極管直接耦合時效率只有4％左右，也即光耦合損耗約14dB。2.透鏡耦合光纖與光源直接耦合，特別是與非相干光源耦合時，光耦合效率是低的。為了提高光纖與光源之間的光耦合效率，可以在光纖端面與光源發(fā)光面之間加入某些光學元件。通過改變光源的發(fā)光的方向性或者改變光纖的接收角，來提高光耦合效率。(1)對于激光器一類相干光源，可以使用多種方法。其中最簡單的方法是將光纖端面熔融成一個半球形狀，它能起短焦距透鏡的作用，改變光纖的等效接收角。這就是所謂的光纖端面球透鏡，減小球透鏡的半徑，光纖的等效接收角增大，但最終有個極限值。這種方法可使耦合效率達到60％。這種方法對于突變型光纖效果較好。一種方法是用柱狀透鏡，將半導體激光器的垂直于P-n結(jié)方向上的光束進行壓縮，改變它在空間的細長橢圓形分布，使光斑接近圓形，以利于與圓形截面的光纖進行耦合。圖1-2示出柱透鏡的排列情況。圖1-2柱透鏡耦合從圖1-2中可以看出，自激光器發(fā)出的張角為θ的光，經(jīng)過柱透鏡的兩次折射以后，比較小的角度θ′射入光纖，實際上擴大了光纖的等效接收角。當柱透鏡的半徑R與光纖纖芯半徑差不多或者更小一些，而且激光器的發(fā)光面位置z=0.3R時，能達到約80％的耦合效率。第三種方法是通過一段錐形光纖來耦合。采用腐蝕光纖或熔融拉錐的方法將光纖弄成一段錐形部分，如圖1-3所示。錐形光纖的前端（細的那端）半徑為a1，光纖本身的半徑為an。圖1-3錐形光纖耦合錐形光纖的前端的臨界接收角θ′c。與正常光纖段的臨界接收角θc之間有近似關(guān)系：(1-3)公式(1-3)說明，錐形段光纖的前端接收數(shù)值孔徑擴大到了倍。結(jié)果證實了這種耦合方式效率可以達到97％。還有一種方法是通過凸透鏡進行光耦合，這是一種最常用的耦合方式。將激光器發(fā)光面放在凸透鏡的焦點位置處，這樣，通過透鏡出射的光就會變成平行光；然后再用第二個凸透鏡，將平行光重新聚焦到光纖的輸入端面上。一般采用直徑為6mm的凸透鏡，其焦距f為4～15mm（用于光纖與激光器之間耦合，可使用焦距長些的透鏡）。一般，使第二個透鏡所成的像比發(fā)光面大（如成像比率4:1），使入射光能充滿光纖纖芯（如圖1-4所示）。圖1-4雙凸透鏡耦合這種耦合方式用得較廣泛，在兩個透鏡之間還可以安放其它光學元件，如加入可變光闌改變從第二個透鏡出射的光束的孔徑角（這在以后光纖損耗測量的注入條件中將會看到）；如圖1-4中已經(jīng)示出的那樣放置一塊分光板，就可用于雙光束監(jiān)控或監(jiān)控光纖的對中情況；當?shù)诙哥R換用不同焦距的透鏡時，又可改變從它出射的光斑的大小。光纖與激光器之間的光耦合還可以通過自聚焦透鏡（自聚焦光纖）進行，調(diào)節(jié)自聚焦透鏡的位置能使成像縮小或放大；在自聚焦透鏡前加一個柱透鏡的復合透鏡，耦合效果更好，光耦合效率可以達80％以上。(2)對于發(fā)光二極管一類非相干光源，根據(jù)哈密頓幾何光學劉維定理可知，朗伯型光源，無論在光纖與光源之間添加何種光學系統(tǒng)，其光耦合效率都不會超過某個極值ηmax：(1-4)式中，n為光源與光纖之間介質(zhì)的折射率；AF是光纖的接收面積；AE為光源發(fā)光面積；NA為光纖的數(shù)值孔徑。公式(1-4)說明，當光源的發(fā)光面積大于光纖的接收面積時，添加任何光學元件都不能提高光耦合效率；當光源的發(fā)光面積小于光纖的接收面積時，通過附加光學元件的方法來提高光耦合效率的途徑是有效的，而且發(fā)光面積越小，耦合效率的提高也就越多。這一類光源的發(fā)光面直徑較大，一般利用附加光學系統(tǒng)的方法并不能改善光耦合效率；這類光源的發(fā)光面積小時，又會使它總的發(fā)光功率降低。一般地，面發(fā)光二極管的發(fā)光面直徑約為40～50μm時，耦合情況最佳（對多模光纖而言）。用直徑約100μm的球透鏡可以改善面發(fā)光二極管的發(fā)射光束的方向性，使其半功率點發(fā)散角降至40°左右。當今，已經(jīng)有一種新型的邊輻射高亮度發(fā)光二極管，它的發(fā)光區(qū)域很薄，只有0.05μm左右，在垂直于結(jié)面方向上發(fā)射角也大大地減小了：從120°左右下降到35°左右。用這種發(fā)光器件，可望在與光纖耦合時獲得較高的耦合效率。二、光纖與光接收器的耦合在光纖通信系統(tǒng)和光纖傳輸特性檢測系統(tǒng)中，所用的光電接收（檢測）器件基本上是PIN光電二極管和APD雪崩光電二極管。光電二極管的光敏面積，一般地相對于光纖纖芯橫截面積而言，是較大的。如APD的光敏面直徑一般有100～300μm，PIN的接收面直徑可大于500μm，甚至大達φ10mm。所以光纖與檢測器之間的耦合是比較簡單的事情，只要光纖出射端面和光電檢測器的光敏面之間的距離足夠近，光纖出射的光能全部照射到檢測器光敏面上，那么它們之間的低損耗耦合就很容易實現(xiàn)。一般，光纖與光檢測器之間，不使用任何光學元件，就可以達到85％以上的耦合效率。雖然光纖與光電檢測器之間的耦合比較容易，一般采用直接耦合方式，但也需要良好的對準調(diào)節(jié)和定位。有的場合，特別是在檢測儀器上和系統(tǒng)中使用裸光纖FC型活動連接器定位耦合，有的通過耦合光纖（尾纖）用光纖活動連接器來耦合。有的場合下，為了減小光檢測器表面的光反射，還需加合適的折射率匹配材料。在必要的時候，光纖與光電檢測器之間也采用透鏡來實現(xiàn)光耦合，用該透鏡將從光纖出射的光成像到檢測器的光敏面上。用透鏡耦合時，即使光纖端面的位置稍有變動，也不致于對光耦合效率產(chǎn)生影響。譬如，在光纖的某些特性檢測系統(tǒng)中，為了提高光耦合的重復性，或者在某些特殊場合中，光纖出射端面不得不遠離光檢測器時，常常使用透鏡來進行光耦合。第二節(jié)光纖連接一、光纖連接方法光纖通信系統(tǒng)和光纖光纜傳輸性能檢測系統(tǒng)中，都需要把光路連接起來，光纖之間的連接是必不可少的一環(huán)。光纖的連接本質(zhì)上是光纖之間的對接耦合，光纖的連接是通信系統(tǒng)構(gòu)成和光纖光纜性能檢測中時刻要碰到的，我們必須熟練掌握光纖的連接技術(shù)。在光纖之間實現(xiàn)互連主要有兩種方式。一種是用連接器實現(xiàn)光纖的活動連接，它可以多次反復插拔裝接。光纖通信系統(tǒng)的光端機和許多光纖光纜性能檢測儀器都裝有光纖連接器接口，對裝有光纖連接頭的光纖，可以直接與這些端機或儀器相接，使用十分方便。只需注意，光纖連接器有許多種類，它們的結(jié)構(gòu)有所不同，互相之間并不一定能互換使用，這時候就必須使用轉(zhuǎn)接器（適配器）進行轉(zhuǎn)接。另外一種光纖連接方式是固定連接或者永久性連接，這是一種得到廣泛應用的光纖連接方式，在光纖鏈路構(gòu)成中得到最廣泛的應用。光纖的固定連接也有多種形式，光纖連接過程中的光纖處理、端面制備等方法是光纖測量的基本技能，我們專門用一節(jié)來介紹這些技術(shù)。二、光纖連接損耗的初步分析在介紹光的固定連接方法之前，先初步了解一下光纖對接時的耦合損耗情況。影響光纖對接時的耦合效率（或耦合損耗）的因素很多，這些因素基本上可分為兩大類。一類是固有的，是被連接光纖本身的特性參數(shù)的差異，如纖芯直徑、模場直徑、數(shù)值孔徑的差異、纖芯（或模場）的同心度偏差、纖芯隨圓度等。由這些因素所引起的光纖對接損耗，一般是無法通過連接技術(shù)來改善的；另一類是光纖連接時光纖的端面質(zhì)量、對中質(zhì)量和連接質(zhì)量等因素，具體來說就是光纖的端面切割質(zhì)量，光纖軸間的橫向錯位、端面間距、纖軸的角度傾斜、纖芯形變等因素。這類因素所引起的連接損耗可通過連接技術(shù)的改進得到改善。光纖端面的反射損耗兩根光纖對接時，端面之間可能沒有緊密接觸而留有一些空隙。間隙中介質(zhì)一般是空氣，其折射率n0與光纖纖芯的折射率n是不同的。這樣，在兩個光纖的端面上光傳輸時便會產(chǎn)生菲涅爾反射，引起光傳輸損耗。在一個光纖端面上，光傳輸時的耦合效率η為：(1-5)公式(1-5)說明不考慮其它因素時，光纖對接因端面間隙處端面反射的存在而引起的耦合損耗。一般空氣的折射率n0=1，光纖纖芯折射率n=1.46，所以在一個光纖端面上的光耦合效率η=0.93，即在一個光纖端面上產(chǎn)生反射損耗Lf：(1-6)光通過光纖接點傳輸，經(jīng)受在兩個端面上反射，一次從發(fā)射光纖到空氣；一次從空氣到接收光纖，所以在一個光纖接點上，由反射引起的損耗總是0.32dB。這是個相當大的損耗，在實際的光纖對接時應設(shè)法避免或降低。減小這種反射損耗的途徑，一是設(shè)法使對接的兩個光纖端面緊密接觸（如光纖連接器中的物理接觸——PC），甚至干脆把兩根光纖熔融連接起來，這樣，兩個端面之間完全沒有了空氣間隙，也就消除了因端面反射引起的光傳輸損耗。這一點，在監(jiān)測光纖熔接過程中還可以用來判別光纖熔接質(zhì)量的好壞。在無法完全消除面之間的間隙時，應在兩個對接光纖端面之間加注折射率匹配材料，因其折射率接近光纖纖芯的折射率，從公式(1-5)可知，這樣可以大大降低端面反射所引起的光傳輸損耗。圖1-5光纖對接時橫向錯位X光纖的橫向錯位光纖在對接時，無論用微調(diào)架調(diào)節(jié)對準還是用V型槽之類工具定位，都不可能使兩根光纖的纖軸完全平行并對準，在兩根對接的光纖的軸線之間多少有一些偏離，如圖1-5所示。當要求因纖軸的橫向錯位X所引起的光纖連接耗小于0.1dB時，對于常規(guī)多模漸變光纖(2a=50μm,△=1％)，橫向錯位必須小于3.0μm；對于1300nm通信用單模光纖(2a=10μm,△=0.3％)，橫向錯位必須小于0.8μm。顯然，對單模光纖連接其對準確精度比多模光纖要高得多。光纖纖軸的角度傾斜光纖連接時，因種種原因，使兩根要連接的光纖纖軸互相不平行，形成圖1-6所示的那種情況，即兩根光纖的軸之間有一角度傾斜，這種纖軸之間的傾角θ也會引起光耦合損耗。圖1-6纖軸之間的傾角θ要使因纖軸傾角引起的光耦合損耗小于1dB,必須要求傾角θ小于5°；若要使光纖連接損耗小于0.1dB，要求多模光纖的軸傾角θ小于0.7°，而單模光纖的軸傾角必須小于0.3。光纖端面間隙兩根對接光纖端面之間留有一定間隙d時，顯然也會引起光傳輸損耗。在同樣的連接損耗要求下，對端面間隙d的要求不如對纖軸的橫向偏移X那樣嚴格。以上各種情況都要假定用同一種光纖進行連接的情況，若連接的光纖不是同樣光纖，那末由于光纖本身特性參數(shù)的差異，將引入連接損耗。光纖參數(shù)的差別1.多模光纖我們把連接的光纖一根稱為發(fā)射光纖，記為T；另一根稱為接收光纖，記為R。纖芯直徑不同，它們的半徑分別標為aR和aT。當把它們連接起來時，在均勻模式功率分布條件下的光耦合效率為（假定aT＞aR）：R→Tη=1(無耦合損耗)T→R(1-7)(2)數(shù)值孔徑（NA）不同，同樣記為NAR和NAT，并設(shè)NAT＞NAR，則在均勻模式功率分布條件下，光耦合效率為：R→Tη=1(無耦合損耗)T→R(1-8)(3)光纖的折射率分布指數(shù)q不同，記為qR和qT，并設(shè)qR≥qT，則在均勻模式功率分布條件下，連接時的耦合效率為：(1-9)(4)光纖纖芯橢圓。光纖纖芯不圓時，對接損耗就會增大。纖芯不規(guī)則無法考慮，這里只涉及纖芯橢圓的情況并設(shè)橢圓度，而且連接的兩根光纖有同樣的橢圓度，在最差的情況下對接，即一根光纖的長軸(2b)對另一根光纖的短軸(2a)，這時，對接收的耦合效率ηMM為：(e≤5％時)(1-10)2.單模光纖模場直徑的差異。用模場半徑計算連接時的耦合效率：(1-11)由于單模光纖的特殊性，所以無論是從模場直徑大的光纖向模場直徑小的光纖傳輸還是從模場直徑小的光纖向模場直徑大的光纖傳輸，它們的光耦合效率是一樣的，即連接損耗一樣。這一點，與不同芯徑的多模光纖連接的結(jié)果完全不同。光纖端面情況光纖相連接時，光纖的端面都需經(jīng)過切割處理，所得的光纖端面與理想狀態(tài)總有一點差別。端面質(zhì)量不理想，造成了光纖連接時光傳輸損耗增大，特別是在對接（不是熔接）時，影響更大。1.光纖端面與纖軸不垂直（斜的端面），對接時有一夾角θ，如圖1-7所示。θ是兩個光纖的端面角θ1與θ2之和。這種光纖端面相對接時，在均勻模式功率分布時，在突變型光纖時耦合效率是：(1-12)式中，K是光纖折射率與端面間介質(zhì)折射率之比，△是光纖纖芯、包層相對折射率差。圖1-7斜端面耦合情況2.凸形光纖端面。這種端面情況如圖1-8所示。圖中d1、d2表示兩個端面的彎曲程度。突變型光纖，在均勻的模式功率分布情況下，其耦合效率為：(1-13)圖1-8凸形端面對接以上列舉了影響光纖連接時耦合效率或耦合損耗（即連接損耗）的許多因素，以及單獨考慮一種因素影響的結(jié)果。實際光纖連接的光傳輸損耗是各種因素綜合影響的結(jié)果，可以在以后的實際操作中參照上述結(jié)論，分析體會影響光纖連接損耗的主要因素。三、光纖的熔接在這一部分我們將簡單介紹幾種光纖固定連接的方法，并著重介紹光纖熔接的全過程。這些方法是在光纖檢測和通信工程中要廣泛使用的。光纖固定連接的幾種方法1.套管連接光纖經(jīng)過去除涂層、清潔處理后，插入圖1-9所示的套管，直到兩個端面接觸。一般地需要在切割好的光纖端面上先蘸上折射率匹配材料再進行對接。套管的內(nèi)徑應與光纖外徑相當，這樣可得到滿意的連接效果。圖1-9套管連接2.V形槽連接將處理好的光纖放入V形槽內(nèi)，放上蓋板，然后輕輕推插光纖，使兩個端面接觸到。必要時端面之間應加注匹配材料。V形槽的深淺和光纖外徑的一致性將保證可以獲得滿意的連接效果（見圖1.10）。圖1-10V形槽和板圖1-11三棒連接3.三棒連接圖1-11示出了三棒的放置，棒的直徑約為光纖外徑的6.5倍，外面套有彈性材料，用以固定棒的位置。用類似于套管連接的方法使光纖在三棒的空隙中對接。4.熔融連接用電弧、火焰或激光加熱要連接的光纖的兩個端面（已處理過的），使它們?nèi)廴谥敝痢盁Y(jié)”在一起。這種方法連接光纖都是在專門的光纖熔接機上完成的。光纖的熔接1.光纖的熔融方法可以用多種方法加熱光纖并使其熔融。如用電熱絲加熱，這種方法不容易得到能使玻璃光纖熔融的高溫（對石英玻璃光纖，其熔融連接溫度要2000℃以上）。也可以有用大功率激光器，如CO2激光器的激光束加熱光纖，這可以獲得非常清潔的加熱狀態(tài)，很適宜于做高強度光纖接頭。但是使用激光束加熱的激光器輔助裝置較為龐大，花費也大，所以使用得并不廣泛。也有使用各種火焰進行加熱的，如丁烷氧焰，氫氣火焰，氫氧焰，氫氯焰，氫氯氧焰等等。特別是氫氯焰，能做出強度最好的光纖熔接頭?？上У氖鞘褂酶鞣N火焰加熱時自動控制比較困難，而且也不甚安全，所以還沒有得到普遍推廣應用，僅在個別對光纖接頭強度有特高要求的場合使用。另外一種加熱方法就是通過電弧放電，在光纖端頭附近局部區(qū)域通過放電的方法產(chǎn)生高溫使光纖熔融。這種方法可以通過控制電弧的放2.用光纖熔接機熔接光纖光纖熔接機的發(fā)展史，已經(jīng)經(jīng)歷了幾代商品過程，最早的光纖電弧熔接機，光纖的對中和熔接過程都是手動操作的。從只適用于多模光纖發(fā)展到適用于多模光纖單模光纖的熔接，光纖熔接機的對中調(diào)整和定位精度大大提高了，可以達到0.1μm。最初的多模光纖熔接機以光纖外層作基準面進行對中調(diào)整，以后發(fā)展成光功率監(jiān)測調(diào)整，現(xiàn)今的自動對中熔接機融入了顯微攝像、微機技術(shù)和圖像校正等新技術(shù)，形成了“纖芯直視”式自動熔接機，甚至可以一次熔接多根光纖。光纖熔接機必須具備下述性能：熔接機必須具有能固定光纖的精密光纖夾具，放置發(fā)射光纖和接收光纖的夾具的軸向應有極高的平行度。要有精密的微調(diào)功能，一般要求能在x、y、z三個方向上能進行精密調(diào)整，調(diào)節(jié)精度達0.1μm。電弧放電要穩(wěn)定，光纖熔接條件可調(diào)節(jié)，以適應各類光纖的熔接。光纖熔接前的準備工作在光纖熔接的全過程中，需要精確地執(zhí)行許多操作，主要是三個方面，即光纖端面制備、光纖精密對中和光纖的熔接和定位。在光纖熔接之前，光纖涂層的去除、清潔及端面制備工作必須仔細認真地對待。光纖護層的去除。剝開光纜，其中的光纖的外面可能還有兩層塑性保護層。一般，最外層是光纖的二次被覆層，二次被覆層可能是緊套的尼龍護層，也可能是松套的聚丙烯(P.P)、聚酯(PBT)、聚四氟氯乙烯(FEP)等塑料套管。這二次被覆層可以用專用的割刀割斷然后用手拉去；在沒有專用工具時，用單面或雙面刀片割斷被覆層，用手拉去套管。但除去緊套的尼龍護層必須用刀片來削除。緊貼著石英玻璃光纖外表面上還有一層塑料涂層，即光纖的一次涂覆層，這一層涂覆材料一般用兩種方法來去除。一種是機械方法，可用刀削去，也可用火焰把它燒掉，最好利用專用工具來剝除一次涂覆層，用機械方法剝除光纖的一次涂覆層，可能會損傷石英玻璃光纖的外表面，特別是用火焰方法去除涂層，將使光纖本身的機械強度大大降低；另一種方法是化學方法。用某種化學溶劑來去除光纖上的一次涂覆材料，根據(jù)不同的一次涂覆材料選用不同的化學溶劑；紫外固化(uv)的丙烯酸酯涂層，可以用二氯甲烷或二氯乙烷和三氯甲烷中任何一種作溶劑，將帶有涂層的光纖在溶劑中浸泡數(shù)分鐘，這類涂層便會溶脹，甚至脫落。用脫脂棉或紗布輕輕揩抹就能方便地去除這類涂覆層；當光纖的一次涂層材料是有機硅樹脂時，需把它放在濃硫酯中浸泡，直到把有機硅樹酯涂覆層全部溶解掉；如果光纖的一次涂覆層材料是環(huán)氧樹酯，那么就要用熱的（約200℃光纖的一次涂覆層去除后，需仔細檢查一下一次涂覆層是不是已經(jīng)去除干凈了。一次涂層去除干凈以后，用蘸有酒精（無水乙醇）或丙酮的紗布或脫脂棉捏住光纖輕輕擦洗，務(wù)必使去除了一次覆層的裸光纖外表面上沒有污染、水份及灰塵，否則會影響光纖熔接質(zhì)量，甚至出現(xiàn)氣泡。光纖端面切割。無論是光纖對接還是熔接，要獲得耦合損耗小的光纖高質(zhì)量接頭，被接光纖端面的質(zhì)量是關(guān)鍵。光纖連接，要求光纖端面必須平整、端面與纖軸垂直。要得到滿意的光纖端面，必須使用光纖切割刀等手段來獲取高質(zhì)量的光纖端面。當然可以采用切割、研磨、拋光的方法來獲得平整的光纖端面，就像做光纖連接器那樣，但這種手段太繁雜，不能在要求快捷時使用。在光纖對接和熔接過程中現(xiàn)在都使用專門的光纖切割刀來制備光纖端面，現(xiàn)在商品光纖熔接機都附有性能很好的光纖切割器。高級的商用光纖切割刀，可以做出幾乎接近理想的高質(zhì)量光纖端面，而且成功率也很高。這些光纖切割刀工具所用的光纖切斷方法基本上有兩種。一種是在施加有一定張力的光纖上用金剛石一類刀刃在光纖的要切斷部位處劃（或刻）痕，一旦光纖表面出現(xiàn)裂紋，光纖就會在所加張力的作用下在劃痕處崩斷，從而得到所要的平整端面。另一種是先在裸光纖上用刀刃劃痕，然后彎折光纖，或者在對光纖同時施加張力的情況下彎折光纖，光纖折斷后便獲得高質(zhì)量的光纖斷面。實際切割光纖時，對光纖施加的張力應在正確的范圍內(nèi)，如對外徑為φ125μm的石英玻璃光纖，所加的張力約100～300克。另外，必須注意，在彎折光纖時要防止光纖受到扭轉(zhuǎn)（光纖的扭轉(zhuǎn)必須小于1cm），否則斷裂端面會出現(xiàn)唇邊，或斷面粗糙，如圖1-12中所示的情況(a)和(b)。這種劃痕-彎拉光纖的切割過程可用圖1-13來概括：(a)唇邊；(b)中間霧狀區(qū)右邊粗糙不平；(c)良好的端面圖1-12光纖端面的質(zhì)量圖1-13光纖端面切割過程在圖1-12中，已經(jīng)看到了切割光纖所得到的質(zhì)量，我們可以把光纖斷面分成三個區(qū)域，見圖1-14所示。(a)劃痕點附近虛線內(nèi)的區(qū)域，其半徑為r，這是很平整的鏡面區(qū)域；(b)鏡面區(qū)域邊緣附近的霧狀模糊區(qū)；(c)凹凸不平的粗糙區(qū)域，位于劃痕點的對面。光纖斷面上的鏡面區(qū)域的大小與光纖上所受到的本地應力F有關(guān)。(1-14)式中，K是鏡面常數(shù)，對于熔融石英K為7.5kg/mm2；堿玻璃的K為6.1kg/mm2。從(1-26)式可知，在光纖上用金剛石劃痕以后，光纖上必須有足夠的應力，才能使光纖斷裂；但是，所加的應力不能太大，否則鏡面區(qū)域的半徑將太小。同時在光纖劃痕點的對面將出現(xiàn)上述(b)那樣的粗糙不平的區(qū)域。由公式(1-14)得，要使鏡面區(qū)域的半徑r≥a（a是光纖半徑），要求在端面上所有點處的本地應力F小于K/。但是無疑地，F(xiàn)必須大于0。否則在劃痕點的對面將形成唇邊。此外，應力F必須與光纖的纖軸平行。應力F與纖軸不平行的后果是形成非零端面角（即端面與纖軸不垂直）。這樣，光纖上所加應力σ的范圍是0＜F＜K/。若在光纖上劃痕太輕，那么需要加比較大的應力才能使光纖折斷，這樣得到的光纖端面質(zhì)量就不會高。但是，劃痕太重，會在端面上留下缺口，甚至直接弄斷光纖。對于單用張力拉斷光纖的切割方法，為保證獲得鏡面似的端面，需加較重的劃痕，使在劃痕點處所受的張應力最大，而后向周邊逐漸減小，只要直到劃痕點對面的應力仍然大于零的話，這樣獲得的光纖切割端面的質(zhì)量是好的。對光纖施加張力的同時再彎曲光纖，是通過光纖彎曲產(chǎn)生彎曲應力,在光纖上實現(xiàn)上述應力狀態(tài)（E為光纖的楊氏模量，石英光纖的E=7000kg/mm2，R是彎曲半