光学标准简要论述及光纤光缆测试讲义

PAGEPAGE23美國軍用標准性能標准軍火控制設備用光學元件；監控生產、裝配、檢測的通用標准所有國防部門和代理部門可允許使用此標准。1.范圍1.1范圍。此標准包括精加工光學光學元件的生產、裝配、檢測，諸如用於軍火控制設備上的球面鏡、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准3、4、5章的要求。本章不包括本標准其他章節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准3、4、5章列出的文件要求，無論這些內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)和相關資料寄給：美國陸軍武器研究發展部隊、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准化文件改善提案之字樣。發行申明：此為公用版本，發行不受限制。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容的一部分，擴大本文的范圍。除非另有規定，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展工程技術中心C7641866光學元件表面質量標准(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優先順序本標准內容與其引出的參考有沖突時，以本標准內容為准。本標准未述內容，可行法律法規代行除非有具體的免除通知。(看附加優先標准合同條令)3.要求：3.1所有的光學元件，配件以及系統產品都必須符合這一標准的要求，除非具體的儀器標准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定，允許使用規定的其它玻璃材料時，應提供給合同管理人員相關的玻璃光學特性及設計數據完整的信息。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據相一致3.3.1邊所有光學元件都應當倒邊在(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和缺陷都必須符合此標准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量，光學系統圖要注明光束直經。3.5.1.1缺陷尺寸指定表面缺陷在圖面上指定用兩個數字來表示，此兩個數據按兩個等級設置，依表面質量標准(C7641866)。第一個數字表示傷痕，第二個數字表示斑孔。3.5.2劃痕3.5.2.1環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，則產品上傷痕總數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的一半。如果不存在最大的劃痕，則劃痕的總數乘以傷痕長度與直徑的比值，這個值不得超過最大劃痕數3.5.2.2非環形光學元件非環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規定的正確的公式時，在指定光學元件圖紙或詳圖中透光區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。屋脊稜鏡的表面質量公差設在同等面積的元件的基礎上，從空氣側觀測，參見3.7.10.1。3.5.2.2.2表面質量(中心區)規定劃痕規格為20或更好的表面，在直徑1/4”(6.35mm)環形范圍內，劃痕不應超過4個。此要求不用於劃痕規格小於103.5.2.3表面質量(外部區域)在透光區之外的表面質量應為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規定的同一限制內。鍍膜劃痕應與基體傷痕分開考慮。3.5.3斑孔3.5.3.1斑孔設計斑孔數字為允許缺陷的真正直徑，以1/100mm為單位定義的，如有不規則的斑孔，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量應該是直徑20mm或單個面的20mm區域有一個。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表面質量當表面上斑孔規格要求為10或更少時，所有斑孔必須間隔至少1mm。而斑孔可允許規格多於10時，不要求檢測它的分散度。3.5.4氣泡與雜質氣泡應歸為表面斑孔。玻璃中的雜質被視為氣泡。不規則的雜質的尺寸應為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之內。3.5.4.1最大尺寸氣泡最大尺寸氣泡可允許的數量應該是光徑20mm或單個元件20mm區域有一個。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據中獲得。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定的尺寸，那缺陷尺寸由直立系統的放大倍數乘以目鏡的放大倍數決定。3.5.5.3區域劃分一個表面上，如果一束軸向光束的直徑是透光區的1/4或更少，則此表面應該分為中心區和外部區。中心區在寬度上是透光區的一半。分劃板區域劃分依3.7.11.1規定。表I表面質量要求焦平面和近焦平面中心區(直徑的1/2)外部區光束直徑mm放大倍數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內的膠合氣泡、空隙、不可分解雜質、干污點、氣孔、灰塵不應超過3.5.3.1~3.5.4.1規定的斑孔、氣泡的限度。3.6.1膠合面的表面質量透光區的粘合缺陷，如膠合面的單個面己規定了表面質量，就以此為基准考慮，如果沒有規定，粘合表面質量應采用鄰近面表面質量的中間值(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面邊要有一個連續焊珠型的固化粘結物。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，不應產生羽狀物及明顯出現分離、膠合軟化或其它缺陷出現(3.6規定的除外)。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，不應產生羽狀物及明顯地出現分離、膠合軟化或其它缺陷出現(3.6規定的除外)。3.7.3減反膜光學表面如在圖紙上有規定“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方法黑化處理3.7.5清晰度每個物鏡、聚光鏡、直立系統、目鏡、平面鏡、光楔、觀景窗、濾光片、稜鏡、稜鏡裝置需要根據4.2.5規定開展清晰度檢測。3.7.6平行度(濾光片)濾光片的平行度在圖紙規定的公差范圍之內。如果沒有公差規定，在望遠鏡內或前面的濾光片不應超過光線偏轉的1弧分。位於接目鏡和出射光瞳之間的濾光片光線偏轉不應超過5弧分。3.7.7分劃板刻度間距光柵刻度間距根據4.2.10.5檢測3.7.8拋光面拋光面根據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表面質量透鏡的表面質量應和所適用的圖紙或產品仕樣書一致。如沒有規定時，表面質量應如下：物鏡、直立系統、窗口片和位於焦平面外至少15個屈光度的其他元件，表面質量應為80-50或更好。望遠鏡和聚光鏡中心區的表面質量為20/5，外部區為40/15。目鏡的中心透鏡中心區表面質量為40/15，外部區域為40/20。接眼鏡片，不包括對稱性的接目鏡，中心區SD為40/20，外部區域為60/30。望遠鏡的接眼鏡片，它的中心區表面質量為20/5，外部區域為40/15。在接目鏡和出射光瞳之間的濾光片的表面質量中心區域為40/20，外部區域為60/30。在內部的濾光片與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，未侵入透鏡透光區的裂邊是允許的。依據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。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。3.7.10稜鏡和平面鏡3.7.10.1表面質量每個稜鏡的表面質量應與所適用的圖紙和仕樣書規定的一致。對於那些面，其位於焦平面外至少15個屈光度，它的質量為80/50或更好。那些位於焦平面內5-15個屈光度的平面，中心區的表面質量為20/5，外部區域為40/15。位於焦平面內5個以內屈光度的平面，其表面質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的，在下列限制條件之內的可以允許：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，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定。3.7.10.4直立系統稜鏡直立系統稜鏡應根據4.2.5.2規定檢測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規定。3.7.10.5.3透過區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表面質量表面質量由圖紙規定。沒有規定時，表面質量應遵照3.5.5.3規定，依焦平面定義。只是區域尺寸要另外考慮，中心區域是位於中心的地方，寬度是透光區的一半，此規定是指那些有刻度且最外刻度在這個區域內的分劃板，以及那些僅有縱橫刻線，而刻線可以超過這個區域。對於那些有刻度己超過透光區一半的分劃板，其中心區域應是位於中心的地方，寬度是透光區的3/4。在透光區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定的公差范圍內。如果沒有給定公差，公差應該是光線路徑偏轉6弧分。3.7.11.4標記分劃板標記要利用目鏡觀察，放大倍數與在成品儀器裡觀察分劃板的放大倍數相同。字母和數字(無論是在產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，那麼數字或字母上的缺陷是可以接受的，除非另有規定，字母或數字用任一印刷體是允許的，但是分劃板裡所選字體必須統一，必須得到完成機構的認可。刻線破損占線寬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。所有的線應是統一的寬度和深度，線的相交處應是尖的。刻線上線寬的穩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象，則應該拒收。3.7.11.5照明分劃板用與儀器相關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量應與3.7.9.1規定致3.8光學系3.8.1未裝配的元件按設計規定完成的未裝配的光學元件根據部組的光學圖進行群組，根據4.2.9進行檢測。3.8.2裝配的元件按設計規定完成他們各自裝配的光學部組將根據圖紙和仕樣書進行組裝，根據4.2.10進行檢測。3.8.2.1缺陷标准此规则里未损坏成品仪器性能的缺陷，是可以接受的。缺陷的接受与否取决于元件在成品光具组中的位置。元件如果离焦平面有一定距离，它的缺陷就没有靠近焦平面的元件的缺陷后果严重。任何情况下应该着重强调的是棱镜或透镜的性能而不是它们的外形，除非后者确实说明它的工艺不精。重要的顺序如下：高要求的表面光栅的腐蚀表面焦平面内聚光透镜表面一般要求的表面光栅最近处物镜表面焦平面附近聚光透镜、中心透镜或棱镜的表面低要求的表面窗口片、物镜、棱镜、直立系统，目镜的其余表面3.8.2.2校准所有完成装配的光學系統中的光学元件應該进行校准，这样从光学轴上观察的出射光瞳，它的最小直径≥90%主直径。在10%的出射透光区用目镜在2英尺3.8.2.3密封连接根据规定，湿潤的密封化合物均勻的应用到光学元件上，形狀類似完整的水珠。注入密封化合物24小时后，方可观察仪器。3.8.2.4填充使用填充物、薄墊片、楔子或光学元件下面或周围有间隙均应该拒收，除非图纸有规定。3.8.2.5性能特征3.8.2.5.1振动光学仪器按照规定4.2.10.7进行振动检测后，所含杂质应在规定的范围内。如果没有详细的要求，任何受限空间的杂质不应在尺寸或数量上超过麻点可允许的规格。仪器持续此检测时应没有松动和损坏。3.8.2.5.2冲击完成装配的光学元件通过玻璃与金属的粘合或从其它元件得到物理上的支持，因此需进行冲击实验。3.8.2.5.3清洁成品仪器光学表面应该清洁，没有冷凝物和易挥发物。检查方法如4.2.10.9。未经負責的技术部门许可，禁止使用殘留灰尘、油污的成品儀器。3.8.2.5.4视差应该据4.2.10.4消除视差。3.8.2.5.5固定目镜焦距除非另有规定，目镜放置在-0.75---1.0屈光度时，物镜中心的光栅应该在焦点上。一个至少可放大3倍的校准屈光度计或同样的辅助望远镜可完成此项工作。4.审核4.1通用条令除非合同或定单上有所规定，一般情況下卖方负责提供所有检测要求,例如性能等。卖方可以利用自己的设備或政府认可的赢利性实验室进行实验检测。政府有权檢測产品规格中所列的任何項目，这些检测是檢驗卖方是否满足要求的必要手段。4.1.1检查和测试特征分类一致性检查和测试根据特征分类表规定的开展。立约人的质量程序或详细的检测程序保证了产品圖紙上提供的所有特征和应用的规格要求，至少是性能标准所一致。除非合同和产品规定，特征样品检测必须根據产品规格特征分类表规定的检测等级詳見下表.表Ⅱ.抽樣檢查品質檢查水準樣品總數量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.當樣品總數量少於需檢查數量,執行100%全檢;3.抽樣不良數為0,判定OK,抽樣不良數為1或更多,判定NG.针对特征的分类，有下列定义危急的：危机缺陷指判断和经验的缺陷：此種缺陷在产品单独使用、维护或依赖产品时，会導致严重或不安全的状况发生；或者此種缺陷有可能妨碍一个项目的战术功能，像坦克、陆战车、导弹、航母、炮弹或其他主要军事程序。主要的：主要缺陷，次于危急缺陷，有可能导致錯誤，或减少产品某个目的的使用功能。微小的：这种缺陷不會削弱或偏離产品特殊使用功能,几乎不影响使用效果或操作标准。可选择的一致性条令除非另有规定或合同提供，可选择的一致性程序，方法，或设备，比如统计加工控制，设备工致，可变样品或其他类型的样品计划等等，立约人至少提供合理保证方可使用。在应用这些可选择程序、设备或方法前，立约人应该以书面建议的形式将这些内容呈交给政府以供评估。根据要求，契约人应证实每个可选择的条令等于或好于规定的一致性条令。如果对立约人建议的可选择的一致性条令产生争议时，应该应用标准的条令。所有认可的可选择条令应该与立约人质量程序或检测程序保持一致。检测等级此文件的參考和附錄中涉及检测等级的部分都应遵循表2特征样品的检测。4.2检测方法4.2.1光学元件检测光学元件检测依靠可行的产品规格利用批准的光学方法和设备开展。如没有批准的检测方法与设备，应采用下列通用标准程序。在责任技术活动认可前应采用合适的檢測程序。4.2.1.1机械尺寸应检测每个光学元件的机械尺寸是否与图纸的一致，应根据此标准要求的开展检测。4.2.1.2放射性材料抛光玻璃用X射线光谱仪技术或批准的可选择的技术开展检测，符合3.2.1.1。开展X射线荧光的设备和方法，其钍和其他放射材料最小可觉察的等级为100ppm，有+/-25ppm的误差。样品不符和3.2.1.1要求的，此批所有的玻璃应该拒收。4.2.2表面质量元件应利用下列方法符合3.5.23.5.53.6.13.7.9.13.7.10.1的要求开展检测。4.2.2.1检测方法1待检元件应该从距离玻璃大约3英寸的地方用40瓦白炽灯泡或15瓦冷白荧灯照射背面，观测其精磨玻璃或乳白表面。用大约占据1/24.2.2.2方法2从40瓦或15瓦发出的光穿过精磨玻璃並穿过元件。光径与黑色背景区成大约90度时，光从表面分散可观察到缺陷。4.2.3温度测试4.2.3.1测试1取每种型号胶合或粘合元件10片中的3片，在高低温下开展检测，根据3.7.1规定。如怀疑其质量，检验员认为必要时则有权要求开展额外样品检测。经过这些测试的元件将通过其他所有要求的测试。4.2.3.2测试2胶合或粘合元件应在-80+/-2度F下5个小时。在此温度下视觉上检测，然后在室温下放置5小时后再检测。光学设备上没有羽毛状或网状不良,元件表面没有分离现象。开展此实验时光学仪器冷却至-80度或升温至室温的过程中不应受到任何热冲击。4.2.3.3测试3胶合光学装配在高温下应该开展以下测试。元件被严格固定，方法为它的胶合面大约在一個垂直面上。重量增加會导致光学装配中胶合或粘合面每平方英寸5央司的抗煎应力或受到其它元件的延緩影響。在任何情况下重量都不小于1央司。整套装置可以在周围温度+160+/-2F度2小时。透镜在室温下检测符合4.2.6规定的要求，并且一个元件相對另一个原件运动或滑动不超过0.002英寸。开展此实验时光学仪器升温至+1604.2.3.4故障调查光学装置的故障阻碍了正常出荷，应展开调查原因。如果合同签定公司代表希望得知装置故障的原因，那么立约人应该在其公司管理人员代表在场的情况下立即展开调查。如果调查显示原因在于胶合或粘合面，将不接受此光学装置以及它的胶合或粘合缺陷。立约人应改正胶合技术及糾正先前生产的错误的光学装置。取此种型号的拒收品10片，经过检测，成功通过温度检察后再认可和发货。4.2.4温度-相关湿度4.2.4.1样品尺寸合同初期取每种型号胶合或粘合元件10片中的3片，或者一旦改变胶合方法或胶合类型时，必須開展规定的温湿度检测。若怀疑其质量，检验员认为必要时则有权要求开展额外样品检测。4.2.4.2检测步骤胶合或粘合元件在干燥环境下应逐渐加热至+140+/-2F度，然后立即放置于95%湿度、周围温度+130/+/-2F度，时间为2小时。光学装置从湿环境中取出后立即擦干，冷却到室温。8小时后，元件开展4.2.3.2及4.2.3.3规定的检测。无论何时光学装置有边的分离或有胶合起泡，或者有胶裂现象时，应在相同步骤下重复本段规定的检测。元件没有通过最初的检测，或出現胶合缺陷，或重新检测后另有胶合缺陷发生，这些都应拒收，包括那些从相关批次挑选出来用于检测的、胶合缺陷可以存在的那些光学装配。所有元件被认可前如果要求，则应该再开展湿度检测，重新胶合与镀膜。4.2.4.3拒收标准未通过4.2.4检测规定的元件，应按4.2.3.4规定的同样方式处理。4.2.5清晰度检测清晰度检测是标准的检测，使用有分辨作用的图表来开展，詳見图1。分辨能力检测光学性能的一種方法。分辨放大倍数是一系列可以分辨的平行晶棒的对角边。通过观察包含相等间距平行晶棒的图表，测得分辨能力。使用望远镜获得足够的放大效果。分辨放大倍数图表由4套线组成，每套包括3或4条线，成45度（水平、垂直、2个成45度）。3条线的那套，它的线是其实际线宽的5倍。4条线的那组，是实际线宽的7倍。线的宽度与间距的宽度是同等的。白色背景下是黑色线，黑色背景下是白色线。在4套线中心有一个识别数字。最小对比度是100：1。正确尺寸的图表可以在准直仪里观察，或者可以直接观察。如果直接观察，图表应该距离望远镜至少2M2英尺，M具有检测望远镜放大倍数的能力。图表的对角边以秒為單位進行測量，相当于反正切2W/X。W指图表线的宽度，X指准直仪焦距或图表到望远镜的距离。望远镜校准時，这样图表在视线中间。增加辅助望远镜，方向至图表中心。辅助望远镜屈光度为0，这样检测中的望远镜可集中于分辨放大倍数图表中心的数字。读分辨读数时，辅助望远镜定焦在4条经线中一条的+/-1/8屈光度。所有经线有正确的线读数。當观察到的每条线不能更清楚地分离，则达到了分辨极限。4.2.5.1物镜和直立系统利用上图表检测物镜和直立系统时，上图表应该放置到正确的距离，物镜或目直立系统所成的像用标准要求的或合同规定的放大倍数的显微镜观测。这有可能辨別线的结构相当于指定的清晰度。图表应该被照明，成像亮度为10-20毫朗伯。4.2.5.2透镜透镜作用于正进行检测的成品仪器清晰度时，合格的另一光学元件應當放置妥当,就像放置到实际仪器里一样。透镜放到给定位置，通过辅助望远镜（透光区每英寸放大40-60倍）观察图表。有可能辨別要求清晰度的线的结构.图表应该被照明，这样成像亮度为10-20毫朗伯。非合同人生产的,需要进行此项检测的光学元件必须由合同管理人员安装。4.2.5.3成像表面元件用其外形作用到光学系统上。从元件的透光区观測清晰度，显示成像在图1。用至少放大5倍的望远镜（大于元件与眼睛之间的光学系统的放大倍数）观察成像。4.2.5.4光学元件或未装配元件光学元件及部分未装配元件根据详细标准及合同文件进行检测。4.2.6透镜的同心度检测胶合和单个透镜的同心度，根据3.7.9.3要求。4.2.8列出的仪器及改革件，须进行此项检测，准直仪光栅除外。准直仪里的光栅集中放到组合透镜（由准直仪物镜、正进行同心度检测的透镜和允许透镜以几何轴为中心旋转的工作台组成）的焦平面上.4.2.7棱镜偏转使用光谱仪检测透过棱镜的光线来检测棱镜偏转角度。4.2.8平行度窗口片、楔形，光栅或相似平面元件，通过检测通过其光线的偏转来检测面的平行度。4.2.9未装配光学装置的检测4.2.9.1光学元件此类元件要进行4.2.1-4.2.8列出的检测。4.2.9.2光学組合元件元件组合到装置里以便检测、出荷。它们根据与装置匹配的光学图纸的要求相互分隔，装配到主仪器或檢测器检测其清晰度和成像质量。不符合要求的元件将被替换。（參照图1的检测目标及4.2.10.2、4.2.10.3的检测大纲）4.2.10已装配光学装置的检测4.2.10.1光学元件这些装置的光学元件按4.2检测。4.2.10.2标板用于光学装置检测的标板可以与实际标板或者准直仪里的小标板同等尺寸。在白色背景上印上黑线可以做成实际尺寸的标板。准直仪里的实际尺寸标板是蚀刻而成的或者是複製照相光栅的缩小模型。從詳細的標準中發現标板可以是多樣的,从普通交叉线到包含垂直线、平行线、公差限制、刻度范围的标板（參照图1的清晰度來检测标板）.4.2.10.2.1准直仪光栅准直仪里的光栅单元格可以调整，这样光栅可以接近/背离物镜来表示外面标板放置的不同距离。例如，从200码处观察标板，望远镜规格要求仪器没有视差,准直仪标板用于检测。此时调整准直仪光栅来表示不同的距离就很必要了。在2004.2.10.2.2图象质量准直仪标板用于检测望远镜图象质量时，象差有适当的公差，准直仪物镜象差的缺陷是用望远镜來检测的。应该消除这些象差的影响。4.2.10.3仪器，检测在必要的地方，使用光度计或同样的辅助望远镜观察物镜来弥补检测员视力的不足。4.2.10.4视差物镜中心应没有视差，除非标准另有规定。4.2.10.5光栅刻度间距通过检测光栅刻度间距对角边的标板来检测其准确度。标板是光栅放大的模板或准直仪光栅标板。放大的标板在白色背景下要有黑线或标记，放置在正确的位置上，其标板面垂直于望远镜视线所在的线。4.2.10.6表面质量,光栅用放大镜观察光栅是否与3.7.11.1一致，放大倍数等于或大于望远镜的观察透镜的倍數。灯光与方法与4.2.2规定的相同。4.2.10.7振动检测光学仪器单独安装或组装在振动机器和装置上，在振幅不小于1/16英寸（在装置安装面中心总运动轨迹1/8英寸）、频率30赫兹、2分鐘到4.2.10.8冲击检测胶合或粘合装置上的冲击检测。如没有具体的要求，每个装置要经受胶合面平行方向上的加速冲击，以检测其粘着力或胶合粘合面的粘合缺陷。加速振动时间大约是正弦函数的半周期，时间最小为0,最大0.7到2.0毫秒。高频率元件的振幅比加速曲线不超过基本振幅的30%。除非另有規定，每个装置经受150g的加速6次冲击。4.2.10.9清洁裸眼通过物镜和目镜观察其光学装置。利用阴影技术检测其湿度，观察亮度大約为300英尺5包装5.1包装包装要求应与合同或定单规定的一致。材料的实际包装由国防部人员开展时，这些人员需要联系相关的责任包装来确定必须的包装要求。包装要求由军事防御部门或军事系统指挥部门的库存控制包装事宜。军事部门或防御机构自动化包装文件、CD-ROM产品或联系责任包装事宜的包装数据修补是有效的。6备注（本节包含的一般或说明性的备注可以有用，但不是强制的）6.1计划使用光学元件根据合同要求可使用于军火控制仪器，例如瞄准器、望远镜、窥视窗、测距仪,可以是单独的光学元件、部分或完整的装配，也可以是加工的、未加工的等。6.2要求文件应包括以下內容此规定的名称、代码及日期选择可行的保存、包装级别被鑒定的測試报告6.3定义6.3.1傷痕表面的标记或裂缝。傷痕类型鉴别如下：霧狀潛傷或有排列的斷斷續續的傷痕.滚动擦傷或彎曲的刀傷.光滑的細傷痕由於压榨或摩擦-操作不当引起的小的雜亂的表面划痕6.3.2斑孔在抛光面上一个小的斑点，相似于表面上的凹点，通常是未抛光或破裂的气泡引起的表面损坏的残余。6.3.3羽毛状粘合面發生改变引起粘合失去粘性，发展成羽毛状。6.4一致性条令的从属所有立约人建议这些条令应该受到政府的评估指导。6.5图纸本标准第二节美国军队研究发展工程中心(ARDEC)列出的图纸可以包括美国军队研究发展指挥部(ARRADCOM)、富藍克淺攤軍械庫、石頭島軍械庫、派克緹尼軍械庫的图纸。这些机构准备的技术数据得到美国研究发展工程中心的认可。6.6列出的标题术语斑孔光栅傷痕表面质量6.7先前问题的改变因范围变化引起的以前的问题改變時,記在頁邊的符號不修訂.光纤光缆测试讲义湖北XX新材料科技股份有限公司二OXX年六月目录第一章光纤连接……………………4第一节光耦合…………………4一、光纤与光源耦合………4二、光纤与光接收器的耦合………………8第二节光纤连接………………9一、光纤连接方法…………9二、光纤连接损耗的初步分析……………9三、光纤的熔接……………13第二章光纤尺寸参数测量………23第一节光纤尺寸参数定义…………………23作用…………………23定义…………………23光纤几何尺寸参数测量方法………25近场图像法…………25折射近场法…………27侧视法………………30机械法………………32传输或反射脉冲延迟法……………33光纤伸长量的测定…………………35光纤带尺寸参数测量……………………38第一节光纤带结构…………38一、结构…………………38二、类型…………………38第二节光纤带尺寸参数定义………………39一、定义…………………39二、尺寸要求……………39第三节光纤带尺寸参数测量……………40一、目视测量法…………40二、孔径规法……………41光纤传输特性和光学特性………………42第一节光纤传输特性和光学特性测试目的………………42第二节性能测量…………42一、衰减…………………42二、色散…………………55三、偏振模色散…………65四、截止波长……………77五、模场直径……………83六、有效面积……………90七、数值孔径……………95八、光学连续性…………97九、微弯敏感性…………98光纤机械性能…………102第一节光纤机械性能测试的目的………102第二节测量方法…………103一、光纤强度…………104二、疲劳参数…………111三、可剥性……………115四、光纤的翘曲………117光纤带机械性能………122第一节光纤带机械性能测试的目的……122第二节测量方法…………122一、光纤带可分离性…………………122二、光纤带可剥离性…………………123三、光纤带抗扭转……………………124四、光纤带残余扭转…………………125光纤的环境性能………126第一节光纤环境性能测试的目的………126第二节测量方法…………126一、温度循环…………126二、温度时延漂移……………………128三、浸水………………130四、高温高湿…………130五、高温………………131六、核辐照……………132光纤机械性能测试……………………137第一节光缆机械性能测试的目的………137第二节性能测试…………138一、拉伸………………138二、光缆护套耐磨损…………………140三、压扁………………140四、冲击………………142五、反复弯曲…………144六、扭转………………145七、曲挠………………148八、弯折………………149九、弯曲………………149十、耐切入……………150十一、枪击损伤………150十二、刚性……………151十三、拉力弯曲………154光缆的环境性能………155第一节环境性能测试的目的……………155第二节性能与测试………156一、温度循环…………156二、渗水………………158三、阻水油膏滴流……………………159四、油分离和蒸发……………………160五、气体阻力…………161六、风积振动…………162七、过滑轮……………164八、舞动………………165九、耐电痕……………166十、阻燃………………167光缆线路工程测量……………………169第一节光缆线路工程测量的目的………169第二节单盘光缆现场复测………………169一、规定………………169二、光缆长度复测……………………170三、单盘光缆衰减测量………………173第三节光纤后向散射衰减曲线…………178一、曲线的作用………178二、观察和评价………179第四节工程竣工测量……………………180一、目的………………180二、测量内容…………180三、光缆线路衰减测量………………180四、光缆线路衰减曲线测量…………182五、光缆线路电特性测量……………186六、光缆护层对地绝缘测量…………188七、光缆线路对地绝缘监测…………189第五节光缆链路偏振色散测量…………190一、目的………………190二、偏振模色散对系统的影响………190三、光缆链路偏振模色散……………192四、光缆链路偏振模色散的测量……196第六节光缆线路自动监控………………197一、目的………………197二、监测原理与系统组成……………197三、光缆线路监控……………………199第一章光纤连接在介绍光纤光缆性能检测方法之前，先讲述光纤连接特别是光纤端面处理和熔接技术，作为必须掌握的基本技能训练。实际的光通信系统由光发射器、光传输通道（光纤）、光接收器三个主要部分组成，光纤光缆的传输性能检测系统也同样如此。系统各部分之间的衔接就是光耦合或光纤连接问题。通信系统和检测系统都要求各部分之间光耦合有高耦合效率、稳定可靠、连接损耗小的连接。而且光耦合和光纤连接技术是光纤通信系统和检测系统中一门非常基本和实用的技术。第一节光耦合一、光纤与光源的耦合在光纤通信系统和光纤传输特性检测系统中使用多种光源，有半导体激光器、气体激光器、液体激光器、发光二极管、宽光谱光源等等。它们大致可以分为两大类，一类是相干光源，如各种激光器；另一类是非相干光源，如发光二极管、宽光谱光源（白炽灯）。光耦合先要解决如何高效率地把光源发射的光注入到传输通道中去的问题。为此，先了解一下光源的特性。光源特性1.半导体激光器(LD)半导体激光器的发光区是窄条形的发光区域，它的发光区域很薄，只有大约0.3μm。半导体激光器的发光强度在其谐振腔内中的谐振腔外部的空间按一定的规律分布。半导体激光器工作电流在超过其阈值电流Ith不多时（约大于Ith的10％），它发光的模式是基横模（光强度在空间的不同分布称为不同的模式）。基横模在垂直于光轴的平面内光强度的分布是两维高斯形状。这种高斯形光束的腰部宽度即激光器谐振腔镜面上发光区域的宽度和厚度。即约30μm和0.3μm。半导体激光器在其宽度方向上（即平行于P-n结的方向）光束比较集中，其发散角比较小，约5～6°。而在厚度方向（即垂直于P-n结的方向）上其光束的发散角较大，约有40～60°。所以半导体激光器发射的光束的强度分布在空间上是不对称的，它所发射的光的远场图形是一种细长的椭圆形（远场概念在第二章中叙述）。2.面发光二极管(LED)面发光二极管发出的光是由自发辐射产生的非相干辐射光。一般来说，LED是个均匀的面发光器件。非相干光源的基本参数之一是它的亮度，即单位面积上的某方向在单位立体角内所发射的光功率，以字母Le来表示、所谓的均匀发光，是指在整个发光面上各处的发光亮度都是一样的，并且在空间也是各向同性的。这种光源在空间单位立体角内所含的光功率分布遵循其法线夹角θ的余弦的m次方比例关系：Le(θ)∝cosmθ，特例当m=1时，即Le(θ)∝cosθ的光源就是朗伯光源。面发光二极管属于此类光源。当发光面很小时，在空间的一点处面积为△S的小区域内所得到的光功率△P是光源的亮度Le和其发光面积AE与面积元(△S)对光源所张立体角△Ω和该面积元位置的余弦cosθ之乘积：△P=LeAE·cosθ△Ω(1-1)式中：θ—观察方向与光源发光面法线的夹角面发光二极管的亮度一般只有100W/sr/cm2。光纤与光源耦合1.直接耦合直接将光纤靠近光源，由光纤接收光源发出的光。光纤与半导体激光器直接耦合（如图1-1所示）图1-1光纤与激光器直接耦合半导体激光器的发光面积很小，当光纤端面与它的发光区靠得足够近的时候，激光器发出的光能全部照射到光纤端面上，甚至光纤的芯上。这时由光纤本身的数值孔径决定了光耦合的效率。多模光纤，标称数值孔径0.20；单模光纤一般只有0.11左右。说明通信用多模光纤的光接收孔径约23°，单模光纤只有13°弱。由于光纤端面还存光反射，所以还需考虑到光垂直入射情况下有约4％的反射损失。估计光纤与半导体激光器直接耦合时的最高耦合效率约20％，换言之，光纤与半导体激光器直接耦合时，光耦合损耗约7dB（耦合损耗）。光纤与面发光二极管直接耦合当光纤纤芯的截面积大于发光二极管的发光面积，且光纤端面离发光面足够近时，可以用比较简单的方法求出这时的耦合效率(1-2)式中，θc是光纤的临界接收角，NA是光纤的数值孔径。标称多模光纤NA=0.20(θc=11.5°)，所以它与面发光二极管直接耦合时效率只有4％左右，也即光耦合损耗约14dB。2.透镜耦合光纤与光源直接耦合，特别是与非相干光源耦合时，光耦合效率是低的。为了提高光纤与光源之间的光耦合效率，可以在光纤端面与光源发光面之间加入某些光学元件。通过改变光源的发光的方向性或者改变光纤的接收角，来提高光耦合效率。(1)对于激光器一类相干光源，可以使用多种方法。其中最简单的方法是将光纤端面熔融成一个半球形状，它能起短焦距透镜的作用，改变光纤的等效接收角。这就是所谓的光纤端面球透镜，减小球透镜的半径，光纤的等效接收角增大，但最终有个极限值。这种方法可使耦合效率达到60％。这种方法对于突变型光纤效果较好。一种方法是用柱状透镜，将半导体激光器的垂直于P-n结方向上的光束进行压缩，改变它在空间的细长椭圆形分布，使光斑接近圆形，以利于与圆形截面的光纤进行耦合。图1-2示出柱透镜的排列情况。图1-2柱透镜耦合从图1-2中可以看出，自激光器发出的张角为θ的光，经过柱透镜的两次折射以后，比较小的角度θ′射入光纤，实际上扩大了光纤的等效接收角。当柱透镜的半径R与光纤纤芯半径差不多或者更小一些，而且激光器的发光面位置z=0.3R时，能达到约80％的耦合效率。第三种方法是通过一段锥形光纤来耦合。采用腐蚀光纤或熔融拉锥的方法将光纤弄成一段锥形部分，如图1-3所示。锥形光纤的前端（细的那端）半径为a1，光纤本身的半径为an。图1-3锥形光纤耦合锥形光纤的前端的临界接收角θ′c。与正常光纤段的临界接收角θc之间有近似关系：(1-3)公式(1-3)说明，锥形段光纤的前端接收数值孔径扩大到了倍。结果证实了这种耦合方式效率可以达到97％。还有一种方法是通过凸透镜进行光耦合，这是一种最常用的耦合方式。将激光器发光面放在凸透镜的焦点位置处，这样，通过透镜出射的光就会变成平行光；然后再用第二个凸透镜，将平行光重新聚焦到光纤的输入端面上。一般采用直径为6mm的凸透镜，其焦距f为4～15mm（用于光纤与激光器之间耦合，可使用焦距长些的透镜）。一般，使第二个透镜所成的像比发光面大（如成像比率4:1），使入射光能充满光纤纤芯（如图1-4所示）。图1-4双凸透镜耦合这种耦合方式用得较广泛，在两个透镜之间还可以安放其它光学元件，如加入可变光阑改变从第二个透镜出射的光束的孔径角（这在以后光纤损耗测量的注入条件中将会看到）；如图1-4中已经示出的那样放置一块分光板，就可用于双光束监控或监控光纤的对中情况；当第二透镜换用不同焦距的透镜时，又可改变从它出射的光斑的大小。光纤与激光器之间的光耦合还可以通过自聚焦透镜（自聚焦光纤）进行，调节自聚焦透镜的位置能使成像缩小或放大；在自聚焦透镜前加一个柱透镜的复合透镜，耦合效果更好，光耦合效率可以达80％以上。(2)对于发光二极管一类非相干光源，根据哈密顿几何光学刘维定理可知，朗伯型光源，无论在光纤与光源之间添加何种光学系统，其光耦合效率都不会超过某个极值ηmax：(1-4)式中，n为光源与光纤之间介质的折射率；AF是光纤的接收面积；AE为光源发光面积；NA为光纤的数值孔径。公式(1-4)说明，当光源的发光面积大于光纤的接收面积时，添加任何光学元件都不能提高光耦合效率；当光源的发光面积小于光纤的接收面积时，通过附加光学元件的方法来提高光耦合效率的途径是有效的，而且发光面积越小，耦合效率的提高也就越多。这一类光源的发光面直径较大，一般利用附加光学系统的方法并不能改善光耦合效率；这类光源的发光面积小时，又会使它总的发光功率降低。一般地，面发光二极管的发光面直径约为40～50μm时，耦合情况最佳（对多模光纤而言）。用直径约100μm的球透镜可以改善面发光二极管的发射光束的方向性，使其半功率点发散角降至40°左右。当今，已经有一种新型的边辐射高亮度发光二极管，它的发光区域很薄，只有0.05μm左右，在垂直于结面方向上发射角也大大地减小了：从120°左右下降到35°左右。用这种发光器件，可望在与光纤耦合时获得较高的耦合效率。二、光纤与光接收器的耦合在光纤通信系统和光纤传输特性检测系统中，所用的光电接收（检测）器件基本上是PIN光电二极管和APD雪崩光电二极管。光电二极管的光敏面积，一般地相对于光纤纤芯横截面积而言，是较大的。如APD的光敏面直径一般有100～300μm，PIN的接收面直径可大于500μm，甚至大达φ10mm。所以光纤与检测器之间的耦合是比较简单的事情，只要光纤出射端面和光电检测器的光敏面之间的距离足够近，光纤出射的光能全部照射到检测器光敏面上，那么它们之间的低损耗耦合就很容易实现。一般，光纤与光检测器之间，不使用任何光学元件，就可以达到85％以上的耦合效率。虽然光纤与光电检测器之间的耦合比较容易，一般采用直接耦合方式，但也需要良好的对准调节和定位。有的场合，特别是在检测仪器上和系统中使用裸光纤FC型活动连接器定位耦合，有的通过耦合光纤（尾纤）用光纤活动连接器来耦合。有的场合下，为了减小光检测器表面的光反射，还需加合适的折射率匹配材料。在必要的时候，光纤与光电检测器之间也采用透镜来实现光耦合，用该透镜将从光纤出射的光成像到检测器的光敏面上。用透镜耦合时，即使光纤端面的位置稍有变动，也不致于对光耦合效率产生影响。譬如，在光纤的某些特性检测系统中，为了提高光耦合的重复性，或者在某些特殊场合中，光纤出射端面不得不远离光检测器时，常常使用透镜来进行光耦合。第二节光纤连接一、光纤连接方法光纤通信系统和光纤光缆传输性能检测系统中，都需要把光路连接起来，光纤之间的连接是必不可少的一环。光纤的连接本质上是光纤之间的对接耦合，光纤的连接是通信系统构成和光纤光缆性能检测中时刻要碰到的，我们必须熟练掌握光纤的连接技术。在光纤之间实现互连主要有两种方式。一种是用连接器实现光纤的活动连接，它可以多次反复插拔装接。光纤通信系统的光端机和许多光纤光缆性能检测仪器都装有光纤连接器接口，对装有光纤连接头的光纤，可以直接与这些端机或仪器相接，使用十分方便。只需注意，光纤连接器有许多种类，它们的结构有所不同，互相之间并不一定能互换使用，这时候就必须使用转接器（适配器）进行转接。另外一种光纤连接方式是固定连接或者永久性连接，这是一种得到广泛应用的光纤连接方式，在光纤链路构成中得到最广泛的应用。光纤的固定连接也有多种形式，光纤连接过程中的光纤处理、端面制备等方法是光纤测量的基本技能，我们专门用一节来介绍这些技术。二、光纤连接损耗的初步分析在介绍光的固定连接方法之前，先初步了解一下光纤对接时的耦合损耗情况。影响光纤对接时的耦合效率（或耦合损耗）的因素很多，这些因素基本上可分为两大类。一类是固有的，是被连接光纤本身的特性参数的差异，如纤芯直径、模场直径、数值孔径的差异、纤芯（或模场）的同心度偏差、纤芯随圆度等。由这些因素所引起的光纤对接损耗，一般是无法通过连接技术来改善的；另一类是光纤连接时光纤的端面质量、对中质量和连接质量等因素，具体来说就是光纤的端面切割质量，光纤轴间的横向错位、端面间距、纤轴的角度倾斜、纤芯形变等因素。这类因素所引起的连接损耗可通过连接技术的改进得到改善。光纤端面的反射损耗两根光纤对接时，端面之间可能没有紧密接触而留有一些空隙。间隙中介质一般是空气，其折射率n0与光纤纤芯的折射率n是不同的。这样，在两个光纤的端面上光传输时便会产生菲涅尔反射，引起光传输损耗。在一个光纤端面上，光传输时的耦合效率η为：(1-5)公式(1-5)说明不考虑其它因素时，光纤对接因端面间隙处端面反射的存在而引起的耦合损耗。一般空气的折射率n0=1，光纤纤芯折射率n=1.46，所以在一个光纤端面上的光耦合效率η=0.93，即在一个光纤端面上产生反射损耗Lf：(1-6)光通过光纤接点传输，经受在两个端面上反射，一次从发射光纤到空气；一次从空气到接收光纤，所以在一个光纤接点上，由反射引起的损耗总是0.32dB。这是个相当大的损耗，在实际的光纤对接时应设法避免或降低。减小这种反射损耗的途径，一是设法使对接的两个光纤端面紧密接触（如光纤连接器中的物理接触——PC），甚至干脆把两根光纤熔融连接起来，这样，两个端面之间完全没有了空气间隙，也就消除了因端面反射引起的光传输损耗。这一点，在监测光纤熔接过程中还可以用来判别光纤熔接质量的好坏。在无法完全消除面之间的间隙时，应在两个对接光纤端面之间加注折射率匹配材料，因其折射率接近光纤纤芯的折射率，从公式(1-5)可知，这样可以大大降低端面反射所引起的光传输损耗。图1-5光纤对接时横向错位X光纤的横向错位光纤在对接时，无论用微调架调节对准还是用V型槽之类工具定位，都不可能使两根光纤的纤轴完全平行并对准，在两根对接的光纤的轴线之间多少有一些偏离，如图1-5所示。当要求因纤轴的横向错位X所引起的光纤连接耗小于0.1dB时，对于常规多模渐变光纤(2a=50μm,△=1％)，横向错位必须小于3.0μm；对于1300nm通信用单模光纤(2a=10μm,△=0.3％)，横向错位必须小于0.8μm。显然，对单模光纤连接其对准确精度比多模光纤要高得多。光纤纤轴的角度倾斜光纤连接时，因种种原因，使两根要连接的光纤纤轴互相不平行，形成图1-6所示的那种情况，即两根光纤的轴之间有一角度倾斜，这种纤轴之间的倾角θ也会引起光耦合损耗。图1-6纤轴之间的倾角θ要使因纤轴倾角引起的光耦合损耗小于1dB,必须要求倾角θ小于5°；若要使光纤连接损耗小于0.1dB，要求多模光纤的轴倾角θ小于0.7°，而单模光纤的轴倾角必须小于0.3。光纤端面间隙两根对接光纤端面之间留有一定间隙d时，显然也会引起光传输损耗。在同样的连接损耗要求下，对端面间隙d的要求不如对纤轴的横向偏移X那样严格。以上各种情况都要假定用同一种光纤进行连接的情况，若连接的光纤不是同样光纤，那末由于光纤本身特性参数的差异，将引入连接损耗。光纤参数的差别1.多模光纤我们把连接的光纤一根称为发射光纤，记为T；另一根称为接收光纤，记为R。纤芯直径不同，它们的半径分别标为aR和aT。当把它们连接起来时，在均匀模式功率分布条件下的光耦合效率为（假定aT＞aR）：R→Tη=1(无耦合损耗)T→R(1-7)(2)数值孔径（NA）不同，同样记为NAR和NAT，并设NAT＞NAR，则在均匀模式功率分布条件下，光耦合效率为：R→Tη=1(无耦合损耗)T→R(1-8)(3)光纤的折射率分布指数q不同，记为qR和qT，并设qR≥qT，则在均匀模式功率分布条件下，连接时的耦合效率为：(1-9)(4)光纤纤芯椭圆。光纤纤芯不圆时，对接损耗就会增大。纤芯不规则无法考虑，这里只涉及纤芯椭圆的情况并设椭圆度，而且连接的两根光纤有同样的椭圆度，在最差的情况下对接，即一根光纤的长轴(2b)对另一根光纤的短轴(2a)，这时，对接收的耦合效率ηMM为：(e≤5％时)(1-10)2.单模光纤模场直径的差异。用模场半径计算连接时的耦合效率：(1-11)由于单模光纤的特殊性，所以无论是从模场直径大的光纤向模场直径小的光纤传输还是从模场直径小的光纤向模场直径大的光纤传输，它们的光耦合效率是一样的，即连接损耗一样。这一点，与不同芯径的多模光纤连接的结果完全不同。光纤端面情况光纤相连接时，光纤的端面都需经过切割处理，所得的光纤端面与理想状态总有一点差别。端面质量不理想，造成了光纤连接时光传输损耗增大，特别是在对接（不是熔接）时，影响更大。1.光纤端面与纤轴不垂直（斜的端面），对接时有一夹角θ，如图1-7所示。θ是两个光纤的端面角θ1与θ2之和。这种光纤端面相对接时，在均匀模式功率分布时，在突变型光纤时耦合效率是：(1-12)式中，K是光纤折射率与端面间介质折射率之比，△是光纤纤芯、包层相对折射率差。图1-7斜端面耦合情况2.凸形光纤端面。这种端面情况如图1-8所示。图中d1、d2表示两个端面的弯曲程度。突变型光纤，在均匀的模式功率分布情况下，其耦合效率为：(1-13)图1-8凸形端面对接以上列举了影响光纤连接时耦合效率或耦合损耗（即连接损耗）的许多因素，以及单独考虑一种因素影响的结果。实际光纤连接的光传输损耗是各种因素综合影响的结果，可以在以后的实际操作中参照上述结论，分析体会影响光纤连接损耗的主要因素。三、光纤的熔接在这一部分我们将简单介绍几种光纤固定连接的方法，并着重介绍光纤熔接的全过程。这些方法是在光纤检测和通信工程中要广泛使用的。光纤固定连接的几种方法1.套管连接光纤经过去除涂层、清洁处理后，插入图1-9所示的套管，直到两个端面接触。一般地需要在切割好的光纤端面上先蘸上折射率匹配材料再进行对接。套管的内径应与光纤外径相当，这样可得到满意的连接效果。图1-9套管连接2.V形槽连接将处理好的光纤放入V形槽内，放上盖板，然后轻轻推插光纤，使两个端面接触到。必要时端面之间应加注匹配材料。V形槽的深浅和光纤外径的一致性将保证可以获得满意的连接效果（见图1.10）。图1-10V形槽和板图1-11三棒连接3.三棒连接图1-11示出了三棒的放置，棒的直径约为光纤外径的6.5倍，外面套有弹性材料，用以固定棒的位置。用类似于套管连接的方法使光纤在三棒的空隙中对接。4.熔融连接用电弧、火焰或激光加热要连接的光纤的两个端面（已处理过的），使它们熔融直至“烧结”在一起。这种方法连接光纤都是在专门的光纤熔接机上完成的。光纤的熔接1.光纤的熔融方法可以用多种方法加热光纤并使其熔融。如用电热丝加热，这种方法不容易得到能使玻璃光纤熔融的高温（对石英玻璃光纤，其熔融连接温度要2000℃以上）。也可以有用大功率激光器，如CO2激光器的激光束加热光纤，这可以获得非常清洁的加热状态，很适宜于做高强度光纤接头。但是使用激光束加热的激光器辅助装置较为庞大，花费也大，所以使用得并不广泛。也有使用各种火焰进行加热的，如丁烷氧焰，氢气火焰，氢氧焰，氢氯焰，氢氯氧焰等等。特别是氢氯焰，能做出强度最好的光纤熔接头。可惜的是使用各种火焰加热时自动控制比较困难，而且也不甚安全，所以还没有得到普遍推广应用，仅在个别对光纤接头强度有特高要求的场合使用。另外一种加热方法就是通过电弧放电，在光纤端头附近局部区域通过放电的方法产生高温使光纤熔融。这种方法可以通过控制电弧的放2.用光纤熔接机熔接光纤光纤熔接机的发展史，已经经历了几代商品过程，最早的光纤电弧熔接机，光纤的对中和熔接过程都是手动操作的。从只适用于多模光纤发展到适用于多模光纤单模光纤的熔接，光纤熔接机的对中调整和定位精度大大提高了，可以达到0.1μm。最初的多模光纤熔接机以光纤外层作基准面进行对中调整，以后发展成光功率监测调整，现今的自动对中熔接机融入了显微摄像、微机技术和图像校正等新技术，形成了“纤芯直视”式自动熔接机，甚至可以一次熔接多根光纤。光纤熔接机必须具备下述性能：熔接机必须具有能固定光纤的精密光纤夹具，放置发射光纤和接收光纤的夹具的轴向应有极高的平行度。要有精密的微调功能，一般要求能在x、y、z三个方向上能进行精密调整，调节精度达0.1μm。电弧放电要稳定，光纤熔接条件可调节，以适应各类光纤的熔接。光纤熔接前的准备工作在光纤熔接的全过程中，需要精确地执行许多操作，主要是三个方面，即光纤端面制备、光纤精密对中和光纤的熔接和定位。在光纤熔接之前，光纤涂层的去除、清洁及端面制备工作必须仔细认真地对待。光纤护层的去除。剥开光缆，其中的光纤的外面可能还有两层塑性保护层。一般，最外层是光纤的二次被覆层，二次被覆层可能是紧套的尼龙护层，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。这二次被覆层可以用专用的割刀割断然后用手拉去；在没有专用工具时，用单面或双面刀片割断被覆层，用手拉去套管。但除去紧套的尼龙护层必须用刀片来削除。紧贴着石英玻璃光纤外表面上还有一层塑料涂层，即光纤的一次涂覆层，这一层涂覆材料一般用两种方法来去除。一种是机械方法，可用刀削去，也可用火焰把它烧掉，最好利用专用工具来剥除一次涂覆层，用机械方法剥除光纤的一次涂覆层，可能会损伤石英玻璃光纤的外表面，特别是用火焰方法去除涂层，将使光纤本身的机械强度大大降低；另一种方法是化学方法。用某种化学溶剂来去除光纤上的一次涂覆材料，根据不同的一次涂覆材料选用不同的化学溶剂；紫外固化(uv)的丙烯酸酯涂层，可以用二氯甲烷或二氯乙烷和三氯甲烷中任何一种作溶剂，将带有涂层的光纤在溶剂中浸泡数分钟，这类涂层便会溶胀，甚至脱落。用脱脂棉或纱布轻轻揩抹就能方便地去除这类涂覆层；当光纤的一次涂层材料是有机硅树脂时，需把它放在浓硫酯中浸泡，直到把有机硅树酯涂覆层全部溶解掉；如果光纤的一次涂覆层材料是环氧树酯，那么就要用热的（约200℃光纤的一次涂覆层去除后，需仔细检查一下一次涂覆层是不是已经去除干净了。一次涂层去除干净以后，用蘸有酒精（无水乙醇）或丙酮的纱布或脱脂棉捏住光纤轻轻擦洗，务必使去除了一次覆层的裸光纤外表面上没有污染、水份及灰尘，否则会影响光纤熔接质量，甚至出现气泡。光纤端面切割。无论是光纤对接还是熔接，要获得耦合损耗小的光纤高质量接头，被接光纤端面的质量是关键。光纤连接，要求光纤端面必须平整、端面与纤轴垂直。要得到满意的光纤端面，必须使用光纤切割刀等手段来获取高质量的光纤端面。当然可以采用切割、研磨、抛光的方法来获得平整的光纤端面，就像做光纤连接器那样，但这种手段太繁杂，不能在要求快捷时使用。在光纤对接和熔接过程中现在都使用专门的光纤切割刀来制备光纤端面，现在商品光纤熔接机都附有性能很好的光纤切割器。高级的商用光纤切割刀，可以做出几乎接近理想的高质量光纤端面，而且成功率也很高。这些光纤切割刀工具所用的光纤切断方法基本上有两种。一种是在施加有一定张力的光纤上用金刚石一类刀刃在光纤的要切断部位处划（或刻）痕，一旦光纤表面出现裂纹，光纤就会在所加张力的作用下在划痕处崩断，从而得到所要的平整端面。另一种是先在裸光纤上用刀刃划痕，然后弯折光纤，或者在对光纤同时施加张力的情况下弯折光纤，光纤折断后便获得高质量的光纤断面。实际切割光纤时，对光纤施加的张力应在正确的范围内，如对外径为φ125μm的石英玻璃光纤，所加的张力约100～300克。另外，必须注意，在弯折光纤时要防止光纤受到扭转（光纤的扭转必须小于1cm），否则断裂端面会出现唇边，或断面粗糙，如图1-12中所示的情况(a)和(b)。这种划痕-弯拉光纤的切割过程可用图1-13来概括：(a)唇边；(b)中间雾状区右边粗糙不平；(c)良好的端面图1-12光纤端面的质量图1-13光纤端面切割过程在图1-12中，已经看到了切割光纤所得到的质量，我们可以把光纤断面分成三个区域，见图1-14所示。(a)划痕点附近虚线内的区域，其半径为r，这是很平整的镜面区域；(b)镜面区域边缘附近的雾状模糊区；(c)凹凸不平的粗糙区域，位于划痕点的对面。光纤断面上的镜面区域的大小与光纤上所受到的本地应力F有关。(1-14)式中，K是镜面常数，对于熔融石英K为7.5kg/mm2；碱玻璃的K为6.1kg/mm2。从(1-26)式可知，在光纤上用金刚石划痕以后，光纤上必须有足够的应力，才能使光纤断裂；但是，所加的应力不能太大，否则镜面区域的半径将太小。同时在光纤划痕点的对面将出现上述(b)那样的粗糙不平的区域。由公式(1-14)得，要使镜面区域的半径r≥a（a是光纤半径），要求在端面上所有点处的本地应力F小于K/。但是无疑地，F必须大于0。否则在划痕点的对面将形成唇边。此外，应力F必须与光纤的纤轴平行。应力F与纤轴不平行的后果是形成非零端面角（即端面与纤轴不垂直）。这样，光纤上所加应力σ的范围是0＜F＜K/。若在光纤上划痕太轻，那么需要加比较大的应力才能使光纤折断，这样得到的光纤端面质量就不会高。但是，划痕太重，会在端面上留下缺口，甚至直接弄断光纤。对于单用张力拉断光纤的切割方法，为保证获得镜面似的端面，需加较重的划痕，使在划痕点处所受的张应力最大，而后向周边逐渐减小，只要直到划痕点对面的应力仍然大于零的话，这样获得的光纤切割端面的质量是好的。对光纤施加张力的同时再弯曲光纤，是通过光纤弯曲产生弯曲应力,在光纤上实现上述应力状态（E为光纤的杨氏模量，石英光纤的E=7000kg/mm2，R是弯曲半