在光學領域，透鏡是光學系統中最重要的組成元件，現代的光學儀器對透鏡的成像質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，因此需要在生產線上形成對透鏡厚度實時、自動、精準的檢測，這對提高產線的生產效率和控制產品的質量具有重要意義。

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，如不能準確找到透鏡的中心點(最高點或最低點)，測量時需要來回移動透鏡，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，讓我們學習下光纖微裂紋檢測儀（OLI）是如何高效的測量手機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，準備一根匹配好測試長度的光纖跳線，一端接入設備DUT口，另外一端垂直對準透鏡，讓接頭和透鏡之間預留一定距離，同時使用OLI進行測量。

圖1. 測量系統示意圖

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

圖2.凸透鏡厚度測試結果圖

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備默認折射率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，所以空氣段的實際長度為：L空=3.876*n1/n2=5.686mm，透鏡的實際厚度為L鏡=20.52*n1/n3=18.814mm。使用游標卡尺測量凸透鏡的厚度為19.02mm，和測試結果偏差0.2mm，可能是玻璃透鏡的實際折射率與計算所用到的折射率1.6有偏差導致的。

2、OLI測量鏡底折射率和厚度

將圖1.測量系統中的凸透鏡換成手機攝像頭的玻璃鏡底，使用光纖微裂紋檢測儀（OLI）對3種不同厚度的玻璃鏡底進行測量，圖3.為測試玻璃鏡底實物圖，用游標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.玻璃鏡底實物圖

光纖微裂紋檢測儀（OLI）測量結果如圖4.所示，為5次測量平均后的結果，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果圖

三種玻璃鏡底的材質一樣其折射率一致，圖4.中設備測得玻璃鏡底厚度與游標卡尺測得厚度不一致，因為是在設備默認折射率n1=1.467下測得、實際玻璃鏡底折射率為n鏡=1.075*1.467/0.7=2.253，將設備折射率修改為2.253直接得出三款玻璃鏡底的厚度為：0.699mm 、1.498mm、2.003mm，設備測得結果與游標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。

3、結論

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，同時也避免測量時透鏡表面被劃傷。將光纖微裂紋檢測儀（OLI）非接觸式測量透鏡厚度的方法應用到生產車間內，可形成自動化檢測產線，無需人為干預即可準確甄別出質量不合格產品，極大提升生產效率。

OLI是一款低成本高精度光學鏈路診斷系統。其原理基于光學相干檢測技術，利用白光的低相干性可實現光纖鏈路或光學器件的微損傷檢測。通過讀取最終干涉曲線的峰值大小，精確測量整個掃描范圍內的回波損耗， 進而判斷此測量范圍內鏈路的性能。

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

針對光纖微裂紋檢測儀（OLI）我們有了初步的認識，那它在實際應用中有哪些特點？

測試原理

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

圖1. OLI光纖微裂紋檢測基本原理

光源發出寬帶連續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射到待測光纖中。探測光在光纖中向前傳播時會不斷產生回波信號，這些回波信號光與參考光經過反射鏡后反射回耦合器發生拍頻干涉，并被光電探測器檢測。電機控制反射鏡Z移動進而改變參考光光程。

光電探測器檢測到的光電流可以表示為：

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

圖2. OLI距離-反射率曲線

依照光干涉理論，要發生干涉現象，其光程差需在相干長度范圍內，而寬譜光的相干長度非常短，當反射鏡移動時，從DUT返回的回波信號與反射鏡相等距離的反射信號發生拍頻。通過處理最終的拍頻信號，DUT鏈路上每點反射回來信號的強度可以映射為該點的反射率（即曲線縱坐標），DUT的實際干涉位置對應反射鏡Z移動的相應距離（即曲線橫坐標），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. 測試結果

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

圖5. 峰值示意圖

圖6. 防塵帽向后移動

向后移動防塵帽，測試結果如圖7所示有三個峰，后兩個峰值有所降低，因為光在空氣中傳輸距離變長，損耗變大，第一個峰和第二個峰間距變為3.40mm，第二個峰和第三個峰的距離不變，峰值位置符合上述分析。

圖7. 測試結果

以上峰值間距在折射率為n?=1.467（設備默認折射率）下測得，則防塵帽向后移動距離L?=(3.40mm-1.47mm)=1.93mm，但光在空氣傳播，折射率為n?=1，所以防塵帽實際向后移動距離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. 實際示意圖

圖10. OLI測量結果

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

結論

光纖微裂紋檢測儀（OLI）可以精確定位整個掃描范圍內的回波損耗，實現微米級光纖鏈路或光學器件的微損傷檢測。

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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FA、45°光纖懸出FA、光纖轉90°FA。

45°FA利用端面全反射使光路90°轉角與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，生產良率不高。光纖轉90°FA通常與硅光芯片中的光柵進行耦合，不過直接對準耦合，會存在一定的角度失配，盡管國內廠商經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所關注的熱點話題。

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10微米，能實現芯片內部結構可視化。

OLI測量FA耦合面

多芯FA耦合面測量，測試結果顯示該耦合位置回損為-62dB，耦合情況良好

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

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光纖連接器是光纖與光纖之間進行可拆卸（活動）連接的器件，它把光纖的兩個端面精密對接起來，以使發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的可靠性和各項性能。

據了解，市面上按連接頭結構形式可分為：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，能精準定位器件內部斷點、微損傷點、耦合點以及鏈路連接點，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，而測試結果顯示3個峰值，第一個峰值為LC-UPC端面、第二個峰值為連接頭內部損傷處，距離端面5.224mm，第三個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，其原理基于光學相干檢測技術，利用白光的低相干性可實現光纖鏈路或光學器件的微損傷檢測，以亞毫米級別分辨率探測光學原件內部，廣泛用于光器件、光模塊損傷檢測以及產品批量出貨合格判定。

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硅光是以光子和電子為信息載體的硅基電子大規模集成技術，能夠突破傳統電子芯片的極限性能，是5G通信、大數據、人工智能、物聯網等新型產業的基礎支撐。光纖到硅基耦合是芯片設計十分重要的一環，耦合質量決定著集成硅光芯片上光信號和外部信號互聯質量。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，而光纖中則為幾個微米，幾何尺寸上巨大差異造成模場的嚴重失配。準確測量耦合位置質量及硅光芯片內部鏈路情況，對硅光芯片設計和生產都變得十分有意義。

光纖微裂紋診斷儀（OLI）對硅光芯片耦合質量和內部裂紋損傷檢測，非常有優勢，可精準探測到光鏈路中每個事件節點，具有靈敏度高、定位精準、穩定性高、簡單易用等特點，是硅光芯片檢測不二選擇。

OLI測試硅光芯片耦合連接處質量

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

圖1硅光芯片耦合連接處實物圖

OLI測試結果如圖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峰值為光纖到硅基波導耦合處反射，第二個峰值為硅基波導到空氣處反射，對比兩幅圖可以看出耦合正常的回損約為-61dB，耦合異常，耦合處回損較大，約為-42dB，可以通過耦合處回損值來判斷耦合質量。

（a）耦合正常樣品

（b）耦合異常樣品

圖2 OLI測試耦合連接處結果

OLI測試硅光芯片內部裂紋

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

圖3.耦合硅光芯片實物圖

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

（b）內部有裂紋樣品

圖4.OLI測試耦合硅光芯片結果

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量，并精準定位硅光芯片內部裂紋位置及回損信息。OLI以亞毫米級別分辨率探測硅光芯片內部，可廣泛用于光器件、光模塊損傷檢測以及產品批量出貨合格判定。