CN116773577B - 一种光纤异物检测装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤异物检测装置及其制备方法。包括位于样品台一侧的光纤束，光纤束包括待测光纤与至少两个辅助光纤，辅助光纤与待测光纤接触；位于样品台一侧的固定夹具，固定夹具与光纤束至少部分接触，固定夹具用于固定光纤束，沿第一方向，光纤束的延伸方向与第一方向平行；位于光纤束远离样品台一侧设置有遮挡金属单元，遮挡金属单元设置有开孔区，开孔区暴露待测光纤；位于遮挡金属单元远离样品台一侧设置有检测单元，沿第一方向，检测单元与待测光纤间隔设置且投影交叠，检测单元用于对待测光纤进行飞行时间二次离子质谱检测，并判断待测光纤出口端的异物类型，提高光纤异物检测的精准度。

Description

一种光纤异物检测装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及光纤检测技术领域，尤其涉及一种光纤异物检测装置及其制备方法。

背景技术

TOF-SIMS(Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry)是通过用一次离子激发样品表面，打出极其微量的二次离子，根据二次离子因不同的质量而飞行到探测器的时间不同来测定离子质量的极高分辨率的测量技术。

TOF-SIMS分析要求样品表面平整并且处于水平位置。对于光纤出光口的端面进行检测过程中，由于单模光线芯的直径为8μm~10μm，光纤在被检测过程中难以保证竖立于样品台，进而使其与 TOF-SIMS检测过程中出射束流的离子飞行管之间形成一定角度的夹角，直接造成无法得到正确的表面和深度分析信号。

发明内容

本发明提供了一种光纤异物检测装置及其制备方法，以提高光纤异物检测的精准度。

根据本发明的一方面，提供了一种光纤异物检测装置，包括：

样品台；

位于所述样品台一侧的光纤束，所述光纤束包括待测光纤与至少两个辅助光纤，所述辅助光纤与所述待测光纤接触；

位于所述样品台一侧的固定夹具，所述固定夹具与所述光纤束至少部分接触，所述固定夹具用于固定光纤束，沿第一方向，所述光纤束的延伸方向与第一方向平行；

位于所述光纤束远离所述样品台一侧设置有遮挡金属单元，所述遮挡金属单元设置有开孔区，所述开孔区暴露所述待测光纤；

位于所述遮挡金属单元远离所述样品台一侧设置有检测单元，沿第一方向，所述检测单元与所述待测光纤间隔设置且投影交叠，所述检测单元用于对所述待测光纤进行飞行时间二次离子质谱检测，并判断所述待测光纤出口端的异物类型；

其中，所述第一方向为垂直所述样品台所在平面的方向。

可选的，沿所述第一方向，所述待测光纤的高度与所述辅助光纤的高度相同。

可选的，所述辅助光纤围绕所述待测光纤设置。

可选的，所述固定夹具围绕所述辅助光纤设置。

可选的，所述固定夹具至少包括沿同一方向，间隔设置至少一个第一固定夹具分部和至少一个第二固定夹具分部，所述第一固定夹具分部和所述第二固定夹具分部分别与部分所述辅助光纤接触。

可选的，沿所述第一方向，所述第一固定夹具分部的高度小于或等于所述待测光纤的高度以及所述第二固定夹具分部的高度小于或等于所述待测光纤的高度。

可选的，所述光纤异物检测装置还包括粘结单元，所述粘结单元用于粘结固定所述固定夹具与所述样品台。

可选的，所述光纤异物检测装置还包括直角弹片，所述直角弹片包括连接设置的第一分部和第二分部，所述第一分部与所述第二分部相交，所述第一分部与所述样品台接触固定，所述第二分部与所述辅助光纤接触。

可选的，所述固定夹具与所述遮挡金属单元的材料相同。

根据本发明的另一方面，提供了一种光纤异物检测装置的制备方法，应用于制备上述方面中任一项所述的光纤异物检测装置；

所述制备方法包括：

提供样品台；

在所述样品台一侧放置光纤束，所述光纤束包括待测光纤与至少两个辅助光纤，所述辅助光纤与所述待测光纤接触；

在所述样品台一侧设置固定夹具，所述固定夹具与所述光纤束至少部分接触，所述固定夹具用于固定光纤束，沿第一方向，所述光纤束的延伸方向与第一方向平行；

在所述光纤束远离所述样品台一侧设置遮挡金属单元，所述遮挡金属单元设置有开孔区，所述开孔区暴露所述待测光纤；

在所述遮挡金属单元远离所述样品台一侧设置检测单元，沿第一方向，所述检测单元与所述待测光纤间隔设置且投影交叠，所述检测单元用于对所述待测光纤进行飞行时间二次离子质谱检测，并判断所述待测光纤出口端的异物类型，其中，所述第一方向为垂直所述样品台所在平面的方向。

本发明实施例的技术方案，通过光纤异物检测装置包括位于样品台一侧的光纤束，光纤束包括待测光纤与至少两个辅助光纤，辅助光纤与待测光纤接触；位于样品台一侧的固定夹具，固定夹具与光纤束至少部分接触，固定夹具用于固定光纤束，沿第一方向，光纤束的延伸方向与第一方向平行；位于光纤束远离样品台一侧设置有遮挡金属单元，遮挡金属单元设置有开孔区，开孔区暴露待测光纤；位于遮挡金属单元远离样品台一侧设置有检测单元，沿第一方向，检测单元与待测光纤间隔设置且投影交叠，检测单元用于对待测光纤进行飞行时间二次离子质谱检测，并判断待测光纤出口端的异物类型，提高光纤异物检测的精准度。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光纤异物检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种光纤飞行时间二次离子质谱成像图；

图3为本发明实施例提供的另一种光纤飞行时间二次离子质谱成像图；

图4为图1中沿剖面线AA’的剖面图；

图5为本发明实施例提供的一种光纤异物检测装置的部分俯视结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种光纤异物检测装置的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种光纤异物检测装置的制备方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为本发明实施例提供的一种光纤异物检测装置的结构示意图，如图1所示，光纤异物检测装置100包括：样品台101；位于样品台101一侧的光纤束102，光纤束102包括待测光纤1021与至少两个辅助光纤1022，辅助光纤1022与待测光纤1021接触；位于样品台101一侧的固定夹具103，固定夹具103与光纤束102至少部分接触，固定夹具103用于固定光纤束102，光纤束102的延伸方向与第一方向X平行；位于光纤束102远离样品台101一侧设置有遮挡金属单元104，遮挡金属单元104设置有开孔区105，开孔区105暴露待测光纤1021；位于遮挡金属单元104远离样品台101一侧设置有检测单元106，沿第一方向X，检测单元106与待测光纤1021间隔设置且投影交叠，检测单元106用于对待测光纤1021进行飞行时间二次离子质谱检测，并判断待测光纤1021出口端的异物类型；其中，第一方向X为垂直样品台101所在平面的方向。

其中，光纤即光导纤维，光纤是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。在多模光纤中，芯的直径是50μm和62.5μm两种，而单模光纤芯的直径为8μm~10μm，常用的是光纤芯的直径为9μm , 光纤芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，俗称包层，包层使得光纤保持在芯内，通常是由石英玻璃制成，包层直径为125μm。在包层外面还设置有一层薄的塑料外套，即涂覆层，用来保护包层。但光纤的出口端在生产和使用过程中由于与外界直接接触，容易发生污染，因此需要对污染的原因进行分析，多数情况下，污染分布面积小，膜层薄，有的甚至在纳米量级，需要用到高灵敏度的飞行时间二次离子质谱仪进行TOF-SIMS分析。分析方式一般采用飞行时间二次离子质谱仪的表面静态模式，单根光纤直接放置在样品台101，需分析的出光口端面正对质谱仪的离子飞行管。但是细柱状的单根光纤竖立在样品台101上，光纤的延伸方向难以与样品台101保持相互垂直，通常光纤的出光面与离子飞行管的采集端之间形成小夹角，例如3°作用，进而难以保证对污染异物的精准分辨。因此为保证待测光纤1021能够垂直放置在样品台101上，在待测光纤1021与辅助光纤1022形成光纤束102，有利于待测光纤1021的准直效果，光纤束102包括待测光纤1021与至少两个辅助光纤1022，示例性的，如图1所示，光纤束102中包括一个待测光纤和六个辅助光纤1022，待测光纤位于中间，辅助光纤1022与待测光纤接触且围绕待测光纤设置，为保证光纤束102的稳定，需要在设置固定夹具103与光纤束102接触，进行光纤束102的固定，固定夹具103通常为金属材料组成，使得光纤束102整体沿第一方向X进行延伸，即光纤束102的延伸方向与样品台101所在平面垂直。在测试前，在光纤束102远离样品台101一侧设置有遮挡金属单元104，遮挡金属单元104设置有开孔区105，开孔区105暴露待测光纤1021，利用遮挡金属单元104沿第一方向X覆盖辅助光纤1022，遮挡金属单元104可以为带有开孔区105的金属片或者带有开孔区105的金属箔，遮挡金属单元104可以作为电荷补偿，能消除光纤的强烈的荷电效应，保证飞行时间二次离子质谱仪能探测到有效信号，进而保证后续检测精度。位于遮挡金属单元104远离样品台101一侧设置有检测单元106，沿第一方向X，检测单元106与待测光纤1021间隔设置且投影交叠，检测单元106包括离子飞行管，离子飞行管的检测端与待测光纤1021的出口端平行，进而使得检测单元106对待测光纤1021进行飞行时间二次离子质谱检测，对待测光纤1021所在区域的成像分析显示，获取飞行时间二次离子质谱成像图，进而判断待测光纤1021出口端的异物类型，图2为本发明实施例提供的一种光纤飞行时间二次离子质谱成像图，图3为本发明实施例提供的另一种光纤飞行时间二次离子质谱成像图，如图2所示，为对待测光纤1021中的硅成分进行检测形成的光纤飞行时间二次离子质谱成像图，包层和光纤芯组成材料包括硅，检测单元106对硅成分进行成像，其原子数的强度为383，检测到的离子总数为4.625E6，可以清楚看到包层的圆形边界和光纤芯的阴影；如图3所示，为对待测光纤1021中的碳氢化合物成分进行检测形成的光纤飞行时间二次离子质谱成像图，待测光纤1021的出口端存在异物，检测单元106对碳氢化合物成分进行成像，由于对总数进行归一化处理，对于1以下的数值取整数均为0，其原子数的强度为0，检测到的离子总数为2.114E2，可以看到在光纤芯位置存在碳氢化合物的影响，故认为当前的异物类型为碳氢化合物。

本发明实施例通过利用辅助光纤与待测光纤形成光纤束，并利用固定夹具对光纤束进行固定，保证待测光纤稳固垂直于样品台表面，进而使得待测光纤的出口端与检测单元的检测端平行，进而保证对待测光纤上异物的精准检测，提高检测精度。

可选的,图4为图1中沿剖面线AA’的剖面图，如图4所示，沿第一方向X，待测光纤1021的高度H1与辅助光纤1022的高度H2相同。

其中，为保证待测光纤1021的准直效果，使得光纤束102中各光纤在沿第一方向X放置时，高度均保持一致，即需要保证待测光纤1021和辅助光纤1022的长度一致，根据待测光纤1021的长度，对辅助光纤1022采用光纤切割工艺进行切割，进而使得沿第一方向X，待测光纤1021的高度H1与辅助光纤1022的高度H2相同，进而使得多根单一光纤密集组成毫米或者厘米级别具备较大直径的光纤束102会很容易和样品台101放置垂直，在利用固定夹具103固定光纤束102更能保证其牢靠稳固，而且控制精度提高。

可选的，如图1所示，辅助光纤1022围绕待测光纤1021设置。

其中，为保证待测光纤1021的准直效果，可以将待测光纤1021设置在中心区域，辅助光纤1022围绕待测光纤1021设置，通常辅助光纤1022的直径与待测光纤1021的直径相同或者辅助光纤1022的直径小于待测光纤1021的直径，为保证待测光纤1021被安全包裹，如图1所示，可以设置六个辅助光纤1022围绕待测光纤1021，辅助光纤1022的具体设置数量可以根据实际设计需求进行选择，本发明实施例不做具体限定。

可选的，图5为本发明实施例提供的一种光纤异物检测装置的部分俯视结构示意图，如图5所示，固定夹具103围绕辅助光纤1022设置。

其中，为保证光纤束102整体的准直效果，可以将固定夹具103围绕辅助光纤1022设置，起到对光纤束102整体的固定，保证辅助光纤1022和待测光纤1021均沿第一方向X延伸，进而保证检测单元106对待测光纤1021出口端异物的检测，保证检测精度。

可选的，如图1所示，固定夹具103至少包括沿同一方向，间隔设置至少一个第一固定夹具分部1031和至少一个第二固定夹具分部1032，第一固定夹具分部1031和第二固定夹具分部1032分别与部分辅助光纤1022接触。

其中，固定夹具103可以包括第一固定夹具分部1031和第二固定夹具分部1032，沿同一方向在不同位置对光纤束102进行固定，由于辅助光纤1022位于待测光纤1021的外围，因此第一固定夹具分部1031和第二固定夹具分部1032均与部分辅助光纤1022接触，进而保证对光纤束102整体的固定效果。

可选的，图6为本发明实施例提供的另一种光纤异物检测装置的结构示意图，如图6所示，沿第一方向X，第一固定夹具分部1031的高度H3小于或等于待测光纤1021的高度H1以及第二固定夹具分部1032的高度H4小于或等于待测光纤1021的高度H1。

其中，沿第一方向X，第一固定夹具分部1031和第二固定夹具分部1032的结构可以保持一致，降低制备难度，由于后续在光纤束102靠近检测单元106一侧需要放置遮挡金属单元104，因此，如图6所示，第一固定夹具分部1031的高度H3和第二固定夹具分部1032的高度H4均小于待测光纤1021的高度H1，且至少大于待测光纤1021高度H1的一半，保证光纤束102中各光纤均能垂直样品台101所在表面，进而保证后续检测精度，同时可以降低固定夹具103的制备成本；或者，如图1所示，可以保证第一固定夹具分部1031的高度H3和第二固定夹具分部1032的高度H4均等于待测光纤1021的高度H1，能够使得光纤束102整体被固定夹具103固定，提高准直精度，进一步提升异物检测精准度。

可选的，如图1所示，光纤异物检测装置100还包括粘结单元107，粘结单元107用于粘结固定固定夹具103与样品台101。

其中，为保证固定夹具103对光纤束102的固定效果，通常在固定夹具103需要通过粘结单元107与样品台101之间进行固定，粘结单元107可以为双面胶，通过粘结单元107的设置可以保证固定夹具103的稳固性，进而使得固定夹具103对光纤束102的固定，保证对光纤束102的准直，进而保证对待测光纤1021上异物的精准检测，提高检测精度。

可选的，如图6所示，光纤异物检测装置100还包括直角弹片108，直角弹片108包括连接设置的第一分部1081和第二分部1082，第一分部1081与第二分部相交，第一分部1081与样品台101接触固定，第二分部1082与固定夹具103接触。

其中，为保证固定夹具103对光纤束102的固定效果，可以通过直角弹片108对固定夹具103进行固定，直角弹片108包括连接设置的第一分部1081和第二分部1082，第一分部1081和第二分部1082相垂直，第一分部1081与样品台101通过螺丝进行固定，第二分部1082与固定夹具103接触，实现直角弹片108对固定夹具103进行固定，进而使得固定夹具103对光纤束102的固定准直，保证光纤异物检测精度。

可选的，固定夹具103与遮挡金属单元104的材料相同。

其中，固定夹具103可以与遮挡金属单元104的材料相同，能够有效降低制备难度，简化制备工艺，或者固定夹具103可以与遮挡金属单元104的材料可以不同，示例性的固定夹具103可以为不锈钢，保证对光纤束102的良好固定效果，遮挡金属单元104可以为铝箔金属片，保证有效消除光纤的强烈的荷电效应，固定夹具103与遮挡金属单元104的具体材料可以根据实际设计需求进行选择，本发明实施例不做具体限定。

图7为本发明实施例提供的一种光纤异物检测装置的制备方法的流程图，如图7所示，应用于制备上述方面中任一项所述的光纤异物检测装置；

制备方法包括：

S101，提供样品台。

S103，在样品台一侧放置光纤束，光纤束包括待测光纤与至少两个辅助光纤，辅助光纤与待测光纤接触。

其中，将辅助光纤切割形成与待测光纤的长度相同，进而将待测光纤和辅助光纤形成光纤束，并防止在样片台上。

S103，在样品台一侧设置固定夹具，固定夹具与光纤束至少部分接触，固定夹具用于固定光纤束，光纤束的延伸方向与第一方向平行。

S104，在光纤束远离样品台一侧设置遮挡金属单元，遮挡金属单元设置有开孔区，开孔区暴露待测光纤。

其中，根据待测光纤的位置，对遮光金属单元进行开孔区设置，使得开孔去暴露待测光纤，未开孔区遮挡辅助光纤，消除辅助光纤的荷电效应，保证后续检测单元对待测光纤出光端的异物检测。

S105，在遮挡金属单元远离样品台一侧设置检测单元，沿第一方向，检测单元与待测光纤间隔设置且投影交叠，检测单元用于对待测光纤进行飞行时间二次离子质谱检测，并判断待测光纤出口端的异物类型，其中，第一方向为垂直样品台所在平面的方向。

本发明实施例通过利用辅助光纤与待测光纤形成光纤束，并利用固定夹具对光纤束进行固定，并设置遮光金属单元以及检测单元，进而使得形成的光纤异物检测装置，保证待测光纤的出口端与检测单元的检测端平行，进而保证对待测光纤上异物的精准检测，提高检测精度。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤异物检测装置，其特征在于，包括：

样品台；

位于所述样品台一侧的光纤束，所述光纤束包括待测光纤与至少两个辅助光纤，所述辅助光纤与所述待测光纤接触；

位于所述样品台一侧的固定夹具，所述固定夹具与所述光纤束至少部分接触，所述固定夹具用于固定光纤束，所述光纤束的延伸方向与第一方向平行；

位于所述光纤束远离所述样品台一侧设置有遮挡金属单元，所述遮挡金属单元设置有开孔区，所述开孔区暴露所述待测光纤；

位于所述遮挡金属单元远离所述样品台一侧设置有检测单元，沿第一方向，所述检测单元与所述待测光纤间隔设置且投影交叠，所述检测单元用于对所述待测光纤进行飞行时间二次离子质谱检测，并判断所述待测光纤出口端的异物类型；

其中，所述第一方向为垂直所述样品台所在平面的方向。

2.根据权利要求1所述的光纤异物检测装置，其特征在于，沿所述第一方向，所述待测光纤的高度与所述辅助光纤的高度相同。

3.根据权利要求1所述的光纤异物检测装置，其特征在于，所述辅助光纤围绕所述待测光纤设置。

4.根据权利要求3所述的光纤异物检测装置，其特征在于，所述固定夹具围绕所述辅助光纤设置。

5.根据权利要求1所述的光纤异物检测装置，其特征在于，所述固定夹具至少包括沿同一方向，间隔设置至少一个第一固定夹具分部和至少一个第二固定夹具分部，所述第一固定夹具分部和所述第二固定夹具分部分别与部分所述辅助光纤接触。

6.根据权利要求5所述的光纤异物检测装置，其特征在于，沿所述第一方向，所述第一固定夹具分部的高度小于或等于所述待测光纤的高度以及所述第二固定夹具分部的高度小于或等于所述待测光纤的高度。

7.根据权利要求5所述的光纤异物检测装置，其特征在于，所述光纤异物检测装置还包括粘结单元，所述粘结单元用于粘结固定所述固定夹具与所述样品台。

8.根据权利要求5所述的光纤异物检测装置，其特征在于，所述光纤异物检测装置还包括直角弹片，所述直角弹片包括连接设置的第一分部和第二分部，所述第一分部与所述第二分部相交，所述第一分部与所述样品台接触固定，所述第二分部与所述固定夹具接触。

9.根据权利要求1所述的光纤异物检测装置，其特征在于，所述固定夹具与所述遮挡金属单元的材料相同。

10.一种光纤异物检测装置的制备方法，其特征在于，应用于制备权利要求1-9中任一项所述的光纤异物检测装置；

所述制备方法包括：

提供样品台；

在所述样品台一侧放置光纤束，所述光纤束包括待测光纤与至少两个辅助光纤，所述辅助光纤与所述待测光纤接触；

在所述样品台一侧设置固定夹具，所述固定夹具与所述光纤束至少部分接触，所述固定夹具用于固定光纤束，所述光纤束的延伸方向与第一方向平行；

在所述光纤束远离所述样品台一侧设置遮挡金属单元，所述遮挡金属单元设置有开孔区，所述开孔区暴露所述待测光纤；

在所述遮挡金属单元远离所述样品台一侧设置检测单元，沿第一方向，所述检测单元与所述待测光纤间隔设置且投影交叠，所述检测单元用于对所述待测光纤进行飞行时间二次离子质谱检测，并判断所述待测光纤出口端的异物类型，其中，所述第一方向为垂直所述样品台所在平面的方向。