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塑料光纤及其应用

随着信息的爆炸性增长和信息社会的到来,Internet、可视电话、远程教育、电视购物、视频点播、高清晰度电视及交互式有线电视等对通信业务的发展提出了进一步实现网络高速化和宽带化的迫切要求,同时也需要在短距离内形成连接密集型网络。大容量的高速传输网技术发展迅猛,其传输速率和容量每年在成倍增长,这无疑对最后lkm接入技术也提出更严峻的考验。由于其极低的损耗和色散特性,石英光纤理所当然是长距离、高速率、大容量传输网的最佳选择。但在连接密集的接入和局域网以及其他低速网络中,其复杂昂贵的连接工艺增加了网络成本。与石英光纤相比,陕西www.dafa888,西安www.dafa888,塑料光纤由于其制造简单、价格便宜、接续快捷、抗冲击强度高、抗辐射等优点,非常适用于局域网中的短距离通信、有线电视网、室内计算机之间连接,成为短距离宽带通信网的理想选择。塑料光纤将取代金属电缆而成为短距离高速率的传输媒介的核心。

  塑料光纤的发展历程塑料光纤尽管具有诸多石英光纤无可比拟的优点,但其光传输损耗大却是不容忽视的缺点。石英光纤的损耗值在0.l5dB/km,相当于光在光纤中传输约20k:后光强度降低一半,塑料光纤的损耗约l00dB/km~300dB/km,光传输20:甚至更短强度就降低一半。日本在降低POF的光损耗,提高其耐热性和研究开发梯度折射率塑料光纤Bi-pof)等方面取得了重大成就。1992年,YoshiroKoike宣布用界面凝胶法生产出新型的梯度折射率光纤,明显降低了塑料光纤的损耗,有效提高了塑料光纤的带宽,为塑料光纤用于宽带通信网开拓了广阔的应用前景。美国在塑料光纤的发展历陕西www.dafa888,西安www.dafa888,程中也起到推动性作用,美国政府资助开发了对美国的军事和工业都有重要战略意义的芯子技术。作为项目的一部分,成立了高速塑料网络“1SPN)组织以开发GI-POF技术。HSPN包括Fiber6F)等公司,在短短的3年时间内,他们将POF技术推向宇航、汽车以及数据通信市场。并于1997年制定并通过了第一个POF的工业标准。

  近年来,随着GI-POF研究的进一步深入,低损耗渐变折射率光纤有了长足的进展,科研人员想方设法进一步降低GI-POF的传输损耗,除了改进GI-POF制备方法完善其工艺外,还从低损耗GI-POF研究历程中得到了有益的启示。在充分降低GI-POF非固有损耗后,最重要的目标是降低GI-POF的固有损耗,塑料光纤中的本征损耗来自C-H的谐波共振吸收,采用含氟的塑料制成的塑料光纤损耗可明显降低。选用氘D或氟F取代GI-POF中CH键中的氢,可降低GI-POF中CH键的含量,氟原子代替氢原子不仅降低分子振动吸收,也降低瑞利散射损耗。这一取代方法不仅降低GI -POF的传输损耗,而且也可将GI -POF光传输窗口从可见光区移向近红外区域。但这种制备工艺难度大,成本较高。

  通过在聚合物基体中掺入小的掺杂分子,渐变折射率分布的可重复性得到了改善。氟化塑料光纤损耗的最新报道是在1300nm处为16dB/km.值得注意的是,全氟化GI -POF损耗的理论极限在1300nm处为0.25dB/km,在1500nm处为0.1dB/km,与石英光纤的损耗极限相当。塑料光纤的特性基本上与其纤芯的物理特性紧密相关,不同纤芯构成的塑料光纤其特性也大不相同。

  塑料光纤的基本特性,塑料光纤的损耗塑料光纤的最大缺点是损耗大。根据损耗机理的不同,在可见及红外区域POF的损耗可以分为散射损耗和吸收损耗。其中散射损耗有因为波导结构不完善如聚合物杂质、光纤中的微空隙、尘埃和气泡、纤芯直径不均匀不完整性、方位双折射、纤芯与包层间的粘合缺陷)引起的损耗及由于瑞利散射引起的损耗。使用合适的包层材料和控制聚合物聚合度与分子量分布,可降低散射损耗。光导介质中微观不规则结构物理尺寸比波长小一个数量级或更小,就引起瑞利散射,瑞利散射还可由材料结构和浓度的波动引起。除了POF中所含杂质的吸收外,吸收损耗还包括紫外吸收光谱在可见及近红外区域的带缘吸收和紫外带缘吸收损耗。如同所有的固体一样,聚合物在紫外光区具有光谱吸收,其机理是材料内键的电子能级间跃迁陕西www.dafa888,西安www.dafa888,引起的吸收。在PMMA中,最重要的吸收是由大分子脂基团中双键的n轨道向!轨道的跃迁引起的。聚合物合成过程中所使用的其他化合物,如链转移剂中的n向的跃迁以及引发剂偶氮化合物中偶氮基团!向!的跃迁也引起相似的吸收,并且紫外吸收随着波长的升高呈指数关系下降。芯材杂质引起吸收损耗,主要以过渡金属离子在可见光波区引起的吸收最为明显,其中Co离子在530nm、590nm、及650nm显示有最大的吸收峰,并且相互之间发生重叠引起一个大的吸收峰。PMMA中还有水的吸收,在可见光谱区由于羟基振动引起吸收损耗。


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