聚合物光纖的制作及應(yīng)用研究

聚合物光纖的制作及應(yīng)用的研究報(bào)告人：張國(guó)生2016年5月10日匯報(bào)提綱123聚合物光纖的應(yīng)用聚合物光纖的研究聚合物光纖的制作

POF在通信領(lǐng)域的應(yīng)用：

問(wèn)題：石英光纖具有帶寬寬，衰減低等特點(diǎn)，是長(zhǎng)距離通信干線的理想的傳輸介質(zhì),但在光纖入戶(hù)時(shí)卻遇到巨大困難。石英光纖芯細(xì),在光纖耦合互接中需要高精密度對(duì)準(zhǔn),幾微米的連接偏差就會(huì)引起很大的耦合損耗，連接器件成本和安裝費(fèi)用大大增加了系統(tǒng)的造價(jià),據(jù)估算若在接入網(wǎng)中采用單模石英光纖其成本將達(dá)到＄300/戶(hù)。這對(duì)接入用戶(hù)來(lái)說(shuō)將難以接受。直徑大于100m的石英光纖由于材料脆性以及彎曲性能不好。對(duì)于入戶(hù)來(lái)看這是一個(gè)非常明顯的缺點(diǎn)，不適用于多接點(diǎn)的入戶(hù)網(wǎng)。

方案：應(yīng)用聚合物光纖（POF）毫米量級(jí)的尺寸及大的數(shù)值孔徑使它在連接和安裝處理方面比較容易；價(jià)格低廉，可塑性強(qiáng)，

重量輕，施工方便；無(wú)電磁兼容(EMC)問(wèn)題；可以使用廉價(jià)的LED及LD。光纖入戶(hù)“最后1米的難題”4“聚合物光纖（POF）”的應(yīng)用POF工藝品POF裝飾裝潢（端點(diǎn)發(fā)光傳光束）投射照明天花吊頂?shù)萈OF照明點(diǎn)照明線照明面照明POF傳感器POF短距離數(shù)據(jù)傳輸“聚合物光纖“應(yīng)用實(shí)例

光纖工藝品水簾光纖園藝裝飾聚合物光纖材料的要求6聚合物光纖所用材料的基本要求：高透明度；只有材料具有良好的透明度，光才得以在光纖中長(zhǎng)距離傳導(dǎo)材料的折射率；不只是起到約束光的作用，還影響著光傳輸?shù)馁|(zhì)量（模式數(shù)量、模式色散程度等等）材料的耐候性、吸濕性、包層-芯層相容性等性能石英光纖聚合物光纖損耗（dB/km）0.2～0.310～300斷裂伸長(zhǎng)率（%）1～25～10典型的石英光纖和聚合物光纖性能對(duì)比常見(jiàn)的聚合物光纖的材料Nb2O5NNNNNb2O5聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）：最早用于制備POF的材料之一，也是目前最常見(jiàn)的POF制造材料。它是一種熱塑性聚合物。PMMA在可見(jiàn)光波段透光率達(dá)92%，且具有優(yōu)良的耐候性和機(jī)械性能；它對(duì)紅光（650nm）的折射率為1.492。它曾在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)是可見(jiàn)光透過(guò)率最高的聚合物材料。聚苯乙烯（PS，或PSt）：一種非晶態(tài)無(wú)定形透明聚合物，透光率大于90%。九十年代，PS芯POF在國(guó)內(nèi)發(fā)展迅速，PS芯POF（以PMMA為包層）的傳輸損耗較大，在1200dB/km左右，因而使用長(zhǎng)度最多只有幾米，多用于裝飾、廣告領(lǐng)域。另外，PS光纖的耐溫性、光化學(xué)穩(wěn)定性、柔韌性等都比較差；但吸濕系數(shù)較PMMA材料低，在潮濕環(huán)境中更穩(wěn)定。聚碳酸酯（PC）：泛指分子主鏈含有碳酸酯結(jié)構(gòu)的一大類(lèi)聚合物，而光纖用聚碳酸酯（PC）指的是雙酚A型芳香族PC。PC是一種機(jī)械性能優(yōu)異的熱塑性工程塑料，但透明度較PMMA略差；PC耐候性較差，在潮濕強(qiáng)光環(huán)境易發(fā)黃變脆；PC耐熱性好，可在125°C長(zhǎng)期使用，因而是適合制造耐熱POF。其它常見(jiàn)POF材料：耐熱ARTON樹(shù)脂、特氟龍AF、THV系列氟塑料、聚全氟乙丙烯FEP、CYTOP、氘代聚合物等等聚合物光纖材料性能

吸收損耗

碳?xì)滏I、氮?dú)滏I、碳氧雙鍵的振動(dòng)光纖的傳輸損耗

散射損耗常見(jiàn)光纖聚合物結(jié)構(gòu)材料聚合物中通常含有大量碳?xì)滏I，碳?xì)滏I振動(dòng)的高次諧波在通訊波段帶來(lái)了很大的吸收損耗。以PS芯POF為例，脂肪族C-H振動(dòng)吸收峰出現(xiàn)在758nm、646nm和562nm處；苯環(huán)上C-H振動(dòng)吸收峰出現(xiàn)在714nm、648nm和532nm處；且后者強(qiáng)于前者。而在PMMA中，C-H鍵的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，直接導(dǎo)致了627nm（六次諧波）和736nm（五次諧波）兩處強(qiáng)烈的損耗化學(xué)鍵的吸收波段及波數(shù)化學(xué)鍵波數(shù)化學(xué)鍵波數(shù)Si-O9.0~10.01111~1000C-H3.3~3.53030~2857C-Cl11.7~18.2855~550C-D4.52222C-C7.6~10.01316~1000C-F7.6~10.01316~1000O-H2.8357C-07.9~10.01266~1000針對(duì)不同的目的，光纖用聚合物材料改性有很多種途徑。以PMMA為例，為提高材料的耐熱性能，可使用的方法有主鏈修飾（引入大體積側(cè)鏈或主鏈引入環(huán)狀結(jié)構(gòu)）、交聯(lián)、引入氫鍵等等PMMA為基質(zhì)的POF譜損圖階躍折射率POF譜損梯度折射率POF譜損一般梯度折射率POF的損耗比階躍折射率POF的損耗稍大。POF的傳輸損失主要由材料的C-H鍵振動(dòng)及電子躍遷的吸收，還有本征Rayleigh散射，外部不理想波導(dǎo)(例如光纖芯徑半徑的波動(dòng))這幾種因素導(dǎo)致的術(shù)語(yǔ)解釋諧波：一個(gè)數(shù)學(xué)或物理學(xué)概念，根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)的原理，周期函數(shù)都可以展開(kāi)為常數(shù)與一組具有共同周期的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)之和。諧波是指周期函數(shù)或周期性的波形中能用常數(shù)、與原函數(shù)的最小正周期相同的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的線性組合表達(dá)的部分。諧波的頻率：等于基波的頻率的整數(shù)倍，基波頻率3倍的波稱(chēng)之為三次諧波，基波頻率5倍的波稱(chēng)之為五次諧波，以此類(lèi)推。不管幾次諧波，他們都是正弦波。波數(shù)：原子、分子和原子核的光譜學(xué)中的頻率單位。符號(hào)為σ或v。等于真實(shí)頻率除以光速，即波長(zhǎng)(λ)的倒數(shù)，或在光的傳播方向上每單位長(zhǎng)度內(nèi)的光波數(shù)。在波傳播的方向上單位長(zhǎng)度內(nèi)的波周數(shù)目稱(chēng)為波數(shù)(常寫(xiě)為k)，其倒數(shù)稱(chēng)為波長(zhǎng)。k=1/λ。聚合物光纖的制作工藝預(yù)制棒拉制法將事先制備好的光纖預(yù)制棒放置在熔爐中，通過(guò)熱熔拉伸的方法，將預(yù)制棒拉成光纖聚合物光纖的制作工藝共擠出法使用兩臺(tái)擠出機(jī)分別將芯層和包層的聚合物從一個(gè)模頭熔融擠出，一次成型聚合物光纖的制作工藝涂覆法在擠出或熱熔拉制的芯層外，直接涂覆上包層材料熔體（或溶液），固化后形成結(jié)構(gòu)完整的光纖3種制作工藝的比較預(yù)制棒法中，光纖的材料構(gòu)成與物理結(jié)構(gòu)比例在預(yù)制棒制作階段就已完成，僅熱熔拉伸過(guò)程改變型材的直徑，由棒拉伸變成細(xì)纖。因此，預(yù)制棒法可以很好地對(duì)光纖參數(shù)進(jìn)行精確控制，適合漸變折射率光纖以及特殊結(jié)構(gòu)光纖的制造，但不