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塑料光纤

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塑料光纤(Polymer Optical Fiber, 简写为POF)是由高折射率的聚合物材料为纤芯和低折射率的聚合物材料为包层所构成的光纤。和石英光纤一样,塑料光纤传光也是利用光的全反射原理,光纤纤芯是光密介质,包层是光密介质,这样,只要一个光线射入的角度合适,那么这束光线就会在光纤内部不停地进行全反射而传向另一端。
塑料光纤的优点
光纤通信比传统的电(铜)缆通信有3大优点:一是通信容量大;二是抗电磁干扰、保密性能较好;三是重量轻,并可节省大量的铜,如铺设1000公里长的8芯光缆比铺设同样长度的8芯电缆可节省1100吨铜,3700吨铅。因此光纤光缆一经问世就受到通信业界的欢迎,带来了通讯领域的革命以及一轮投资发展热潮。尽管石英(玻璃)光纤具有上述一系列优点,但它有一个致命的弱点就是强度低,抗挠曲性能差,而且抗辐射性能也不好。
与石英光纤相比,塑料光纤是近20多年来在聚合物科学领域中具有理论研究意义和应用前景的信息产业用材料之一,具有以下特点:
(1) 直径大,一般可达0.5~1mm,大的纤芯使其连接变得简便,易对准,从而可以使用廉价的注塑连接器,安装成本很低;
(2) 数值孔径(NA)大,约为0.3~0.5,与光源和接收器件的耦合效率高;
(3) 材料便宜,制造成本低,用途广泛。
塑料光纤分类
塑料光纤按照其芯-皮折射率分布不同可分为阶跃折射率(Step Index,简称SI)分布型塑料光纤(SI-POF)和渐变折射率(Graded Index,简称GI)分布型塑料光纤(GI-POF)。
SI-POF 具有明显的芯-皮界面,塑料光纤的折射率在芯-皮界面发生突变,即在芯径内塑料光纤的芯材折射率为n1,在皮层突变的皮层折射率为n2,且n1>n2。入射光在芯-皮界面发生全反射,光线在纤芯内的传递依靠这种全反射以锯齿形前进。由于入射光的入射角不同,导致各模光线到达接收器的时间不同,并出现脉冲展宽现象。在展宽有限条件下,SI-POF 传输的入射光的入射角有限,造成其带宽受限。 GI-POF 的折射率从轴中心至边缘逐渐降低,沿径向呈抛物线变化。由于 GI-POF 的折射率不再是个常数,使各模光线在其中的传输速度不同,而它们到达接收器的时间几乎相同,输出脉冲展宽不大,所以 GI-POF 的带宽要比 SI-POF 的大得多。
塑料光纤的材料
塑料光纤所用芯皮材的基本条件是透光性好,即要求聚合物的透光率大于90%,透光率越高,塑料光纤的传输损耗就越低。透光性好的聚合物大多为无定形结构,各向同性,不含有发色基团,且具有均一的折射率[1]。作为纤芯材料,典型的聚合物有:聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)。
塑料光纤用于通信
塑料光纤通常被称为“裸纤”,由于没有披覆层的保护,很容易损坏,因此用于通信的塑料光纤其实是经过塑料披覆的塑料光缆,就像用于通信的铜缆和石英光缆一样。要传输数据,光纤(缆)还必须与其它部分组成光传输系统,一个典型的光传输系统由三部分构成。光传输的工作过程是在光发射机、光纤和光接收机三者之间进行的。光发射机把输入的电信号转换成光信号,转换后的光信号由光纤传传输到接收设备—光接收机,光接收机把从光纤中获取的光信号还原成电信号。
要实现光纤通信,一个重要的问题是尽可能地降低光纤的传输损耗,这样才能保证光纤具有一定的传输距离。当光从光纤的一端射入,从另一端射出时,光的强度会减弱。这意味着光信号通过光纤传播后,光能量衰减了一部分。这说明光纤中有某些物质或因某种原因,阻挡光信号通过,这就是光纤的传输损耗。只有降低光纤损耗,才能使光信号畅通无阻。
造成光纤传输损耗(衰减)的主要因素有:本征,弯曲,挤压,杂质,不均匀和对接等。
1)本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。
2)弯曲:光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉,造成损耗。
3)挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
4)杂质:光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光,造成的损失。
5)不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
6)对接:光纤对接时产生的损耗,如:不同轴,端面与轴心不垂直,端面不平,对接心径不匹配和熔接质量差等。那么与材料本身有关的的损耗是与材料中含的杂质吸收和散射在光纤中传播的光,造成的损失。光纤的损耗用损耗系数a来表示,定义为每千米光功率损耗的分贝数,单位为dB/km。目前在国际市场上已经大量生产的低损耗塑料光纤是指损耗<200dB/km的塑料光纤。


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参考资料
深圳市中技源专利城有限公司网站 http://www.pofsolutions.com/main/article.html/id/67

贡献者
wyhpof    


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