塑料光纤结构与性能讲稿

结构与性能
一、结构：
●1、纤芯：折射率较高，用来传送光；
包层：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件；
保护套：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。

●2、全反射的条件：
①光从光密介质射向光疏介质
②入射角大于或等于临界角
●塑料光纤以聚甲基丙烯酸甲酯（ＰＭＭＡ）为纤芯时，其包层需折射率较低的氟树脂；以聚苯乙烯（ＰＳ）或苯乙烯－丙烯酸酯类共聚物为纤芯时，因为ＰＳ的折射率较高，可以用丙烯酸系树脂作为包层．
二、性能
●损耗：所谓损耗是指光纤每单位长度上的衰减，单位为dB/km
塑料光纤的损耗主要受限于芯包塑料材料的吸收损耗和色散损耗。

吸收损耗：这是由于光纤材料对光能的吸收而引起的，它们把光能以热能的形式消耗。

光纤的吸收损耗有本征吸收，杂质吸收和原子缺陷吸收。

本征吸收又分紫外吸收和红外吸收。

而有机物一般都是红外吸收居多。

色散损耗：
（1）由于光纤材料密度的微观变化以及各成分浓度不均匀，使得光纤中出现折射率分布不均匀的局部区域，从而引起光的散射，将一部分光功率散射到光纤外部。

（2）物质在强大的电场作用下，会呈现非线性，即出现新的频率或输入的频率得到改变。

这种由非线性激发的散射有两种即受激喇曼(Raman)和受激布里渊(Brillouin)散射。

这两种散射的主要区别在于喇曼散射的剩余能量转变为分子振动，而布里渊散射转变为声
子。

塑料光纤的衰减主要取决于所选用的材料的散射损耗和吸收损耗。

要想作为通信级塑料光纤，一个最基本要求就是PMMA塑料光纤的衰减要低，最好是小于180dB/km。

●减少损耗的方法：
减少吸收损耗：
方法有1.氘代，
利用重氢原子置换氢可以明显地减小聚合物的吸收损耗。

只要用氘置换氢就可以简单地获得降低吸收损耗的效果，氘的特性与氢基本相同。

人们可以简单地使用所谓的重水（D2O）作为合成的基本材料。

2.氟化
由于氢的原子量是1，而氟的原子量是19，所以氟的吸收带明显地移向红外波长区。

而氟化塑料光纤的衰减系数可与石英玻璃光纤相当。

研究表明在碳氢键为基本骨架的塑料材料中，在波长650nm处的衰减系数大约为120db/km，如果用氟原子置换碳氢键中的氢所组成的氟化塑料材料，其不仅衰减小，而且色散也降低了。

用氟化塑料制成的梯度折射率塑料光纤，其在红外区无原子振动引起的吸收损耗。

故可制得在可见光至红外范围的衰减很小塑料光纤。

减少色散损耗：
人们是通过
（1）选用低折射率和等温压缩率小的塑料材料
（2）通过稳定塑料光纤制造工艺降低结构缺陷(如芯直径波动，芯包界面缺陷等)
来使塑料光纤获得小的散射损耗
●1、耐热性
大家都知道，塑料材料在高温环境中工作会发生氧化降解。

氧化降解是光纤芯材料中的羰基、双键和交联形成的。

氧化降解将促使电子跃迁加快，进而引起光纤损耗增大。

因此要提高光纤的性能，减少光损耗，提高耐热性也很重要。

塑料光纤的耐热性主要由其成分性能决定。

耐热性好的材料成分，决定塑料光纤具有比较好的耐热性。

●为切实提高塑料光纤的耐热性，通常的做法是：
(1)保护层法，在塑料光纤外套塑或涂覆一层保护层，阻碍氧气在芯皮材中传输，防止芯皮材在高温下氧化，并在一定程度上阻碍塑料光纤的变形；
(2)清洗法，芯皮材采用溶剂清洗，清除残余单体和低分子量副产物等；
前两种方法都是辅助方法，只有第三种方法才是最有效的方法。

●(3)材料法
一是提高高分子链的刚性，也就是引入环状结构或者引入大侧基
二是提高玻璃化温度氟代技术
三是增加交联可以选用用官能度比较高的原料提高分子链的交联密度
●（3）吸湿性：指材料在空气中能吸收水分的性质。

这种性质和材料的化学组成与结构有关。

除了和表面的化学性质有关外，还和材料形成的微结构有关，
如果材料表面多毛细孔，其吸湿能力就比较强。

要降低吸湿性可以采用在芯材聚合物中引入脂肪环、苯环和长链烷基等方法。

●当然，还可以通过一些特殊的方式，让光纤显示出其他特性
例如荧光性
可以在芯材中掺入一定量的荧光剂，其入射端面输入特定波长的光，这种光为荧光剂所吸收，然后发出另一特定波长的光，由塑料光纤出射端面输出。

荧光塑料光纤可制成特殊的光纤传感器，也可制作成功率放大器。

●非线性塑料光纤
采用偶极性有机材料同芯材混合，用垂直机头牵引挤出成型，并在靠近模头处设置高强直流电场，这样处于黏流态聚合物中的偶极性有机物获得电场取向，随着黏流态聚合物的冷却成型，非线性有机材料偶极取向固定，从而获得非线性塑料光纤。

这种非线性塑料光纤可制作成电光及非线性光学器件，是一种新型的塑料光纤。