第十四章光学制品

2） 非透镜放大 3） 偏离 2 反射 光射到任何材料表面时，均有反射现象。 光射到任何材料表面时，均有反射现象。 透光材料的折射率愈大，透光率愈小。 透光材料的折射率愈大，透光率愈小。
14.1
光传递和制品
提高材料的透光率的途径： 提高材料的透光率的途径： 1） 合成折射率较小的新透光材料 2） 设法减小从透光制品的发射。采用在 设法减小从透光制品的发射。 透镜或棱镜表面或粘敷或粘贴可减小发射 的增透膜。 的增透膜。光学塑料制品的镀覆是重要的 加工工艺。 加工工艺。
14.2 塑料光纤和光管
4 弯曲、连接和偶和损耗 弯曲、 14.2.2 光纤分类和材料 1 塑料光 纤分类 1） 按光纤传输模式分类 单模光纤 纤芯直径为3-10µm，芯细皮厚。 纤芯直径为3 10µm，芯细皮厚。 多模光纤 纤芯直径为10µm， 芯厚皮薄。 纤芯直径为10µm， 芯厚皮薄。 2） 按纤芯和皮层的折射率分类 渐变折射率分布光纤（GI） GI光纤色散较小，有 光纤色散较小， 渐变折射率分布光纤（GI） GI光纤色散较小 较大的光传输带宽。 较大的光传输带宽。 阶跃折射率（SI）分布光纤 阶跃折射率（SI）
14.1 光传递和制品
14.1.1 塑料视窗玻璃 1 透光性和透明性 透明塑料的最大用量，是作为视窗玻 透明塑料的最大用量， 璃和透明包装。 璃和透明包装。 透光性是指材料对于光波的透过能力。 透光性是指材料对于光波的透过能力。 用该材料的透光率Tt表示 用该材料的透光率Tt表示。 表示。
Tt=T2/T1
14.2 塑料光纤和光管
14.2.3 塑料光管传输和应用 1 光管效应 光线全部向内反射，不向塑料件外折射， 光线全部向内反射，不向塑料件外折射， 这种全反射的光线，沿着透明塑料的棒材、 这种全反射的光线，沿着透明塑料的棒材、 管材或纤维，作直线轴线和弯曲状态传输， 管材或纤维，作直线轴线和弯曲状态传输， 称光管效应。 称光管效应。 高透光率和低雾度的一些塑料都可以制造 塑料光管。PMMA是较好的材料，可传输光 是较好的材料， 塑料光管。PMMA是较好的材料
14.1 光传递和制品
透光性好的材料不一定是透明的。毛玻璃。 透光性好的材料不一定是透明的。毛玻璃。 透明性好的塑料， 透明性好的塑料，不仅要求材料具有高的 透光率， 透光率，而且要求雾度底 雾度是扩散透光率与总透光率的比值。 雾度是扩散透光率与总透光率的比值。 Hz=Td/Tt 材料表面粗糙，密度不均，含有杂质微粒， 材料表面粗糙，密度不均，含有杂质微粒， 或材料不连续，或制品长期使用磨损、 或材料不连续，或制品长期使用磨损、老化 都会产生雾度。 都会产生雾度。 塑料制品的透光性不但取决于材料的透光
14.2 塑料光纤和光管
1 光线在光纤中传输 光在均匀介质中是直线式转输。当光从一种介质 光在均匀介质中是直线式转输。 传至另一介质表面时，同时发生反射和折射。 传至另一介质表面时，同时发生反射和折射。 光从折射率小的光疏介质，射入折射率大的光密介 光从折射率小的光疏介质， 质时，折射角小于入射角；反之，则相反。 质时，折射角小于入射角；反之，则相反。 当光线从光密介质射入光疏介质时，就有可能只有 当光线从光密介质射入光疏介质时， 反射而无折射的现象，称全反射。全反射临界角 反射而无折射的现象，称全反射。 θm=皮层的折射率 θm=皮层的折射率/纤芯的折射率 皮层的折射率/ 当入射角大于全反射临界角时，光线在芯皮界面 当入射角大于全反射临界角时，
14.1 光传递和制品
T2 T1 透射光通过材料的光通量 入射光的光通量
扩散透光率T 扩散透光率Td=Ts/T1 Ts 散射后偏离的透射光的光通量 透明性不同于透光性，透明性指使位 透明性不同于透光性， 于材料一侧的观察者，可清晰无误地观察 于材料一侧的观察者， 到另一侧物体的影象。 到另一侧物体的影象。
14.1 光传递和制品
2 塑料视窗
1） 透光视窗 透光视窗的塑料玻璃，要求对波长400～ 透光视窗的塑料玻璃，要求对波长400 800nm的可见光有 ％的透光率。 800nm的可见光有80％的透光率。除要求透光 的可见光有80 率高、雾度小， 率高、雾度小，还要求较高的表面硬度和冲击 强度，并易于成型加工。 强度，并易于成型加工。室外的透光塑料视窗 还要求耐候性好。 还要求耐候性好。
14.1 光传递和制品
塑料视窗 航空、车辆和船舶上视窗塑料玻璃 航空、 PMMA、PC、PET、 PMMA、PC、PET、PVT 透光塑料制品的应用 透光壳体和照明灯罩 PS、 PS、 AS、PC、PMMA、 AS、PC、PMMA、 透明用材：透明膜 PE、PP、PVC、PS、PET PE、PP、PVC、PS、 透明用材： 透明片材PP、PVC、PE、PMMA、 透明片材PP、PVC、PE、PMMA、 PC 透明管PVC、 透明管PVC、PA 透明瓶PVC、PET、PP、PS、 透明瓶PVC、PET、PP、PS、
14.2 塑料光纤和光管
2 光管的应用 远距离照明 发光的标记显示 现今塑料光管已大量用于晚间勾画建 筑物的轮廓，以及用来组成各种图案、文 筑物的轮廓，以及用来组成各种图案、 字和符号，制成各种广告牌，塑料霓虹灯。 字和符号，制成各种广告牌，塑料霓虹灯。
14.2 塑料光纤和光管
14.2.4 塑料光纤的应用 1 在工艺品、广告灯箱和装饰装簧上的 在工艺品、 应用 2 塑料光纤传束的应用 3 塑料光纤传感器的应用 4 塑料纤维传像束和光纤面板的应用 5 近距离数据传输的应用
14.2 塑料光纤和光管
2 光纤传输损耗 塑料光纤有较大的损耗。光在传输介 塑料光纤有较大的损耗。 质中被吸收，光波强度会随传输距离增大 质中被吸收， 而递减。石英玻璃光纤的损耗很小。塑料 而递减。石英玻璃光纤的损耗很小。 光纤只能用于传输短距离可见光， 光纤只能用于传输短距离可见光，只能用 在几十厘米至几百米的通信网络中。 在几十厘米至几百米的通信网络中。 3 塑料光纤损耗分析 光纤传输损耗， 光纤传输损耗，一方面是光纤材料本身
14.2 塑料光纤和光管
当入射角小于全反射临界角时， 当入射角小于全反射临界角时，则光 线在芯皮界面上折射，有一部分光从芯材泄 线在芯皮界面上折射， 漏至皮层外。 漏至皮层外。 光线在光纤中的行程、反射次数的理想 光线在光纤中的行程、 状态下的计算式。 P400状态下的计算式。见P400-401 要求光纤直径均匀，长度方向平直； 要求光纤直径均匀，长度方向平直；光 纤材料内部均匀无缺陷； 纤材料内部均匀无缺陷；而且光线入射的光 纤端面平整。而在非理想状态下，光纤的传 纤端面平整。而在非理想状态下，
第十四章 光学制品
学习目的与要求： 学习目的与要求： 1．了解塑料光学制品的种类及应用； 了解塑料光学制品的种类及应用； 2．掌握透明类塑料有哪些； 掌握透明类塑料有哪些； 3．掌握塑料光纤和光管的材料、性能、应用； 掌握塑料光纤和光管的材料、性能、应用； 重点： 重点： 1、透明类塑料有哪些； 透明类塑料有哪些； 3、塑料光纤和光管的材料、性能、应用； 塑料光纤和光管的材料、性能、应用； 课时：1h 课时：
14.2 塑料光纤和光管
W形折射率分布光纤 2 塑料光纤材料要求 塑料光纤的纤芯和皮层材料的透明性要求高，故 塑料光纤的纤芯和皮层材料的透明性要求高， 多用无定形聚合物。结晶型聚合物不理想。 多用无定形聚合物。结晶型聚合物不理想。衡量透明 塑料的光学性能，主要是透光率、雾度、折射率、 塑料的光学性能，主要是透光率、雾度、折射率、色 散和双折射率。 散和双折射率。 1） 要求塑料芯材有较高的纯度，不能有填加剂。 要求塑料芯材有较高的纯度，不能有填加剂。 2） 除折射率的匹配要求外，塑料皮层与纤芯有较好 除折射率的匹配要求外， 的粘附性能。 的粘附性能。
14.1 光传递和制品
2） 着色视窗 3） 紫外线和红外线 透光塑料更适合太阳能的利用，可用于 透光塑料更适合太阳能的利用， 制造太阳能热水器和暖房的盖板。 制造太阳能热水器和暖房的盖板。 塑料：PMMA、PC、PE、不饱和聚酯 塑料：PMMA、PC、PE、 玻璃钢UP、聚全氟乙丙烯FEP、 玻璃钢UP、聚全氟乙丙烯FEP、聚氟乙烯 PVF、有机硅等。 PVF、有机硅等。
14.1
14.1.2 1 折射 透镜
光传递和制品
光通过透光材料时产生的偏折现象，是由 光通过透光材料时产生的偏折现象， 于光在不同介质中传播速度不同所引起的。折 于光在不同介质中传播速度不同所引起的。 射率表示。 射率表示。 折射率随波长的不同而改变，称为色散。 折射率随波长的不同而改变，称为色散。 光学塑料制造透镜时必须注意到图象的失真。 光学塑料制造透镜时必须注意到图象的失真。
14.2 塑料光纤和光管
3） 在芯皮结构单根或 多根的塑料光纤上，要包覆 多根的塑料光纤上， 防护层 增强耐老化抗氧化性能；提高耐油、 增强耐老化抗氧化性能；提高耐油、耐水和耐溶 剂的性能；提高塑料光纤的耐磨损和防损伤性能。 剂的性能；提高塑料光纤的耐磨损和防损伤性能。 防护层选用热塑性塑料和橡胶，且有稍高于塑料 防护层选用热塑性塑料和橡胶， 芯皮材料的使用温度，可以着色并经耐老化和耐候 芯皮材料的使用温度， 改性。如：理层用PE，外防护层用PVC 。 理层用PE，外防护层用PVC 改性。 3 塑料光纤材料 PS、PMMA、PC、ARTON塑料、氟塑料、THV氟 PS、PMMA、PC、ARTON塑料 氟塑料、THV氟 塑料、
14.1
3 透镜设计
光传递和制品
塑料透镜随着温度升降会有较大变形， 塑料透镜随着温度升降会有较大变形， 直接影响几何光学精度，引起图像失真； 直接影响几何光学精度，引起图像失真；另一 方面，塑料的光学参数随温度变化较大，有很 方面，塑料的光学参数随温度变化较大， 大程度的色散。因此，要塑料分篱彩色光谱、 大程度的色散。因此，要塑料分篱彩色光谱、 消除色彩是十分困难。 消除色彩是十分困难。 塑料透镜的表面可以制成多角锥凸起或环 形阶梯等几何 形体，用作光线的控制。 形体，用作光线的控制。