聚合物光纤的制作及应用研究

聚合物光纤的制作及应用的研究报告人：张国生2016年5月10日汇报提纲123聚合物光纤的应用聚合物光纤的研究聚合物光纤的制作

POF在通信领域的应用：

问题：石英光纤具有带宽宽，衰减低等特点，是长距离通信干线的理想的传输介质,但在光纤入户时却遇到巨大困难。石英光纤芯细,在光纤耦合互接中需要高精密度对准,几微米的连接偏差就会引起很大的耦合损耗，连接器件成本和安装费用大大增加了系统的造价,据估算若在接入网中采用单模石英光纤其成本将达到＄300/户。这对接入用户来说将难以接受。直径大于100m的石英光纤由于材料脆性以及弯曲性能不好。对于入户来看这是一个非常明显的缺点，不适用于多接点的入户网。

方案：应用聚合物光纤（POF）毫米量级的尺寸及大的数值孔径使它在连接和安装处理方面比较容易；价格低廉，可塑性强，

重量轻，施工方便；无电磁兼容(EMC)问题；可以使用廉价的LED及LD。光纤入户“最后1米的难题”4“聚合物光纤（POF）”的应用POF工艺品POF装饰装潢（端点发光传光束）投射照明天花吊顶等POF照明点照明线照明面照明POF传感器POF短距离数据传输“聚合物光纤“应用实例

光纤工艺品水帘光纤园艺装饰聚合物光纤材料的要求6聚合物光纤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，光才得以在光纤中长距离传导材料的折射率；不只是起到约束光的作用，还影响着光传输的质量（模式数量、模式色散程度等等）材料的耐候性、吸湿性、包层-芯层相容性等性能石英光纤聚合物光纤损耗（dB/km）0.2～0.310～300断裂伸长率（%）1～25～10典型的石英光纤和聚合物光纤性能对比常见的聚合物光纤的材料Nb2O5NNNNNb2O5聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）：最早用于制备POF的材料之一，也是目前最常见的POF制造材料。它是一种热塑性聚合物。PMMA在可见光波段透光率达92%，且具有优良的耐候性和机械性能；它对红光（650nm）的折射率为1.492。它曾在很长时间内是可见光透过率最高的聚合物材料。聚苯乙烯（PS，或PSt）：一种非晶态无定形透明聚合物，透光率大于90%。九十年代，PS芯POF在国内发展迅速，PS芯POF（以PMMA为包层）的传输损耗较大，在1200dB/km左右，因而使用长度最多只有几米，多用于装饰、广告领域。另外，PS光纤的耐温性、光化学稳定性、柔韧性等都比较差；但吸湿系数较PMMA材料低，在潮湿环境中更稳定。聚碳酸酯（PC）：泛指分子主链含有碳酸酯结构的一大类聚合物，而光纤用聚碳酸酯（PC）指的是双酚A型芳香族PC。PC是一种机械性能优异的热塑性工程塑料，但透明度较PMMA略差；PC耐候性较差，在潮湿强光环境易发黄变脆；PC耐热性好，可在125°C长期使用，因而是适合制造耐热POF。其它常见POF材料：耐热ARTON树脂、特氟龙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纤材料性能

吸收损耗

碳氢键、氮氢键、碳氧双键的振动光纤的传输损耗

散射损耗常见光纤聚合物结构材料聚合物中通常含有大量碳氢键，碳氢键振动的高次谐波在通讯波段带来了很大的吸收损耗。以PS芯POF为例，脂肪族C-H振动吸收峰出现在758nm、646nm和562nm处；苯环上C-H振动吸收峰出现在714nm、648nm和532nm处；且后者强于前者。而在PMMA中，C-H键的简谐振动，直接导致了627nm（六次谐波）和736nm（五次谐波）两处强烈的损耗化学键的吸收波段及波数化学键波数化学键波数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针对不同的目的，光纤用聚合物材料改性有很多种途径。以PMMA为例，为提高材料的耐热性能，可使用的方法有主链修饰（引入大体积侧链或主链引入环状结构）、交联、引入氢键等等PMMA为基质的POF谱损图阶跃折射率POF谱损梯度折射率POF谱损一般梯度折射率POF的损耗比阶跃折射率POF的损耗稍大。POF的传输损失主要由材料的C-H键振动及电子跃迁的吸收，还有本征Rayleigh散射，外部不理想波导(例如光纤芯径半径的波动)这几种因素导致的术语解释谐波：一个数学或物理学概念，根据傅里叶级数的原理，周期函数都可以展开为常数与一组具有共同周期的正弦函数和余弦函数之和。谐波是指周期函数或周期性的波形中能用常数、与原函数的最小正周期相同的正弦函数和余弦函数的线性组合表达的部分。谐波的频率：等于基波的频率的整数倍，基波频率3倍的波称之为三次谐波，基波频率5倍的波称之为五次谐波，以此类推。不管几次谐波，他们都是正弦波。波数：原子、分子和原子核的光谱学中的频率单位。符号为σ或v。等于真实频率除以光速，即波长(λ)的倒数，或在光的传播方向上每单位长度内的光波数。在波传播的方向上单位长度内的波周数目称为波数(常写为k)，其倒数称为波长。k=1/λ。聚合物光纤的制作工艺预制棒拉制法将事先制备好的光纤预制棒放置在熔炉中，通过热熔拉伸的方法，将预制棒拉成光纤聚合物光纤的制作工艺共挤出法使用两台挤出机分别将芯层和包层的聚合物从一个模头熔融挤出，一次成型聚合物光纤的制作工艺涂覆法在挤出或热熔拉制的芯层外，直接涂覆上包层材料熔体（或溶液），固化后形成结构完整的光纤3种制作工艺的比较预制棒法中，光纤的材料构成与物理结构比例在预制棒制作阶段就已完成，仅热熔拉伸过程改变型材的直径，由棒拉伸变成细纤。因此，预制棒法可以很好地对光纤参数进行精确控制，适合渐变折射率光纤以及特殊结构光纤的制造，但不