定义
由高分子材料制成的光纤。
塑料光纤是由聚合物光学材料制成的光纤。 纤维芯和包层都由聚合物组成,而不仅仅是一些缓冲涂层和护套。 虽然塑料光纤在传播损耗和数据传输能力等各个方面都无法达到玻璃纤维的性能,但它们在机械上更加坚固,并且在某些应用领域允许更便宜的光纤解决方案。 典型的应用是短距离光学数据传输,例如在工业环境、家庭和汽车中,更简单的操作和更大的鲁棒性是有益的,而更高的传播损耗是可以接受的。 POF也用于照明目的,它们分布例如用发光二极管产生的光。
PMMA(丙烯酸)、聚苯乙烯和聚碳酸酯通常用于廉价的光纤质量应用。 作为典型示例,POF可能具有被氟化包层包围的PMMA核心,具有较低的折射率。 或者,可以在磁芯中掺杂一些指数提高剂。 然而,对于高数据速率,某些全氟化聚合物(如聚(全氟丁烯基乙烯基醚)是首选,因为它们表现出低得多的传播损耗,并且可以在更长的波长下工作,其中可以使用为玻璃纤维开发的发射器和接收器。 例如,即使使用这种PVBVE光纤,传播损耗通常仍为50 dB / km,即比玻璃光纤高几个数量级。
一种相对新颖但尚未广泛使用的发展是用塑料材料实现的光子晶体光纤。
聚合物纤维的制造
塑料光纤可以通过与二氧化硅纤维类似的工艺从预制棒中提取,只是预制棒的温度要低得多(例如200°C)。 预制棒可以从包层材料的空心管开始制造,然后用单体和一些反应剂的液体混合物填充用于聚合芯。 或者,可以将掺杂剂施加到管的内表面并扩散到材料中,然后使管塌陷。 可以调整此类过程以获得各种折射率曲线。
基于预制件的方法的另一种方法是使用挤出工艺。 这种技术最初用于阶梯折射率PMMA纤维,但也有一些用于全氟化材料的变体。 即使只有两种不同的聚合物材料被送入挤出机,也可以通过采用精心控制的扩散过程来实现梯度指数设计。
与玻璃纤维的比较
塑料光纤在各个方面与玻璃光纤有很大不同:
- 许多POF在可见光波长处的损耗最小,或者在全氟聚合物的情况下在近红外(<1.3μm)中损耗最小。 相比之下,二氧化硅纤维的损耗最小>1.5μm,其他一些玻璃的损耗甚至更长。
- 典型的POF具有高传播损耗,例如50或100 dB/km,而二氧化硅光纤可以达到几dB/m(多模光纤)甚至远低于1 dB/km(单模光纤)。 因此,使用 POF 的数据传输仅限于更短的距离。
- POF通常是具有大芯(直径约1毫米)和高数值孔径(例如0.4)的多模光纤,因此支持大量引导模式。 当发光二极管用作数据发射器时,这是有益的。 与玻璃纤维相同,通过使用梯度折射率轮廓设计,可以最大限度地减少多峰间分散。 POF似乎不适合单模引导。
- POF在机械上更加坚固和灵活。 它们的多模引导具有大磁芯和高数值孔径,大大放宽了连接器的公差,因此可以使用简单的塑料部件,无需复杂的培训。 由于这些原因,而不是更便宜的材料,POF可以在各种应用中节省大量成本。
- POF电缆可以比机械保护良好的玻璃光纤电缆更细,更轻。
塑料光纤的光数据传输有望在消费市场(例如家庭网络)、汽车和飞机工业中找到越来越多的应用。 照明是另一个重要的应用领域,它受益于发光二极管的快速改进。
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