塑料光纤

2021-03-17 14:08:59 浏览:573

定义

由聚合物材料制造的光纤。

塑料光纤是由聚合物材料制作的光纤。不仅仅缓冲层和外壳包含聚合物材料,光纤纤芯和包层都也是聚合物材料。目前塑料光纤在很多方面还不能达到玻璃光纤的性能,例如传播损耗,数据传输容量,但是塑料光纤机械上更加坚固并且它更便宜可以应用到一些领域。一种典型的应用是短程光学数据传输,例如,在工厂中,家庭和汽车间,操作更简便并且需要很坚固,即使传输损耗较高也可以接受。POF也用于照明中,可以分配例如从发光二极管中发出的光。

PMMA(有机玻璃),聚苯乙烯和聚碳酸酯通常用于成本低的光纤光学大规模应用中。一个典型的例子是,POF包含PMMA纤芯,以及具有较低折射率的氟化物包层。或者纤芯掺杂一些能够提高折射率的掺杂物质。但是当数据速率比较高时,最好采用一些全氟聚合物,因为它具有更低的传输损耗并且可以工作于更长的波长处,这时也需要采用玻璃光纤对应的透射器和接收器。

一个相对较新的但是还没有很大发展的是采用塑料材料的光子晶体光纤。

制造聚合物光纤

和石英光纤相似,也可以拉制预制棒得到塑料光纤,只是拉制时需要的温度较低(例如,200°C)。预制棒最初由包层材料的空心管得到,然后充满单体和一些反应物主体进行聚合作用的混合物作为纤芯。或者也可以在光的内表面进行掺杂,然后扩散到材料中。可以调谐这一过程得到不同的折射率分布。

除了采用预制棒的方法之外,还可以采用挤压过程。这种技术最初应用到阶跃折射率PMMA光纤中,也有针对全氟材料的改进的方法。尽管只能放两种材料进入挤压机,如果仔细控制扩散过程可以得到渐变折射率分布的光纤。

与玻璃光纤对比

塑料光纤与玻璃光纤在很多方面差别很大: (1)很多POF损耗最小值在可见光波长处,氟化高聚物光纤则在近红外(< 1.3 μm)。对比来看,石英光纤的损耗最小值在 > 1.5 μm处,其它玻璃光纤甚至在更大波长处。 (2)典型POF的传输损耗在50-100 dB/km,而石英光纤则只有几个 dB/km(多模光纤)甚至小于1 dB/km(单模光纤)。因此,采用POF进行数据传输只能传输比较短的距离。 (3) POF通常纤芯很大(直径在 mm量级),为多模光纤,并且数值孔径比较大(例如0.4),因此可以支持很多导波模式。如果数据发射器为发光二极管采用POF是比较合适的。与玻璃光纤类似,可以采用渐变折射率分布来使模间色散最小化。POF不适合单模导波。(4) POF机械上强度更大,并且更加灵活。其大纤芯可以多模导波以及高的NA增大了连接器的允差,因此简单的塑料连接器就可以使用。由于这些原因,以及塑料材料非常便宜,POF在很多应用中可以极大的降低成本。 (5)POF电缆比玻璃光纤电缆更细并且更轻。

采用塑料光纤进行光学数据传输在市场应用、自动化和飞机制造等方面份额逐渐扩大。照明是另一个很重要的应用领域,主要得益于迅速发展的发光二极管。

参阅:光纤、多模光纤、光纤光学

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