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光导纤维的应用及最新发展动向
用光波作载波进行信息传送，最具吸引力的地方就是光波频率极高，能携带的信息量极大。光导纤维是由高折射率、高透明度的芯子和低折射率的皮层所组成，当入射进光纤芯子的光与轴线夹角小于全反射临界角时，光线在芯皮界上发生全反射，因此载波光得以在芯子中曲径前进，而不穿出包层。它与普通通讯电缆相比，具有信息容量大、重量轻(塑料光纤比重一般仅为1左右)、占有空间小、耦合损耗低、串话少、保密性极强、价格低、加工方便等优点，因此，光纤通讯取代电缆和微波通讯是当今通讯技术的发展趋势。
光导纤维的研制成功首先是使人类的通迅技术得到了前所未有的发展。自从1977年美国加利福尼亚洲通用电话公司安装第一套光纤通讯系统以后，发展十分迅猛，至今已普遍使用。目前，英国建成l5条光纤通讯线路，自1984年起就不再铺设金属通讯电缆。法国的旅游城市比亚次，是世界上第一个光纤化的城市。光纤也大量应用于汽车、飞机、舰船内部的短距离通迅系统。处于当今信息爆炸的世界，人们对提高无线电波传递信息容量给予了极大的关注，光纤通信就是这一征程上的重大里程碑。 一、光纤的分类 光导纤维按材料组成可分为玻璃石英和塑料光导纤维；按纤维结构可分为皮芯型和自聚集型；按形状和柔性分为可挠性和不可挠性光导纤维；按传递光的波长分为可见光、红外线、紫外线、激光等光导纤维。 光导纤维在结构上大体分为两类。一类是芯皮型结构光导纤维。取下一截这种结构的光导纤维，把它放在显微镜下观察。断面中央有一根芯，直径只有几十微米，芯的四周是一圈包皮。芯是用折射率高的透明玻璃材料做成的，包皮则是用折射率低的玻璃或塑料做成的。另一类光导纤维叫自聚焦纤维，它传导光线的工作原理和芯皮型结构光导纤维不同。这类光导纤维好像是由许多微型透镜组成的，能迫使入射光线逐渐自动地向纤维的中心轴方向靠拢，进行聚焦，由此保证入射光线不会从纤维材料中漏出去。 光纤按其芯材的不同，可分为石英系光纤、多组分玻璃光纤和塑料光纤。塑料光纤具用模量低、直径大、弯曲特性好、不易破断、重量轻、色散小、成本低等许多优点。 制造有机导光纤维的内芯和涂层材料很多，有的在聚甲基丙烯酸甲酯纤维上覆盖一层聚乙烯或其它不同折射率的材料(如聚四氟乙烯)，还有的采用聚丙烯腈树脂覆盖腈纶芯丝。 根据结构和光传输特点，塑料光导纤维通常分两种类型，即全反射型和自聚焦型。全反射型光导纤维由高折射率的芯材和低折射率的包层构成，两者之间能形成良好的光学接口，且均为透明塑料，其直径范围为几十至lO00pm。 POF(塑料光导纤维)要求聚合物具用极优良的透明性、适当的折射率；芯材和皮层接口粘接性良好；光学上要求等向性，在可见光区不吸收、不散射；芯材折射率高，皮层低；另外还要求为非晶态、有耐高温和强韧性。 二、光纤的制造及最新发展 根据光线从光密介质(高折射率)射入光疏介质(低折射率)时在界面处向光密介质内反射的原理，光线通过光纤时经反复反射向前输送。由于制造方法的不同，全反射型光导纤维又分为多模光纤和单模光纤。 塑料光纤制备的工艺流程： 单体精制→聚合→纺丝→包层和拉伸→光缆加工。 在众多的透明塑料中，只有那些拉伸时不产生双折射和偏光的品种才适合制造光纤。用于生产芯的塑料主要有聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、重氢化聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等。 用于生产包层的塑料主要有多氟烷基侧链的聚甲基丙烯酸酯类、偏氟乙烯一四氟乙烯共聚物、有机硅树脂、尼龙以及液晶等。 各种不同类型的光纤成型方法又各有差异。全反射型光导纤维目前有棒管法、沉积法和复合纺丝法3种加工方法。 |
