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塑料光纤的性能及其应用和制备080611338 丁宁 摘要：介绍了塑料光纤在局域网、汽车工业、传感器等领域的应用通过对石英光纤、金属电缆与塑料光 纤的性能进行比较，得到了塑料光纤具有芯径大、柔韧性好、价格低廉、制作简单等特点就塑料光纤在 局域网、汽车工业、传感器等领域的应用进行了分析、总结此外还指出阻碍塑料光纤进一步进展的因素一、引言随着通信产业的迅猛进展，光纤作为信息载体的光信号传输介质在大容量数据的高速传 输中起着重要的桥梁和纽带作用目前，石英光纤由于其宽带、低损耗、适合长距离通信传 输，而占据着光通信的要紧市场然而，由于石英光纤芯径小、连接复杂、成本高，因此在 光纤人户时遇到专门大的困难随着短距离、大容量的数据通信系统及汽车等工业的迅速进 展，塑料光纤(POF)以其芯径大、柔韧性可塑性强、重量轻、价格低廉等优点而受到国际的普 遍关注为了对塑料光纤有一个较为全面的认识，本在查阅有关文献的基础上，阐述塑料光 纤的要紧特性和应用以及制备方法二、差不多原理塑料光纤的定义：塑料光学纤维是以光学塑料为材料的一类重要的光学纤维塑料光纤传光原理：1、 子午光线在阶跃型塑料光纤中的传输阶跃型塑料光纤是一种具有芯皮结构的光纤。

子午平面指的是包含有光纤轴的平面，所 谓子午线，确实是光线的传播路径始终在同一平面内，子午光线总是和光纤轴相交的，光在 一种平均介质传播时是一种直线式传播：当光从一种介质传至另一介质表面时，一样同时发 生反射和折射；假如光从折射率小的光疏介质射入折射率大的光密介质时，则折射角小于入 射角；而当光从光密介质射入光疏介质时折射角将大于入射角，因而当光从光密介质射入光 疏介质时就有可能显现只有反射而无折射的现象，这确实是全反射，全反射是光折射的一种 边界效应，即光从一种透亮介质进入到另一种介质里而发生弯曲的现象塑料光纤确实是通 过全反射原理进行光传输的2、 子午线在阶跃型光纤中的几何行程和反射次数由于子午光线入射光纤中并不是同一角度，故而其在光纤中的几何行程也不相同不管 是子午线在光线中的行程运算公式依旧反射次数运算公式，差不多上假定光纤是处于专门理 想状态下：光纤专门直，光纤直径平均，光纤内部无缺陷和光纤入射端面平直等，假如光纤 不在这一理想条件下，则入射子午线全反射的状况就会发生变化，如有的会从光纤中反射出， 有的反射角会发生变化等，因此光纤的传输损耗也会增加3、 斜光线在阶跃型折射率塑料光纤中的传输所谓斜面光线，确实是光在光纤中传输中时，并不是像子午光线一样保证在同一平面内， 它在光纤中传输时，其轨道通常是一空间螺旋曲线，其最大入射角比子午线的大，但通常以 子午线传输表征光纤的传输特性，自然这是最理想的一种状况。

4、 光在渐变型折射率分布塑料光纤中的传输关于渐变型折射率 GI 塑料光纤，同样有子午线和斜光纤，这种光纤折射率并不是一恒 定常数，而是随着离轴距离的增加而折射率下降，其渐变折射分布图参见如下；抛物线型折 射率分布光纤具有较小的模式色散的特点，渐变折射分布有多种形式，当折射率分布按二次 方抛物线分布时，子午线在光纤中的传播路径为正弦曲线型，斜光纤的传播路径为螺旋曲线， 渐变型折射率塑料光纤多用于短距离数据传输，用于光纤照明较少5、 荧光塑料光纤的传光原理荧光塑料光纤确实是在塑料光纤芯材中掺入一定量的荧光剂制备而成的塑料光纤，这种 塑料光纤通过特定波长的光照耀后，将发出特定波长的光，其原理比较复杂，可简单认为基 态分子中成键电子吸取光后激发，然后单线态分子返回到基态，即发出荧光荧光塑料光纤 按折射率分布结构分类，可分为荧光SI塑料光纤和荧光GI塑料光纤，掺杂有机染料的塑料 光纤 A 最重要特性是在宽波长范畴内提供高功率输出它满足一样的 SI 型光纤的传光特性， 但入射光的波长不同于出射光的波长荧光塑料光纤还有另一种传光方式，这确实是入射光 可从侧面照耀荧光塑料光纤，出射光从光纤两端面出射，因此入射光的波长不同于出射光的 传输波长。

荧光材料的光特性要紧依靠于基质材料，荧光塑料光纤增益放大特性同泵浦波长、 荧光塑料光纤长度及所用掺杂剂和浓度有关所谓增益G是指塑料光纤输出信号光功率Pout 与输入光功率 Pin 之间的一种比值6、结语 塑料光纤之因此能传光是因为光纤具有芯皮结构，光在塑料光纤中传输是按全反射原理进 行传光的，光在SI塑料光纤中的传输方式为全反射式锯齿型，光在GI塑料光纤中的传输方 式为正弦曲线型；同时为了简化运算，选用子午线进行了参数运算，子午线确实是光线的传 播路径始终通过光纤轴并在同一平面内，这些参数运算包括最大入射角或发射光角度、数值 孔径、子午线在阶跃型光纤中的几何行程及反射次数；侧面发光塑料光纤和荧光塑料光纤也 是按全反射原理进行传光的，关于单芯侧面发光塑料光纤多是由非固有损耗导致侧面发光， 而关于多芯侧面发光塑料光纤则是由弯曲损耗产生侧面发光的荧光塑料光纤通过特定波长 光激发后发出特定波长的光，而且激发光不仅可从端面入射，而且可从侧面入射三、差不多性质塑料光纤具有如下许多突出的优点：（1） 重量轻光学塑料的比重一样是0.83~1.5克/厘米3，大多在1克/厘米3左右，为玻 璃比重的 1/2~1/3。

这在导弹、人造卫星、宇宙航行中有重要的应用2） 韧性好例如厚3 毫米的聚碳酸酯材料，一模样弹既打不透也打不碎，抗冲击强度 好塑料光学纤维柔软性能好，直径2 毫米仍可自有弯曲而不断裂，而玻璃光学纤 维直径大于50 微米就不能弯曲3） 对不可见光波透过性能好 在可见光和近红外波段的透过性能接近光学玻璃，在 远红外和紫外波段，透过率能够大于 50%，比光学玻璃好4） 成本低、工艺简便塑料的原材料比玻璃原料廉价，而且塑料光学纤维的操作温度 通常在300°C以下，而玻璃光学纤维的制作则需要1000°C以上的高温，工艺 比 玻璃光学纤维简单塑料光学纤维要紧有如下缺点：（1） 耐热性能差一样只能在-40°C〜80°C的温度范畴内使用，只有少数塑料光学纤维 能够在200°C邻近工作当温度低于-40°C时，塑料光学纤维将变硬、变脆由 于塑料的熔点低，比玻璃易老化2） 抗化学腐蚀和表面磨损性能比玻璃差，因而表面易被划伤，阻碍光学质量 3） 易潮解 由于塑料光学纤维具有上述优缺点，在光学纤维的广泛应用中能够用它来补充玻璃光学 纤维之不足因而，塑料光学纤维进来已成为光学纤维的一个极其重要的方面塑料光学纤维的特性：1、 光学特性由于塑料光学纤维是一种纤维状长链分子，随着拉丝过程，长链分子的宏观取向将和光 学纤维轴一致。

同时塑料光学纤维是用单体聚合而成，专门难得到密度平均的材料，因而， 光学不平均性就专门难幸免，损耗难以大幅度下降2、 机械性能塑料光学纤维的一个显著的特点是柔软性好例如，一毫米粗的塑料光学纤维，按曲率半径为6毫米做180°的来回弯曲100多次，对光学纤维毫无损害，透过率并无变化总之，塑 料光学纤维的曲率半径大于塑料光学纤维直径的 3倍时，透过率仍无大的变化塑料光学纤维耐热性能差事一个大缺点一样不能超过80°C，这是因为塑料本身熔点低 的缘故塑料硬度差，易破旧，易老化3、化学性能 塑料光学纤维的化学稳固性较差，在丙酮，醋酸乙酯或者苯的作用下，光学性能会受到专 门大阻碍表一给出了塑料光学纤维的一些要紧性能及与玻璃光学纤维的比较；表二给出了几种塑料 光学纤维的要紧性能表一：塑料光学纤维与玻璃光学纤维的比较纤 维光学性能C 從 乡匕匕 初畑毫‘tti 数宀耳~6H 条验50的 取实(6璃T t J 蜩期M(厘 」」 ? J、 一丿 - 〃热学性能短 可 别 个作力学性能纤训这 光你‘ ,光米 希海毫子 冲作2肿 曲微可^ 弯50径« 耐于直刘 £s 能样单日 性一料 软径塑 柔直的00 于断 大折，易 米， 微曲 50弯 ~1能 5不 为亂 样纤 一光 径的 直米 维微 纤单化学稳固性质 变 着易K化 虫老 閔或品良 优耐辐射性差加工性能工 nx要 需 m杂 耐复艺 册工 、咼 要 需作 制比 重比重小，一样在1左右，因而质量轻比重大，一样在2.4左右，因而较重成本原料廉价，易于大量生产，成本低原料较贵，可大批生产，成本咼表二：几种典型的塑料光纤的要紧参数制造厂与光 纤牌号材料直径（微 米）光缆直 径（毫米）衰减（分 贝/公里）抗张强度 （公斤）弯曲半 径（厘米）N.A.最大长 度（公里）杜邦公司PFX-P740塑料375470110.31杜邦公司PFX-P140R塑料400470400.11杜邦公司PFX-P240R塑料400470900.11克林格（A）塑料101512501021波利光学1010丙烯酸酯20011001500.40.512波利光学1010丙烯酸酯50011001502.50.513汤姆逊布兰 特ET1017塑料859.410055150.1东芝塑料0.1~31270620~9500.56三菱人造丝 公司（厄斯卡）丙烯酸酯0.1〜2.51020700~13000.50茨城电气 研究所芯：MMA 涂层：氟化 丙烯酸酯55茨城电气 研究所重氢化PMMA 光 纤20四、应用领域塑料光纤已有30多年的研究历史，最初应用于照明，后来应用于汽车、医疗和工业操纵 以及短距离通讯网络。

近年来，随着光纤到户（FlvrH）工程的推进，塑料光纤应用的市场空间 将有专门大的扩展4.1 FTTH随着北京奥运、西部大开发、“村村通”工程以及 “三网合一”等各种新业务的蓬勃进 展，接入网逐步显得带宽不足 FlvrH 是宽带接入的最佳解决方案，是以后光通信的进展方 向FlvrH是指将光网络单元安装在住宅用户或企业用户处，是Flvrx系列中除FTTD（光 纤到桌面）外最靠近用户的光接入网类型 在连接密集的用户接入网中，假如采纳传统石英 光纤 组网，其安装和爱护成本昂贵，用户不堪重负 FTTH 的光缆结构将会不断地推陈出 新，光纤的使用会由现在的多模光纤进展到单模光纤再到塑料光纤利用塑料光纤芯径大、 连接方便等优点组建局域网能够专门好地解决最后 l00 m 的用户光纤问题采纳塑料光纤作 为中心路由器到服务器和各个楼层塑料光纤交换机的传输媒质，且交换机到用户也都用塑料 光纤进行连接，可实现真正意义上的m H,大幅低F1v1_H工程建设费用，从而进一步推动 FlvrH 的进展步伐CYTOP 塑料光纤是日本旭硝子公司与日本庆应大学小池康博教授合作研究出的一种新 型 塑料光纤，具有低损耗（实验室的损耗达到 10 dB／km 以下）、宽带宽（1 km 内传输速率达 1 Gb/s）的特性，应用范畴达100 m,能解决最后1 km的用户接入问题，实现千兆FTTD。

日本旭硝子公司在2000年推出这种光纤的产品，其商标名为Lucina在日本政府工业和贸易 部门的支持下，日本开放了千兆塑料光纤都市示范工程，将庆应大学的校园网塑料光纤化， 还连接了小学、医院和公寓楼，演示了高速数据传输、流媒体通信、会议电视、远程医疗和 数字。