塑料光纤损耗特性分析专业锯

塑料光纤损耗特性分析

表1塑料光钎的损耗本征损耗非本征损耗吸收损耗散射损耗吸收损耗散射损耗分子中C-H的振动吸收电子转移吸收瑞利散射过渡金属有机杂质水分子尘埃和微空隙纤芯直径不均匀方位双折射纤芯和包层界面的缺陷2.1料光纤本征损耗的理论计算对塑料光纤损耗的定量理论计算及试验光谱较好吻合，从而可以预先了解塑料光纤的损耗机理，对降低塑料光纤损耗有一定指导意义。 2.1.1C-H键的振动吸收以PMMA芯材为例，其甲基和亚甲基的振动吸收峰在红外相互交叠，并且在近红外至可见光波区出现以单峰。是以PMMA为纤芯的塑料光纤损耗光谱，能看到红外伸缩振动Viu（i：振动量子数）的高次振动吸收峰和红外转动振动吸收峰（S波长/ D1PWA的离次谐波振动吸收播耗光谱图对于PMMA中C-H键吸收损耗的理论计算有几种方法，在此介绍中的计算方法。对C-H键的振动吸收做定量计算是有一个近似：认为聚合物、单体及原子对模型中同样的键的吸收行为基本相同，将C-H键作为独立的非谐振子进行计算，用莫尔斯位能函数表示非谐振子的位能建立一维薛定谔方程，求出C-H键伸缩振动第I次谐波的频率及吸使之成为适用于液体样本容器的候选材料：有多种尺寸可供选择收损耗相应为2.1.3瑞利散射损耗对于无规透明集合物的本征瑞利散射损耗，其各项同性部分由下式计算：度八下等温压缩系数可以从分子量（通过原子直径和原子键长度计算）计算得出。为计算玻璃转化温度rg下的等温压缩系数，可以利用经验公式ru=rg+7（/t）和（i/P（d，/d；）=4.8xioV，瑞利散射与光波长的四次方成反比，因此在短波段瑞利散射比长波段相应要大。从表1的计算结果也可看出这种趋势。试验研究表明，即使在没有掺杂的塑料光纤中，散射损耗在850nm*小也有5dB/km，在掺杂系POF中，散射损耗可达10dB/km.表2是计算得出的几种聚合物在不同波长下的散射损耗。 表2.聚合物在不同波长下的散射损耗各向同性瑞利散射损耗（dB/km）波长氟化聚合物2.2.塑料光纤的非本征损耗芯材杂质引起吸收损耗，主要有过渡金属离子在可见光波区引起的吸收*为明显，其中Co离子在530nm、590mn、650nm显示有*大的吸收峰，并且相互之间发生重叠引起一个大的吸收峰。Cr离子在640nm有吸收峰，也影响光纤的损耗。PMMA中还有水的吸收，在可见光谱区由于羟基（OH）伸缩振动和弯曲振动引起吸收损耗，相应与614nm，562nm和674nm处出现吸收峰，测量PMMA吸收水对光损耗的影响与C-H键的吸收强度一样。 由于光纤制造工艺的原因，不可避免会出现纤芯直径在轴向的变化，芯――包层界面粘合缺陷，另外光纤中还会有灰尘、气泡、微粒，这些因素引起的散射（尺度远大于波长长度）损耗与波长无关。其中前两项和POF的制造工艺有关，随着POF的研究深入，其工艺日趋完整，这两项基本已降低导下限。每个灰尘、气泡、微粒和缺陷能造成l3dB/km左右的损耗，对聚合物本体进行蒸馏过滤，及利用本体聚合法可以将微粒降低到*低程度。由于光纤的弯曲及芯包层界面的缺陷还会引起辐射损耗。 3塑料光纤损耗的测董实际中，了解光纤总损耗比知道单个损耗因素更重要，需要对制作的塑料光纤损耗准确有效的测量非常必要。测量结果通常和仪器设备有关。当用LED作光源时，光纤的衰减系数与光纤长度有关，随着距离的增加，衰减系数变为常数。当用单色仪作光源时，这种相关性并不明显。测量结果还与光源注入条件有关，即与输入光纤端面的光功率分布有关。完全注入条件下，即光源入射到光纤的整个芯径和数值孔径，激励出很多模式，被激励的所有模式具有相同的光功率，通过光纤传输时，每个模具有不同的衰减系数，用光线理论解释，高阶模经历更多次数的全反射，因此光程大，衰减系数大，同时，各模式之间还有能量交换一模式耦合，模式耦合也引起光损耗。 当传播一定耦合长度后，各模式之间达到均衡模分布，测量结果不再与距离有关。一般塑料光纤的耦合长度是20m，该值要比石英光纤小得多。要得到精确、可重复的测量结果，光源*好是均衡模入射，利用扰频器得到模均衡分布。 4降低损耗的技术POF损耗是有非本征损耗和本征损耗组成。前者包含有吸收损耗和散射损耗，通过提纯芯皮材反应物，即将反应单体、引发剂、链转移剂等采用水洗、干燥、过滤、蒸馏等方法提纯，采用本体聚合法合成工艺，选用合适的拉丝工艺，在净化的环境中实现聚合并拉制塑料光纤，可显著降低非本征损耗；而POF本征损耗是由吸收损耗和瑞利散射损耗，瑞利散射损耗同光纤芯材折射率的不占比28%；出口232.9万吨均匀波动性密切相关，选用高度无定型、高透明、分子量分布窄的聚合物为芯材，可降低瑞利散射损耗。塑料光纤中的本征吸收损耗与光纤芯材料有关，POF的*重要损耗贡献因素是C-H键的高次谐波在可见及红外区域的吸收，而一般聚合物是含有大量C-H的聚合物，POF的吸收损耗同单体分子量成反比，故降低芯材C-H键数量是降低固有损耗的重要途径之一。为此，用较重的原子氘或氟替代其中的氢，制成氘化或氟化POF.氘化和氟化对于改善POF中C-H键振动吸收所致的可见光区的衰减损耗是有效的方法。而且氟化后C-F键振动基频红移，使得POF的光学窗口红移，从而降低瑞利散射损耗。此外氟代高分子还可降低POF对水蒸汽的吸附，并可阻止湿气在高分子里渗透，氟化材料的采用意味着POF技术的一大进步。但这两种技术也存在问题，由于吸湿，氘会重新被置换成氢原子，且氘化物价格昂贵；另一方面，氟化会降低纤芯折射率，使芯层与包层C包层亦为氟聚合物）的折射率差减小，使SIPOF的弯曲损耗极度增大。为了突破这一限制，正在研究开发部分氟并且不能满足高精度丈量要求化PMMA纤芯GI-POF.1992年，用界面凝胶法制成PMMA为纤芯的在下游锂电池需求带动下GI-POF，该光纤在650mn处的损耗使110dB/km，在mn范围的损耗急剧增加，是由于C-H键伸缩振动的高次谐波吸收引起。 耗为40dB/km左右。目前，Mitsubishi公司推出的产品GH4001SIPOF光纤在650nm处的损耗是150dB/km，其芯材是PMMA，包层材料为聚乙烯。 5结语塑料光纤的损耗因素很多，在推广塑料光纤的应用时，不仅要从工艺和材料方面充分考虑尽力降低各种损耗，制作出低损耗塑料光纤，而且也要考虑到塑料光纤在特殊环境下的应用，开发特殊性能的塑料光纤。如耐热塑料光纤，由于普通塑料光纤的耐热性能差，在高温环境下会发生氧化降解和损耗增大，因此开发耐热塑料光纤进一步提高其性能显得非常重要；另外考虑在高辐射环境下（如核电站，航天器，卫星）的应用，抗辐照塑料光纤的研究也有重要意义，国内上海交通大学在这方面也进行了基础研究，取得了一些成果8.在推广塑料光纤络中，要考虑的不仅是性能，更重要的问题是成本，研制价格低廉、性能可靠的塑料光器件（包括发射机和接受机、连接器、光开关、耦合器等）目前都面临挑战。