塑料光纖及其傳輸系統(tǒng)（胡先志、謝德平）摘要本文簡要綜述了塑料光纖的結(jié)構(gòu)、材料、制造方法、性能及通信系統(tǒng)的研究進展。要害詞  塑料光纖  傳輸  系統(tǒng)1引言    近年來，為降低光纖網(wǎng)絡(luò)終端用戶的光纖接入成本，國外一些聞名大學和研究機構(gòu)競相開發(fā)價格便宜、接續(xù)簡捷、工作可靠的塑料光纖和通信系統(tǒng)。本文簡要介紹了目前塑料光纖的結(jié)構(gòu)、材料、制造方法、性能及通信系統(tǒng)的研究進展，旨在引起國內(nèi)同仁的關(guān)注。2塑料光纖2.1結(jié)構(gòu)    目前短距離通信用的塑料光纖，按其剖面的折射率分布可分為兩種：階躍型塑料光纖和梯度型塑料光纖。階躍型塑料光纖由于其模間色散作用使人射光發(fā)生反復的反射，射出的波形相對于人射波形出現(xiàn)展寬，故其傳輸帶寬為幾十至上百MHz·km。梯度型塑料光纖以優(yōu)化的梯度折射率分布來抑制模間色散，再從降低材料色散人手，進而可制得帶寬高達幾百MHZ·km至幾GHz·km的梯度型塑料光纖。2.2材料    選擇塑料光纖材料時，人們主要考慮的因素是材料自身的透光性、折射率等。特別是纖芯材料除應透光性好、光學均勻、折射率適宜外，還應注重機械、化穩(wěn)、熱穩(wěn)定、加工及成本等因素。    目前，經(jīng)常選作塑料光纖纖芯材料有：聚甲基丙烯甲酯（PMMA）、聚苯丙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）、氟化聚甲基丙烯酸酯（FPMMA）和全氟樹脂等。常選作塑料光纖包層材料有：聚甲基丙烯甲酯、氟塑料、硅樹脂等。2.3制造    與石英玻璃光纖制造方法完全不同，通信塑料光纖的制造方法有：擠壓法和界面凝膠法。    擠壓法主要用于制造階躍型塑料光纖。該工藝步驟大致如下：首先，將作為纖芯的聚甲基丙烯甲酯的單體甲基丙烯甲醋通過減壓蒸餾提純后，連同聚合引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑一并送入聚合容器中，接著再將該容器放入電烘箱中加熱，置放一定時間，以使單體完全聚合，最后，將盛有完全聚合的聚甲基丙烯甲酯的容器加溫至拉絲溫度，并用干燥的氮氣從容器的上端對已熔融的聚合物加壓，該容器底部小嘴便擠出一根塑料光纖芯同時使擠出的纖芯外再包覆一層低折射率的聚合物就制成了階躍型塑料光纖。    梯度型塑料光纖的制造方法為界面凝膠法。界面凝膠法的工藝步驟大致如下：首先將高折射率摻雜劑置于芯單體中制成芯混合溶液，其次把控制聚合速度、聚合物分子量大小的引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑放入芯混合溶液中，再將該溶液投入一根選作包層材料聚甲基丙烯甲酯（PMMA）的空心管內(nèi)，最后將裝有芯混合溶液PMMA管子放入一烘箱內(nèi)，在一定的溫度和時間條件聚合。在聚合過程中，PMMA管內(nèi)逐漸被混合溶液溶脹，從而在PMMA管內(nèi)壁形成凝膠相。在凝膠相中分子運動速度減慢，聚合反應由于“凝膠作用”而加速，聚合物的厚度逐漸增厚，聚合終止于PMMA管子中心，從而獲得一根折射率沿徑向呈梯度分布的光纖預制律，最后再將塑料光纖預制棒送入加熱爐內(nèi)加溫拉制成梯度型塑料光纖。2.4性能   （1）衰減    塑料光纖的衰減主要取決于所選用的材料的散射損耗和吸收損耗。通過選用低折射率且等溫壓縮率低的高分子材料可獲得低的散射損耗，而吸收損耗則是分子鍵（碳氫：C－H，碳氘C－D，碳氟C－F等）伸縮振動吸收和電子躍遷吸收所致。在考虛近紅外時，電子躍遷吸收作用可忽略不計。分子伸縮吸收損耗可由模斯勢能理論求得。    （2）帶寬    梯度型塑料光纖是折射率呈梯度分布的光纖，其折射率由芯至包層逐漸降低。只要所形成的梯度折射率分布適宜，便可獲得抑制模色散，保持大的數(shù)據(jù)孔徑，控制出射光波相對于人射光波展寬的效果。如折射率分布妥當，那么材料色散就成為決定傳輸帶寬的主要因素。只要在選擇時充分注重材料色散，欲制得帶寬為數(shù)GHz·km是完全可行的。    （3）耐熱性    通常，塑料光纖在高濕環(huán)境中會發(fā)生氧化降解和損耗增大。氧化降解是由于構(gòu)成光纖芯材中的談基、雙鍵和交聯(lián)的形成所致。氧化降解促使電子躍遷加快，進而引起光纖的損耗增大。通過實驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)老化處理后的光纖，其工作波長為760nm的衰減增大要比其在680nm的衰減增大要小；另外，只要選用的光源工作波長大于660nm，塑料光纖的耐熱性是長期可靠的。3系統(tǒng)    目前，已研制出的短距離數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)所依據(jù)的標準是IEEE1394（1998年2月），人們正按這個綜合布線標準來建設(shè)下一代用戶傳輸系統(tǒng)。IEEE1394規(guī)定了將用塑料光纖傳輸100Mbit／s信息的傳輸距離由4.5m延長到50m。    1998年，日本古河公司研制出工作波長為780nm的塑料光纖傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)的光發(fā)射機的發(fā)光器件為780nm的LD，光接收機的光接收器件為780nm Si－PIN，其光探測面直徑為0.8nm，弛豫頻率為0.5GHz。發(fā)射機輸出功率設(shè)定在-8dBm（按IEC825－1標準）。4結(jié)語    本文簡要地介紹了短距離數(shù)據(jù)通信用塑料光纖的材料、制造、性能及系統(tǒng)的最新研究成果，期盼國內(nèi)廣大同仁能對塑料光纖及系統(tǒng)的研究應用予以關(guān)注。
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