塑料光纤损耗特性分析
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互相交叠,并且在近红外至可见光波区呈现以单峰。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关于PMMA中C-H键吸收损耗的实践计算有几种办法,在此介绍中的计算办法。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根本雷同,将C-H键作为独立的非谐振子停止计算,用莫尔斯位能函数表示非谐振子的位能建设一维薛定谔方程,求出C-H键伸缩振动第I次谐波的频率及吸收损耗相应为2.1.3瑞利散射损耗关于无规透明汇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能够从分子量(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,能够利用经历公式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。试验钻研标明,即使在没有掺杂的塑料光纤中,散射损耗在850nm最小也有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最为明显,其中Co离子在530nm、590mn、650nm显示有最大的吸收峰,并且互相之间发作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处呈现吸收峰,丈量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起因,不可防止会呈现纤芯直径在轴向的变迁,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的钻研深刻,其工艺日趋完好,这两项根本已降低导下限。每个灰尘、气泡、微粒和缺陷能形成l3dB/km左右的损耗,对聚合物本体停止蒸馏过滤,及利用本体聚合法能够将微粒降低到最低程度。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,理解光纤总损耗比晓得单个损耗因素更重要,须要对制作的塑料光纤损耗准确有效的丈量十分必要。丈量结果通常和仪器设施有关。当用LED作光源时,光纤的衰减系数与光纤长度有关,随着间隔的增加,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。丈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散布有关。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,鼓励出很多形式,被鼓励的所有形式具有雷同的光功率,通过光纤传输时,每个模具有不同的衰减系数,用光线实践解释,高阶模经历更屡次数的全反射,因此光程大,衰减系数大,同时,各形式之间还有能量替换一形式耦合,形式耦合也引起光损耗。
当传播一定耦合长度后,各形式之间抵达平衡模散布,丈量结果不再与间隔有关。一般塑料光纤的耦合长度是20m,该值要比石英光纤小得多。要得到准确、可反复的丈量结果,光源最好是平衡模入射,利用扰频器得到模平衡散布。
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,通过提纯芯皮材反馈物,即将反馈单体、引发剂、链转移剂等采纳水洗、枯燥、过滤、蒸馏等办法提纯,采纳本体聚合法合成工艺,选用适宜的拉丝工艺,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平均动摇性亲密相关,选用高度无定型、高透明、分子量散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的最重要损耗奉献因素是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门路之一。为此,用较重的原子氘或氟代替其中的氢,制成氘化或氟化POF.氘化和氟化关于改善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办法。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浸透,氟化材料的采意图味着POF技术的一大进步。但这两种技术也存在问题,由于吸湿,氘会从新被置换成氢原子,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,正在钻研开发部分氟化PMMA纤芯GI-POF.1992年,用界面凝胶法制成PMMA为纤芯的GI-POF,该光纤在650mn处的损耗使110dB/km,在7001500mn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,不只要从工艺和材料方面充分思考尽力降低各种损耗,制作出低损耗塑料光纤,而且也要思考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,在高温环境下会发作氧化降解和损耗增大,因此开发耐热塑料光纤进一步进步其性能显得十分重要;另外思考在高辐射环境下(如核电站,航天器,卫星)的应用,抗辐照塑料光纤的钻研也有重要意义,国内上海交通大学在这方面也停止了根底钻研,获得了一些成绩8.在推广塑料光纤网络中,要思考的不只是性能,更重要的问题是本钱,研制价格低廉、性能牢靠的塑料光器件(包括发射机和接受机、连贯器、光开关、耦合器等)目前都面临挑战。