塑料光纤材料的性能及应用.ppt

《塑料光纤材料的性能及应用.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、塑料光纤材料的性能和应用光纤通信的优点通信容量大中继距离长不受电磁干扰资源丰富光纤重量轻、体积小塑料光纤塑料光纤（PlasticOpticalFiber）。塑料光纤（POF）是由高透明聚合物如聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、氘化聚合物、氟化聚合物等作为芯层材料，PMMA、氟塑料等作为皮层材料的一类光纤（光导纤维）。不同的材料具有不同的光衰减性能和温度应用范围。塑料光纤主要性能指标衰减塑料光纤的衰减主要取决于所选用的材料的散射损耗和吸收损耗。要想作为通信级塑料光纤，一

2、个最基本要求就是PMMA塑料光纤的衰减要低最好是小于180dB/km。塑料光纤主要性能指标带宽梯度型塑料光纤是折射率呈梯度分布的光纤，其折射率由芯至包层逐渐降低。只要所形成的梯度折射率分布适宜，便可获得抑制模色散，保持大的数据孔径，控制出射光波相对于人射光波展宽的效果。如折射率分布妥当，那么材料色散就成为决定传输带宽的主要因素。只要在选择时充分注意材料色散，欲制得带宽为数Ghz•km是完全可行的。塑料光纤主要性能指标耐热性最重要的是，塑料光纤的耐热性主要由其成分性能决定。耐热性好的材料成分，决定塑料

3、光纤具有比较好的耐热性。判断材料耐热性的指标有玻璃化温度、维卡软化点、热变形温度等指标。—维卡软化点：工程塑料、通用塑料等聚合物的试样于液体传热介质中，在一定的载荷、一定的等速升温条件下，被1m㎡的压针压入1mm深度时的温度。塑料光纤主要性能指标连接性通信塑料光纤多采用直径1mm的光纤，是石英光纤的8～20倍。粗的塑料光纤的连接比石英光纤要容易得很多。塑料光纤材料选择原则光纤波导（折射率波导）结构分布决定了光纤的传输性能。光纤原材料的选择和制造工艺是保证生产出高质量光纤的必要条件。在选择塑料光纤的原

4、材料时，需要考虑衰减、折射率、成纤能力、物化性能以及生产成本等因素。选择材料考虑因素成形方便材料必须能够制成细长、柔软的光纤。材料透明在特定光波长导光且光损耗小，材料必须是透明的材料。性能兼容要保证光纤芯/包层物理性能彼此适应，必须使用那些具有微小的折射率差，但物理性能彼此相近的材料。选择材料考虑因素材料成本所用的原材料应该是来源丰富，价格便宜的原材料。常用光纤原材料及其作用常用光纤原材料及其作用光纤的结构纤芯包层保护套光纤的结构纤芯core：折射率较高，用来传送光；包层coating：折射率较低，

5、与纤芯一起形成全反射条件；保护套jacket：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。3mm光缆橘色MM黄色SM聚甲基丙烯酸甲酯POF最常用的材料是热塑性塑料聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA,PolymethylMethacylate）。PMMA是有乙烯、氢化氰酸、甲醇制成的。它具有阻水、耐稀酸、汽油、矿物油和松酯油侵蚀的能力。PMMA是有典型的分子量为105的长链形成的有机化合物。从材料的光透明特性来看，PMMA是聚合的非晶体结构。它具有优异的透光结构，在360~780nm透光率高达92%，同时其具有良好的耐

6、候性能、电学性能和机械性能，故它是最早的制造POF纤芯的理想材料之一。PMMA表面硬度低，容易被硬物擦伤。PMMA的物理性能肖氏硬度：应用弹性回跳法将撞销从一定高度落到所试材料的表面上而发生回跳。撞销是一只具有尖端的小锥，尖端上常镶有金刚钻。用测得的撞销回跳的高度来表示硬度。PMMA的化学性能每个MMA单体总共具有8个C-H键，这个化合物的C-H键谐振吸收是造成PMMA制成的POF衰减的主要原因。实际上，C-H键在627nm和736nm谐振是决定PMMA-POF吸收损耗的重要原因。最早提出的降低PM

7、MA-POF吸收损耗的方法是，以不同种的材料置换部分或者全部PMMA中的C-H键。然而这种仅仅是置换C-H键，而不能够轻松地消除C-H键。研究发现，采用大原子量的元素置换氢，可以减小谐振吸收，进而降低吸收损耗。例如，以原子量大的氯置换氢，形成的C-Cl键减小了谐振，降低了吸收损耗，从而既降低了衰减，又扩宽了工作的波长范围。聚苯乙烯POF常用的另一种材料是聚苯乙烯（PS,Polystyrene）。PS是人们生活中常用的一种透光率>90%的材料。从理论研究得知，PS的衰减要比PMMA小。下表是在没有考虑

8、传输的影响和包层的作用的情况下，通过计算而得到的不同聚合物的理论衰减数值。表中的PMMA-d8代表的是进行氘化处理的PAMM-POF的数值。不同聚合物的理论衰减数值聚苯乙烯的应用PS的折射率n=1.59,它可以用作PMMA-POF(PMMA的n=1.49)的包层。PS的玻璃转变温度大约为100℃，比PMMA高5K。尽管PS德原料价格便宜、购买方便，但是PS得光学和耐紫外线辐射性能不及PMMA，所以用PS制成的PS-POF的耐温性和柔软性都比较差，没有实用价值。1972