塑料光纖(POF,Plastic Optical Fiber)發明于20世紀60年代。與石英玻璃光纖相比,塑料光纖以其芯徑大、制造簡單、連接方便、可用便宜光源等優點正在受到寬帶局域網建設者的青睞。正是寬帶局域網的迅速發展帶來了POF技術的革命性進步,特別是以全氟化的聚合物(如商用產品名稱為CYTOP)為基本組成的氟化塑料光纖(PF-POF)在局域網的逐步使用,從而標志著PF-POF正在由試驗室步入局域網工程應用。在早期還有一種叫PMMA的塑料光纖,目前也有應用。
一般,在局域網的工程應用的POF是以全氟化的聚合物為基本組成的PF-POF。眾所周知,PF-POF的研究要點為衰減、帶寬、制造方法等問題。最早POF是用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料制成的。由于PMMA材料中存在著大量的C-H鍵諧振會引起很大的光吸收,所以PMMA-POF在650nm的衰減系數高達160dB/km以上。研究人員采用全氟化的聚合物材料為基本成份制造出了在850nm和1300nm的衰減系數小于20dB/km的PF-POF。究其原因是氟化的聚合物中的C-F鍵大大減小了光吸收,故全氟化的聚合物PF-POF的衰減系數十分小。
與石英玻璃光纖相同,提高POF帶寬主要方法有,(1)采用梯度折射率分布結構;(2)精確控制小的材料色散、高的模耦合和小的差分模衰減之間的作用。因此,為了提高POF帶寬和減小模間色散,POF都采用梯度折射率分布結構;再通過選擇小的材料色散材料,提高模耦合效率和減小差分模衰減等措施可達到提高POF帶寬的目的。
長期以來,POF的生產采用的是1982年由日本慶應大學發明的“界面凝膠”工藝。該工藝利用作為包層的塑料管與塑料管內作為纖芯的混合液體之間發生的“界面凝膠”作用來形成POF的梯度折射率分布結構的。但是,“界面凝膠”工藝生產PF-POF的“界面凝膠”反應需要很長的時間,所以該工藝的生產成本比較高。為了進一步降低POF的制造成本,美國OFS公司試驗室的Whitney R.White等人開發出了一種簡單擠塑工藝來生產PF-POF。這種擠塑工藝是借助兩臺擠塑機分別擠出芯和包層材料熔體,然后兩種材料熔體在擠塑機頭處合為一體形成一個同心的熔體流,摻雜材料位于熔體的中心。在擠塑機頭后,這些熔體材料流過一個長加熱擴散管,從而允許來自熔體的中心的小分子摻雜劑擴散到包層材料熔體中。通過控制溫度、停留時間和芯/包層材料的相對流速,人們就可以制造出各種折射率分布結構和芯/尺寸的PF-POF。擠塑PF-POF的性能及其應用的最高水平。表1列出了PMMA-POF、PF-POF和擠塑PF-POF的性能及其應用的一個比較,這個比較供大家參考,目前的性能應該有很大的改進。
表1:PMMA-POF和PF-POF性能比較
塑料光纖(POF)按折射率剖面結構可分為兩種:階躍折射率多模塑料光纖(SI-POF)和梯度折射率多模塑料光纖(GI-POF)。為滿足各種短距離通信的需要,現將市場上已研制出的不同環境應用的五種塑料光纖,其名稱、組成特點和用途列于下表2中;它們的主要性能詳見下表3,僅供參考。
表2:各種塑料光纖的組成、特點與用途
表3:各種塑料光纖的主要性能
我國國家標準GB/T 12357.4《通信用多模光纖 第4部分:A4類多模光纖特性》對A4類塑料光纖做出了規定;我國通信行業標準YD/T 1447《通信用塑料光纖》給出了PMMA-POF和PF-POF的規范。包括產品分類、要求、試驗方法、檢驗規則、標志、使用說明、以及包裝、運輸和儲存等內容。
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