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                        什么是塑料光纖

                        2017-07-28

                        塑料光纖,Plastic Optical Fiber。目前,通信光纜所用的光纖,基本上都是采用石英光纖,由高純度二氧化硅SiO2加入適量摻雜劑組成的。近年來,還逐步開發出塑料光纖(POF),它是用一種透光聚合物制成的光纖因為可以利用聚合物成熟的簡單拉制工藝,故成本比較低,且比較柔軟,堅固,直徑較大(約達1mm),接續損耗較低。 制作POF主要的材料有兩類:一類是聚甲基丙烯酸甲酯聚合物PMMA(Polymer Polymethylmethacrylate);另一類是含氟聚合物(Perfluorinated polymers )。

                        1、 塑料光纖的傳光原理是什么?

                        塑料光纖之所以能傳光是因為光纖具有芯皮結構,光在POF中傳輸是按全反射原來進行的,光在SI POF傳輸方式為全反射式鋸齒型,光在GI POF中的傳輸方式為正弦曲線型;子午線就是光線的傳播路徑始終經過光纖軸并在同一平面內,選用子午線進行了參數計算,這些參數計算包括最大入射角或發射廣度、數值孔徑、子午線在階躍型光纖中的幾何行程及反射次數;側面發光POF和熒光POF也是按全反射原理進行傳光的,對于單芯側面發光POF多是由非固有損耗導致側面發光,而對于多芯側面發光POF則是由彎曲損耗產生側面發光的。熒光POF經過特定波長光激發后發出特定波長的光,而且激發光不僅可以端面入射,而且可以側面入射。

                        A:熒光塑料光纖的傳光原理

                        熒光塑料光纖就是在塑料光纖芯材中摻入一定量的熒光劑制備而成的塑料光纖,這種塑料光纖經過特定波長的光照射后,將發出特定波長的光,其原理比較復雜,可簡單認為基態分子中成鍵電子吸收光后激發,然后單線態分子返回到基態,即發出熒光。熒光塑料光纖 按折射率分布結構分類,可分為熒光SI 塑料光纖 和熒光GI 塑料光纖,摻雜有機染料的塑料光纖A最重要特性是在寬波長范圍內提供高功率輸出。熒光塑料光纖的傳光原理示意圖如下,它滿足一般的SI 型光纖的傳光特性,但入射光的波長不同于出射光的波長。   熒光塑料光纖還有另一種傳光方式,這就是入射光可從側面照射熒光塑料光纖,出射光從光纖兩端面出射,當然入射光的波長不同于出射光的傳輸波長。   熒光材料的光特性主要依賴于基質材料,熒光塑料光纖增益放大特性同泵浦波長、熒光塑料光纖長度及所用摻雜劑和濃度有關。所謂增益G是指塑料光纖輸出信號光功率Pout與輸入光功率Pin之間的一種比值。

                        B、側發光塑料光纖傳光原理

                        側發光塑料光纖是指光在光纖傳輸過程中,不僅將傳輸光從光纖的入射端面傳輸至出射端面,而且還有一部分光從光纖包覆層透射出來,從而形成光纖側發光的現象,這種光纖被稱為側發光塑料光纖,其實質是傳輸光有一部分從光纖側面泄漏出,是一種光散射的結果,對于對于多芯側發光塑料光纖則是由于彎曲損耗產生的,單芯側發光塑料光纖多是由非固有損耗產生的。  側發光塑料光纖的側發光強度是隨其長度的增加而呈指數性下降的,同于普通光纖光傳輸方向的發光強度是隨其傳輸長度的增加呈指數下降,在作出如下假定后而得出的結論:
                        側發光的原理僅被認為是由于光纖芯傳輸輻射引起的。
                        所有最初的側散射光沒有損耗穿透光纖圓形表面,其結果是均勻地傳輸至光纖外表面。
                        側發光塑料光纖在長度為X米處的發光強度Is(x)可用如下公式表示:
                        Is(x)=Aexp(-kx)
                        其中 K為側發光系數,單位m-1,常數A可用如下式表示:
                        A=(4π)-1I。(expk-1)
                        其中I。是側發光塑料光纖光輸入強度。

                        在實際使用過程中,為保證側發光塑料光纖側發光強度的均勻性,通常在側面發光塑料光纖的兩端皆設置相同功率的光源或者一端設置全反射鏡或反光膜,并且限制側發光塑料光纖的使用長度,當然后者在更長的使用長度上保證光纖側發光的均勻性,選用雙光源的側發光塑料光纖在某一處的發光強度IS2(x)可用如下公式計算。
                        IS2(x)=A{exp(-kx)+exp[-k(L-x)]}
                        其中L為側發光塑料光纖總長度。
                        選用全反射鏡計算的側發光塑料光纖強度可用如下公式計算
                        ISR(x)=A{exp(-kx)+Rexp[-k(2L-x)]} ………
                        其中R為鏡面反射率。

                        在實際使用過程中,當側發光塑料光纖的使用長度在30m以下時,多配用一臺150W金鹵燈光源,另端配用反光鏡或反光膜;當側發光塑料光纖的使用長度在30~60m之間時,多配用兩臺150W金鹵燈光源,以保證側發光塑料光纖的側發光的均勻性,實測三根直徑為14mm的側面發光塑料光纖側面光照度,就可以看出當選用一臺150W金鹵燈光源時,1.5m處塑料光纖側光照度為800lx左右,而60m處的照度不到20lx,照度計測試時離光纖的表面距離為2.5cm。

                        2、 塑料光纖有哪些特性?
                        答:由于聚合物光纖具有傳輸頻帶寬,保密性能好、抗干擾能力強、防雷擊、重量輕、韌性好、施工簡便、接入容易、光源便宜、綜合成本低等特點

                        3、 塑料光纖有哪些重要性能指標?
                        答:不同的材料具有不同的光衰減性能和溫度應用范圍,通用塑料光纖主要性能指標有:
                        a、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。要想作為通信級塑料光纖,一個最基本要求就是PMMA塑料光纖的衰減要低最好是小于180dB/km。
                        b、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,保持大的數據孔徑,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意材料色散,欲制得帶寬為數Ghz?km是完全可行的。
                        c、耐熱性
                        最重要的是,塑料光纖的耐熱性主要由其成分性能決定。耐熱性好的材料成分,決定塑料光纖具有比較好的耐熱性。判斷材料耐熱性的指標有玻璃化溫度、維卡軟化點、熱變形溫度等指標。
                        d、連接性
                        通信塑料光纖多采用直徑1mm的光纖,是石英光纖的8~20倍。粗的塑料光纖的連接比石英光纖要容易得很多。

                        4、 線頭盒是什么?
                        答:線頭盒主要適用于架空光纜、直埋光纜、管道井光纜的直通和分歧接頭,并對接頭起保護作用。

                        5、 什么是全光網
                        答:傳輸和交換等主要功能都能在光域里實現,不需要轉換到電域去處理,直接用于光承載業務的光傳送網。

                        6、 聚合物做成的光纖有什么特點?
                        答:(1)透光性好、光學均勻、折射率調整便利;
                        (2)以單體存在時通過減壓蒸餾方法就可以提純;
                        (3)形成光纖的能力強;
                        (4)加工穩定性好及價格便宜等

                        7、塑料光纖性能分析
                        塑料光纖的性能研究重點則是衰減、色散、熱穩定性等。
                        ◆衰減
                        塑料光纖的衰減主要受限于芯包塑料材料的吸收損耗和色散損耗。人們是通過選用低折射率和等溫壓縮率小的塑料材料和通過穩定塑料光纖制造工藝降低結構缺陷(如芯直徑波動,芯包界面缺陷等),來使塑料光纖獲得小的散射損耗,而塑料材料的吸收損耗則是由分子鍵(碳氫、碳氟等)伸縮振動吸收和電子躍吸收所致的。   在碳氫鍵為基本骨架的塑料材料中,在波長650nm處的衰減系數大約為120dB/km,如果用氟原子置換碳氫鍵中的氫所組成的氟化塑料材料,不僅本征衰減小,而且色散也降低了。用氟化塑料制成的梯度折射率塑料光纖,其在紅外區無原子振動引起的吸收損耗。故可制得在可見光至紅外范圍的衰減很小,即在0.85μm波長處衰減系數為41dB/km。在1.3μm波長處衰減為33dB/km的梯度折射率分布的塑料光纖。  
                        ◆帶寬
                        用作短距離光傳輸介質的塑料光纖,按其折射率分布形狀可分為兩種:階躍折射率分布塑料光纖和梯度折射率分布塑料光纖。階躍折射率分布塑料光纖由于模間色散作用使人射光發生反復的反射,射出的波形相對于人射波形出現展寬,故其傳輸帶寬僅為幾十至上百MHz·km。氟化梯度折射率分布塑料光纖從選擇低色散的材料出發,再以優化的梯度折射率分布手段,即可將其折射率分布指數在0.85~1.3μm波長范圍內選定為2.07~2.33,從而抑制模間色散,控制出射光波相對于人射光波展寬的效果,進而可制得傳輸帶寬高達幾百MHz·km至10GHz·km的梯度折射率分布的塑料光纖。  
                        ◆熱穩定
                        由于塑料光纖是由塑料材料構成的,故其在高溫環境中工作會發生氧化降解。氧化降解是光纖芯材料中的羰基、雙鍵和交聯形成的,氧化降解將促使電子躍遷加快,進而引起光纖損耗增大。為切實提高塑料光纖的熱穩定性,通常的做法是:①選用含氟或硅的塑料材料來制造塑料光纖;②將塑料光纖的光源工作波長選擇在大于660nm,以求得塑料光纖熱穩定性長期可靠。  
                        ◆系統應用
                        塑料光纖在短距離通信光傳輸系統中用作先傳輸鏈路確保了高速互聯網接口快速、雙向、清晰地傳送高分辨率圖像和數據轉換。塑料光纖網絡能開展的寬帶業務有:交互多媒體和遠程教學等。特別因為氫化梯度折射率塑料光纖具有低衰減、高帶寬、價格便宜、熱穩定性好、大芯徑、便于接續施工等優點,同時借助當前商用的光收發端機和交換機成功進行了高速數據、圖像傳輸,所以氫化梯度折射率塑料將作為下一代短距離光傳輸系統用的先傳輸介質。

                        8、什么是音頻光纖跳線 音頻光纖跳線是東芝連接(Toshiba Link)的縮寫, 也是一種標準光學數字音頻接口,日本廠商在CD機、MD機上普遍采用。音頻光纖跳線主要用于在各種器材之間,通過一種光導體,利用光作載體來傳送數字音頻信號(左右聲道或多聲道)。音頻光纖跳線是使用塑料光纖做塑料光纖音頻跳線。常用標準的直徑為Ø1.0mm、數值孔徑(NA)0.5的PMMA芯塑料光纖,護套為(阻燃)PVC,顏色有黑、紅、藍等顏色,護套外徑主要為 Ø2.2mm; 4.0mm; 5.0mm; 6.0mm,跳線的長度通常小于10米。

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