塑料光纖的發(fā)展、制作和應(yīng)用前景課件

1、塑料光纖的發(fā)展、制作和應(yīng)用前景第22組組員06光信息:陳仕龍、徐嘉、魏阿滿、呂小亮、徐健演講人：陳仕龍9/18/20221五、POF的應(yīng)用一、塑料光纖（POF）的優(yōu)點(diǎn)二、POF技術(shù)的發(fā)展三、POF的分類(lèi)四、 POF的制備9/18/20222一、塑料光纖（POF）的優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單、安全的連通測(cè)試：采用650nm的LED紅光光源時(shí)，是對(duì)肉眼無(wú)害的可見(jiàn)光?？焖侔惭b：POF能夠很容易地通過(guò)狹小的穿線管；容易連接：POF不用拋光液能達(dá)到很好的連接效果，也不用為了連接而采用專(zhuān)用的設(shè)備；低廉成本：由于具備以上兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，所以采用POF做傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)，其造價(jià)要比石英光纖接入系統(tǒng)低；堅(jiān)固耐用：POF光纜比石英

2、光纜更加柔軟耐用，彎曲半徑也小；9/18/202239/18/20224二、POF技術(shù)的發(fā)展（一）、階躍型塑料光纖早期的塑料光纖都是大數(shù)值孔徑階躍型塑料光纖。由于這種光纖色散較大，帶寬只能達(dá)到5MHZ*km，不能滿足高速數(shù)據(jù)通信的要求，故一直以照明、汽車(chē)車(chē)燈監(jiān)控等非通信應(yīng)用為主。隨后通過(guò)一系列技術(shù)是它的傳輸性能得到大幅度的改善。9/18/20225早期市場(chǎng)上的POF產(chǎn)品多為PMMA基質(zhì)多模SIPOF，雖然與石英玻璃光纖相比在短距離通信應(yīng)用中有低價(jià)、易處理的優(yōu)勢(shì)，但其窄帶寬（5MHz*km）和高固有衰減(150300dB/km),不能適應(yīng)帶寬逐漸增大的多媒體社會(huì)的需要。為了增加帶寬，首先想到的解

3、決方法是減小光纖的數(shù)值孔徑，采用單模SIPOF方案。但POF的最主要特點(diǎn)是大芯徑，因此不能期望將其發(fā)展成單模光纖以增加帶寬，這樣POF的低價(jià)格、易處理優(yōu)勢(shì)將失去。目前解決上述問(wèn)題的較佳選擇是漸變型塑料光纖（GIPOF）。GIPOF的開(kāi)發(fā)為塑料光纖在寬帶通信網(wǎng)中的應(yīng)用開(kāi)拓了廣闊的前景。（二）、漸變型塑料光纖（GIPOF）的發(fā)展過(guò)程及現(xiàn)狀9/18/20227一開(kāi)始，只是將兩種不同活性和折射率的單體經(jīng)光共聚法形成預(yù)制棒，拉絲后制成損耗為45dB/m的GIPOF。隨后發(fā)明了“界面凝膠聚合”技術(shù)，顯著降低了GIPOF的損耗（在688nm波長(zhǎng)處降至56dB/km）。經(jīng)過(guò)各國(guó)政府以及企業(yè)對(duì)塑料光纖工藝的重視

4、和應(yīng)用，使之得以得到長(zhǎng)久的發(fā)展。迄今為止，應(yīng)用前景最好的是全氟POF，其傳輸速度高，可以達(dá)到10Gb/s，并且柔軟性好，容易連接，其連接時(shí)間僅為石英光纖的1/10，可直接使用與現(xiàn)有的局域網(wǎng)設(shè)備。9/18/20228多模光纖主要用在強(qiáng)度型傳感器的系統(tǒng)中，被測(cè)量的物理量直接影響輸出光信號(hào)的強(qiáng)度。漸變折射率多模塑料光纖可以解決帶寬窄的問(wèn)題。在單模光纖中，單模石英光纖的缺點(diǎn)是纖芯芯徑非常細(xì)，只有510微米。而塑料單模光纖相對(duì)于石英光纖的特點(diǎn)就是芯徑粗，是石英光纖的50100倍，對(duì)接容易、成本低，所以其在干涉型光纖傳感器中具有更出眾的特點(diǎn)。普通塑料光纖折射率分布應(yīng)用的情況一類(lèi)是階躍型， 另一類(lèi)是漸變型。

5、多模光纖單模光纖9/18/2022103、微結(jié)構(gòu)塑料光纖是近年來(lái)人們研究的一種新型的特殊塑料光纖，它是在纖芯中分布有規(guī)律的空氣孔，具備新的傳輸特性。這些新的傳輸特性包括寬波長(zhǎng)范圍的單模工作，具有大的有效纖芯和模面積，在空氣中而不是在光纖材料中導(dǎo)光等。這些新的傳輸特性對(duì)于光纖傳感器的應(yīng)用來(lái)說(shuō)是非常有意義的。特殊的塑料光纖1、閃爍塑料光纖是有源材料如熒光材料、激光染料摻雜的塑料光纖，主要用在高能輻射的測(cè)量。閃爍塑料光纖現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用在核物理中監(jiān)測(cè)核輻射和跟蹤帶電高能粒子。2、電光塑料光纖是在纖芯中摻雜有很高的光學(xué)非線性并且響應(yīng)速度非?？斓挠袡C(jī)物，使得塑料光纖具備很高的光學(xué)非線性。很多有機(jī)物都具備

6、光學(xué)非線性高和響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，特別是塑料光纖有相對(duì)較低的加工制造溫度，這使得有很大范圍的功能材料可以摻人塑料光纖當(dāng)中。電光塑料光纖在電壓和電場(chǎng)傳感器方面具有巨大的、潛在的應(yīng)用前景。9/18/202211四、 POF的制備 預(yù)制棒拉絲法 共擠法 涂覆法 連續(xù)聚合紡絲法9/18/202212光共聚法兩步共聚法界面凝膠法塑料光纖的預(yù)制棒的制作方法POF生產(chǎn)常用方法，該工藝?yán)米鳛榘鼘拥乃芰瞎芘c塑料管內(nèi)作為纖芯的混合液體之間發(fā)生的“界面凝膠”作用來(lái)形成POF的梯度折射率分布結(jié)構(gòu)的。折射率分布可控，而且分布均勻優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)反應(yīng)需要很長(zhǎng)的時(shí)間，所以該工藝的生產(chǎn)成本比較高。9/18/202214 共聚法是制造

7、遞變光學(xué)塑料的方法，包括擴(kuò)散共聚法、光共聚法、混合聚合溶解法、放電共聚法、加熱共聚法、引發(fā)共聚法、催化共聚法等。那么光共聚法的原理是什么呢？ 不飽和的或環(huán)狀的單體分子相互加成而析出小分子的反應(yīng)，稱(chēng)之為加聚反應(yīng)或聚合反應(yīng)，由兩種或兩種以上單體進(jìn)行加聚反應(yīng)稱(chēng)之為共聚反應(yīng)。9/18/202215將擠出的纖芯通過(guò)鞘料的溶液，將溶劑去除后，鞘層包裹于芯層而成光纖的方法，其工藝流程見(jiàn)下圖。1、芯材流道；2、鞘材流道；3、分流錐；4、復(fù)合腔。d1:芯材復(fù)合前直徑；d2:分流錐末端外徑；D0：復(fù)合腔直徑；涂覆法9/18/202217在拉制 P O F過(guò)程中使用兩臺(tái)擠出機(jī)：一臺(tái)擠出芯材、另一臺(tái)擠出鞘材， 兩臺(tái)擠

8、出機(jī)通過(guò)同一模頭熔融擠出成型，再經(jīng)牽引收卷即拉制成POF。 連續(xù)聚合紡絲法是目前最先進(jìn)的光纖拉絲工藝，其先進(jìn)性在于從單體聚合到紡絲成型全部在密封系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行，大大減少了外界環(huán)境污染，從而使光纖的透光率得以大幅提高。共擠法連續(xù)聚合紡絲法9/18/202218五、POF的應(yīng)用塑料光纖以其所具有的柔軟易彎曲、芯徑大、易耦合、抗電磁干擾、電磁輻射 (EMI/ EMR) 制造工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地用于短距離、中小容量信息傳輸系統(tǒng)、傳感器、CD 播放機(jī)、汽車(chē)、飛機(jī)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)、多媒體網(wǎng)絡(luò)、軍事網(wǎng)絡(luò)、甚至可以用于宇航以及導(dǎo)彈的制導(dǎo)等。9/18/202219（一）、POF在局域網(wǎng)（LAN）中的應(yīng)用。 目

9、前已有POF、無(wú)屏蔽對(duì)絞線（UTP）、屏蔽對(duì)絞線（STP）、同軸電纜和玻璃光纖應(yīng)用于LAN上.下表是POF與石英光纖、金屬電纜的特性比較。POF與石英光纖、金屬電纜的性能比較石英光纖石英芯聚合物包層POF金屬電纜SIGIGISIGISI雙絞線同軸傳輸損耗優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)良良良良傳輸帶寬良良優(yōu)差優(yōu)很差很差差聯(lián)結(jié)性很差差良良優(yōu)優(yōu)優(yōu)差斷面處理差差差差優(yōu)優(yōu)優(yōu)良抗電磁性優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)良可靠性優(yōu)優(yōu)良良良良良良9/18/202220從上表可以看出，POF具有很多與玻璃光纖類(lèi)相似的優(yōu)點(diǎn)，而成本則低得多。作為一種傳輸媒質(zhì)，POF幾乎與對(duì)絞線一樣便宜，而且兩者的接頭價(jià)格差不多。此外，POF的安裝成本極低。因此，如果包括光

10、纜、安裝以及元件在內(nèi)，POF網(wǎng)確實(shí)比UTP網(wǎng)有價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)。用UTP的唯一好處是，其節(jié)點(diǎn)上端機(jī)的價(jià)格比POF低，但隨著POF在LAN系統(tǒng)中的用量日益增長(zhǎng)及相關(guān)技術(shù)的研制開(kāi)發(fā)，其價(jià)格會(huì)有大幅度下降。隨著制造技術(shù)的成熟，POF自身的價(jià)格也會(huì)降低。9/18/202221（二）、POF在汽車(chē)工業(yè)的應(yīng)用起初，塑料光纖作為照明光傳輸媒質(zhì)應(yīng)用在汽車(chē)上，將光傳輸?shù)侥切┆M小得不能安裝標(biāo)準(zhǔn)白熾燈的位置或者傳輸?shù)讲煌娘@示牌。隨著計(jì)算機(jī)控制在汽車(chē)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，一輛汽車(chē)形成一個(gè)局域網(wǎng)（CAN），因此所要傳輸?shù)膶?shí)時(shí)信息量越來(lái)越大。為了避免電磁干擾、串音及這些不良現(xiàn)象所引起的數(shù)據(jù)延誤、丟失，系統(tǒng)需要選擇能承受高信息

11、速率、保證安全的介質(zhì)材料。光波既不會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，也不會(huì)被其它輻射干擾，另外使用光纖時(shí)不用考慮地面回路及電位短路，因此光纖成為CAN首選材料。9/18/202222雖然目前POF已經(jīng)能夠滿足汽車(chē)數(shù)據(jù)系統(tǒng)所要求的傳輸速率(60 Mb/s)和較高的溫度（120度），但隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)傳輸介質(zhì)的要求將會(huì)越來(lái)越高。這就要求研究、開(kāi)發(fā)傳輸帶寬更高、耐溫更高、衰減更低的POF和與之相關(guān)的光源。9/18/202224（三）、POF在其他領(lǐng)域的應(yīng)用POF 適用于氣候惡劣的網(wǎng)絡(luò)和傳感器，能夠高速傳遞大量的保密性強(qiáng)的信息，塑料光纖可引入戰(zhàn)斗機(jī)、直升機(jī)和軍艦內(nèi)，作為戰(zhàn)時(shí)的信息傳輸媒質(zhì)。由于POF 塑料光纖超強(qiáng)的抗電磁干擾和電磁輻射的能力還可用于導(dǎo)彈，實(shí)現(xiàn)不受干擾的準(zhǔn)確制導(dǎo)。所以塑料光纖在軍事上和核工業(yè)上有重要的戰(zhàn)略意義。9/18/202225結(jié)論：塑料光纖作為一種光傳輸介質(zhì)，由于其獨(dú)特的性能而受到世界各國(guó)的關(guān)注。但是，塑料光纖損耗大的缺點(diǎn)卻一直制約著它在各種領(lǐng)域的廣泛應(yīng)