塑料光纤的特性以及应用
080611338 丁宁
摘要：介绍了塑料光纤在局域网、汽车工业、传感器等领域的应用。通过对石英光纤、金属电缆与塑料光纤的性能进行比较，得到了塑料光纤具有芯径大、柔韧性好、价格低廉、制作简单等特点。就塑料光纤在局域网、汽车工业、传感器等领域的应用进行了分析、归纳总结。此外还指出阻碍塑料光纤进一步发展的因素。
一、引言
随着通信产业的迅猛发展，光纤作为信息载体的光信号传输介质在大容量数据的高速传输中起着重要的桥梁和纽带作用。目前，石英光纤由于其宽带、低损耗、适合长距离通信传输，而占据着光通信的主要市场。然而，由于石英光纤芯径小、连接复杂、成本高，所以在光纤人户时遇到很大的困难。随着短距离、大容量的数据通信系统及汽车等工业的迅速发展，塑料光纤(P0F)以其芯径大、柔韧性可塑性强、重量轻、价格低廉等优点而受到国际的普遍关注。为了对塑料光纤有一个较为全面的认识，本在查阅有关文献的基础上，阐述塑料光纤的主要特性和应用以及制备方法。
二、基本原理
塑料光纤的定义：塑料光学纤维是以光学塑料为材料的一类重要的光学纤维。
塑料光纤传光原理：
1、子午光线在阶跃型塑料光纤中的传输
阶跃型塑料光纤是一种具有芯皮结构的光纤。子午平面指的是包含有光纤轴的平面，所谓子午线，就是光线的传播路径始终在同一平面内，子午光线总是和光纤轴相交的，光在一种均匀介质传播时是一种直线式传播：当光从一种介质传至另一介质表面时，一般同时发生反射和折射；如果光从折射率小的光疏介质射入折射率大的光密介质时，则折射角小于入射角；而当光从光密介质射入光疏介质时折射角将大于入射角，因而当光从光密介质射入光疏介质时就有可能出现只有反射而无折射的现象，这就是全反射，全反射是光折射的一种边界效应，即光从一种透明介质进入到另一种介质里而发生弯曲的现象。塑料光纤就是通过全反射原理进行光传输的。
2、子午线在阶跃型光纤中的几何行程和反射次数
由于子午光线入射光纤中并不是同一角度，故而其在光纤中的几何行程也不相同。无论是子午线在光线中的行程计算公式还是反射次数计算公式，都是假定光纤是处于非常理想状态下：光纤非常直，光纤直径均匀，光纤内部无缺陷和光纤入射端面平直等，倘若光纤不在这一理想条件下，则入射子午线全反射的状况就会发生变化，如有的会从光纤中反射出，有的反射角会发生变化等，因此光纤的传输损耗也会增加。
3、斜光线在阶跃型折射率塑料光纤中的传输
所谓斜面光线，就是光在光纤中传输中时，并不是像子午光线一样保证在同一平面内，它在光纤中传输时，其轨道通常是一空间螺旋曲线，其最大入射角比子午线的大，但通常以子午线传输表征光纤的传输特性，自然这是最理想的一种状况。
4、光在渐变型折射率分布塑料光纤中的传输
对于渐变型折射率GI 塑料光纤，同样有子午线和斜光纤，这种光纤折射率并不是一恒定常数，而是随着离轴距离的增加而折射率下降，其渐变折射分布图参见如下；抛物线型折射率分布光纤具有较小的模式色散的特点，渐变折射分布有多种形式，当折射率分布按二次方抛物线分布时，子午线在光纤中的传播路径为正弦曲线型，斜光纤的传播路径为螺旋曲线，渐变型折射率塑料光纤多用于短距离数据传输，用于光纤照明较少。
5、荧光塑料光纤的传光原理
荧光塑料光纤就是在塑料光纤芯材中掺入一定量的荧光剂制备而成的塑料光纤，这种塑料光纤经过特定波长的光照射后，将发出特定波长的光，其原理比较复杂，可简单认为基态分子中成键电子吸收光后激发，然后单线态分子返回到基态，即发出荧光。荧光塑料光纤按折射率分布结构分类，可分为荧光SI 塑料光纤和荧光GI 塑料光纤，掺杂有机染料的塑料光纤A最重要特性是在宽波长范围内提供高功率输出。它满足一般的SI 型光纤的传光特性，但入射光的波长不同于出射光的波长。荧光塑料光纤还有另一种传光方式，这就是入射光可从侧面照射荧光塑料光纤，出射光从光纤两端面出射，当然入射光的波长不同于出射光的传输波长。荧光材料的光特性主要依赖于基质材料，荧光塑料光纤增益放大特性同泵浦波长、荧光塑料光纤长度及所用掺杂剂和浓度有关。所谓增益G是指塑料光纤输出信号光功率Pout 与输入光功率Pin之间的一种比值。
6、结语
塑料光纤之所以能传光是因为光纤具有芯皮结构，光在塑料光纤中传输是按全反射原理进行传光的，光在SI 塑料光纤中的传输方式为全反射式锯齿型，光在GI 塑料光纤中的传输方式为正弦曲线型；同时为了简化计算，选用子午线进行了参数计算，子午线就是光线的传播路径始终经过光纤轴并在同一平面内，这些参数计算包括最大入射角或发射光角度、数值孔径、子午线在阶跃型光纤中的几何行程及反射次数；侧面发光塑料光纤和荧光塑料光纤也是按全反射原理进行传光的，对于单芯侧面发光塑料光纤多是由非固有损耗导致侧面发光，而对于多芯侧面发光塑料光纤则是由弯曲损耗产生侧面发光的。荧光塑料光纤经过特定波长光激发后发出特定波长的光，而且激发光不仅可从端面入射，而且可从侧面入射。
三、基本性质
塑料光纤具有如下许多突出的优点：
（1）重量轻。光学塑料的比重一般是0.83~1.5克/厘M3，大多在1克/厘M3左右，为玻璃比重的1/2~1/3。这在导弹、人造卫星、宇宙航行中有重要的应用。
（2）韧性好。例如厚3毫M的聚碳酸酯材料，一般子弹既打不透也打不碎，抗冲击强度好。塑料光学纤维柔软性能好，直径2毫M仍可自有弯曲而不断裂，而玻璃光
学纤维直径大于50微M就不能弯曲。
（3）对不可见光波透过性能好。在可见光和近红外波段的透过性能接近光学玻璃，在远红外和紫外波段，透过率可以大于50%，比光学玻璃好。
（4）成本低、工艺简便。塑料的原材料比玻璃原料便宜，而且塑料光学纤维的操作温度通常在300oC以下，而玻璃光学纤维的制作则需要1000oC以上的高温，工艺比
玻璃光学纤维简单。
塑料光学纤维主要有如下缺点：
（1）耐热性能差。一般只能在-40oC~80oC的温度范围内使用，只有少数塑料光学纤维可以在200oC附近工作。当温度低于-40oC时，塑料光学纤维将变硬、变脆。由
于塑料的熔点低，比玻璃易老化。
（2）抗化学腐蚀和表面磨损性能比玻璃差，因而表面易被划伤，影响光学质量。
（3）易潮解。
由于塑料光学纤维具有上述优缺点，在光学纤维的广泛应用中可以用它来补充玻璃光学
纤维之不足。因而，塑料光学纤维进来已成为光学纤维的一个极其重要的方面。
塑料光学纤维的特性：
1、光学特性
由于塑料光学纤维是一种纤维状长链分子，随着拉丝过程，长链分子的宏观取向将和光学纤维轴一致。同时塑料光学纤维是用单体聚合而成，很难得到密度均匀的材料，因而，光学不均匀性就很难避免，损耗难以大幅度下降。
2、机械性能
塑料光学纤维的一个显著的特点是柔软性好。例如，一毫M粗的塑料光学纤维，按曲率半径为6毫M做180o的来回弯曲100多次，对光学纤维毫无损害，透过率并无变化。总之，塑料光学纤维的曲率半径大于塑料光学纤维直径的3倍时，透过率仍无大的变化。
塑料光学纤维耐热性能差事一个大缺点。一般不能超过80oC，这是因为塑料本身熔点低的缘故。
塑料硬度差，易破损，易老化。
3、化学性能
塑料光学纤维的化学稳定性较差，在丙酮，醋酸乙酯或者苯的作用下，光学性能会受到很大影响。
表一给出了塑料光学纤维的一些主要性能及与玻璃光学纤维的比较；表二给出了几种塑料光学纤维的主要性能。
四、应用领域
塑料光纤已有3O多年的研究历史，最初应用于照明，后来应用于汽车、医疗和工业控制以及短距离通讯网络。近年来，随着光纤到户(F1vrH)工程的推进，塑料光纤应用的市场空间将有很大的扩展。
4.1 FTTH
随着北京奥运、西部大开发、“村村通”工程以及“三网合一”等各种新业务的蓬勃发展，接入网逐渐显得带宽不足。F1vrH是宽带接入的最佳解决技术方案，是未来光通信的发展方向。F1vrH是指将光网络单元安装在住宅用户或企业用户处，是F1vrx系列中除FTTD(光纤到桌面)外最靠近用户的光接入网类型。在连接密集的用户接入网中，如果采用传统石英光纤组网，其安装和维护成本昂贵，用户不堪重负。FTTH的光缆结构将会不断地推陈出新，光纤的使用会由现在的多模光纤发展到单模光纤再到塑料光纤。利用塑料光纤芯径大、连接方便等优点组建局域网可以很好地解决最后100 m 的用户光纤问题。采用塑料光纤作为中心路由器到服务器和各个楼层塑料光纤交换机的传输媒质，且交换机到用户也都用塑料光纤进行连接，可实现真正意义上的m H，大幅低F1v1_H工程建设费用，从而进一步推动F1vrH的发展步伐。
CYTOP 塑料光纤是日本旭硝子公司与日本庆应大学小池康博教授合作研究出的一种新型塑料光纤，具有低损耗(实验室的损耗达到10 dB／km以下)、宽带宽(1 km 内传输速率达1 Gb／s)的特性，应用范围达100 m，能解决最后1 km的用户接入问题，实现千兆FTTD。日本旭硝子公司在2000年推出这种光纤的产品，其商标名为Lucina。在日本政府工业和贸易部门的支持下，日本开放了千兆塑料光纤城市示范工程，将庆应大学的校园网塑料光纤化，还连接了小学、医院和公寓楼，演示了高速数据传输、流媒体通信、会议电视、远程医疗和数字视频广播。在此基础上，日本从2003年起，首先在高层建筑中敷设CYTOP 塑料光纤千兆以太网。
在国内，中科院化学所与中国科技大学合作，成功研制出PMMA GI 塑料光纤，并于2000年在中科院化学所的图书馆构筑了中国第一个百兆塑料光纤网络，实现了FTTD，传输速率达百兆。2004年，上海大学成功地构筑了中国第一个CYTOP 塑料光纤以太示范网。实现了千兆FTTD。
4.2 汽车工业
目前，包括数字音频和视频、导航系统以及通向其它车用总线的网关等在内的各种汽车终端应用不断涌现，车中的电子器件变得越来越复杂。为了减轻电气配线重量，提高信号传输速度，排除电磁干扰，汽车制造商正在加快采用气囊与传感器的步伐。作为传播信息的通道，塑料光纤具有不放射电磁噪音、质量轻的特点，汽车制造商已正式开始采用其来构筑车内LAN。塑料光纤可以将车载、机载通信网和控制系统组成一个网络，将微机、卫星导航设备、移动电话、传真等外设纳入机车整体设计中。通过由塑料光纤组成的网络，从接入的公用网络和国际互联网中为用户提供个人所需的音乐、电影、视频游戏和购物等服务。目前，大量采用塑料光纤的车辆已经问世。
4.3 工业控制总线系统
随着计算机和自动控制技术的高速发展，工业自动化水平提高到一个崭新的高度。工业自动化根据其特点和使用方向可分为过程控制自动化、面向生产和制造业的自动化以及自
动化测量系统(工业测量仪表)。这些工业自动化系统的建立和发展都有一个共同特点，即由直接控制系统向集散型控制系统发展，而这种集散型控制系统的发展均以各种工业网络为基础。对塑料光纤来说，工业控制总线系统是其最稳定和最大的市场之一。通过转换器，塑料光纤可以与RS232、RS422、100 Mbps以太网以及令牌网等规范协议接口相连，高速传输工业控制信号和指令，避免了因使用金属电缆线路受电磁干扰而导致通信中断的危险，从而在恶劣的工业制造环境中提供稳定、可靠的通信线路。
4.4 消费电子
规范1394b是消费电子领域的一套新规范。此规范可使用多种传输媒介，包括5类铜缆线、塑料光纤以及玻璃材料光纤。此外，1394b的最大传输速率也比1394a规范提高许多，超过400 Mbps，最高可达3．Gbps。并且1394b明确指出将具有低损耗、高性能的塑料光纤作为传输介质之一。
4.5 军事通信
在军事通信中，塑料光纤常用于高速传输大量的敏感、保密信息。由于它是网络和传感器的安全耐用的理想材料，因而可广泛用于战斗机、直升机和军舰。利用其重量轻、可挠性好、连接快捷及便于佩戴的特点，还可用于高科技军服中。士兵穿上这种既轻便又防水耐磨的电脑化军服，能够插入通信网络下载、存储、发送和接收任务信号，可从头上方的显示器上看到信息。塑料光纤不仅可用于军事常规通信领域，而且还可用于海下照明、导弹、运载火箭和电子对抗雷达等尖端领域。
另外，通过塑料光纤在飞机中组成通信网络，可从接入公共网络和国际互联网中为旅客提供电影、视频游戏、购物等服务，同时由于塑料光纤重量轻，可明显降低飞机载重量；通过塑料光纤可实现智能家电(家用PC、HDTV、电话、数字成象设备、家庭安全设备、空调、冰箱、音响系统和厨用电器等)联网，达到家庭自动化和远程控制经管；通过塑料光纤可实现办公设备的联网，如计算机联网可以实现计算机并行处理，办公设备间数据的高速传输可大大提高工作效率，实现远程办公PS 塑料光纤还可用于制作光纤工艺品，如花卉、盆景、动物和光纤壁画、广告牌等。
4.6 结论
在光通信技术蓬勃发展的今天，极力推崇塑料光纤的专家们强调的是其网络成本的低廉价格。国外对塑料光纤的研究投入了相当大的财力和人力，相比之下，我国对塑料光纤的研究则投入甚少，在研究、生产和应用等方面存在极大的差距。同时，塑料光纤行业的进一步发展也遇到了以下一些需设法解决的阻碍因素：
1)在目前的局域网中，与现有可升级的铜缆相比，使用塑料光纤的成本仍比较昂贵，因而企业在进行新线缆业务时会考虑光缆的使用率和价格是否合算；
2)研究机构因缺少市场意识与企业合作不紧密，导致有些技术即使取得实质性进展却不能实用化，同时企业也较难及时获悉市场与技术方面的相关信息；
3)整个塑料光纤行业统一规范制订与完善进展缓慢，不利于塑料光纤产业化；
4)塑料光纤开发者自身将目标定得太高，将主要精力投入到高端产业中，而这些产业需要更高的进入门槛和更先进的技术，使得塑料光纤本应成为主流的市场仍在大量使用铜缆；
5)缺少强有力的商业协会推动塑料光纤发展；
6)高校缺少塑料光纤相关课程等。
基于塑料光纤的发展趋势和潜在的巨大市场，我国研究者应加速塑料光纤技术以及相关塑料光纤器件(包括光发射机和接收机、连接器、光开关以及耦合器等)的研究力度。随着生产工艺和技术的改进，塑料光纤的各项性能指标将不断得以优化，必将在光通信领域得到广泛应用。
五、制备方法
制备塑料光纤，通常主要有两种方法：
其一为直接挤出成纤法，即将高折射率的芯材聚合物和低折射率的皮材聚合物通过双层喷嘴挤出，用高聚物聚烯烃材料包覆后，降温、热处理，使芯皮界面融合同时拉伸至一定的直径，冷却即可得到GI 塑料光纤。
其二为预制棒拉纤法，即首先制得渐变型折射率预制棒。然后在适当的温度和拉力下，以一定的拉伸速率将预制棒拉伸，便可以得到梯度折射率分布的渐变型塑料光纤。
六、直接挤出法制备GI 塑料光纤
1.、制备步骤
通过具有不同折射率的单体在聚合物中的相互扩散，用封闭的挤压过程来制备渐变型塑料光纤(GI P0F)。
图1是挤压法制备GI POF的原理图。其原理如下：容器1中含有聚合物单体A和至少一种单体B(包含有另外一种单体c)的混合溶液；容器2中含有聚合物单体D和至少另一种单体E的混合溶液。这两种溶液在6o℃加热后。经转速比为1／3的齿轮泵3和4以体积比1：3进入到同心模头5中，然后双层的复合单丝从模头的小孔中挤压出来，进入保持恒温80℃的封闭扩散区域6。当经过封闭扩散区域时，内层的单体B和c和外层的E相互扩散在细丝中产生了连续分布的折射率。在扩散区的底部，细丝进入由四个紫外灯(每个60 W ／cm)构成的固化区7，最后由卷绕辊通过滚筒8获得光纤。
2、影响因素
该种方法制备的GI POF不易于控制偏心度，而且因直接挤出纤维，没有中间测试控制手段，容易造成原材料浪费。
3、结果讨论
直接挤出法制备的GI POF不易于控制偏心度，而且因直接拉出纤维，没有中间测试控制手段，容易造成原材料浪费。预制棒拉纤法是两步工艺法，可以通过测试棒的性能控制下一步拉纤，是制备GI POF的主要方法。其中界面．凝胶法具有原材料廉价、设备简单等优点，成为制备GI POF预制棒的主要方法。因此制备GI POF最佳方法是：第一步用界面．凝胶法制备GI POF预制棒，第二步是将性能合格的预制棒用如图3所示的装置拉制成纤维。
参考文献：
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论文评阅结果
塑料光纤的特性以及应用 080611338 丁宁 摘要：介绍了塑料光纤在局域网、汽车工业、传感器等领域的应用。通过对石英光纤、金属电缆与塑料光纤的性能进行比较，得到了塑料光纤具有芯径大、柔韧性好、价格低廉、制作简单等特点。就塑料光纤在局域网、汽车工业、传感器等领域的应用进行了分析、总结。此外还指出阻碍塑料光纤进一步发展的因素。 一、引言 随着通信产业的迅猛发展，光纤作为信息载体的光信号传输介质在大容量数据的高速传输中起着重要的桥梁和纽带作用。目前，石英光纤由于其宽带、低损耗、适合长距离通信传输，而占据着光通信的主要市场。然而，由于石英光纤芯径小、连接复杂、成本高，所以在光纤人户时遇到很大的困难。随着短距离、大容量的数据通信系统及汽车等工业的迅速发展，塑料光纤(P0F)以其芯径大、柔韧性可塑性强、重量轻、价格低廉等优点而受到国际的普遍关注。为了对塑料光纤有一个较为全面的认识，本在查阅有关文献的基础上，阐述塑料光纤的主要特性和应用以及制备方法。 二、基本原理 塑料光纤的定义：塑料光学纤维是以光学塑料为材料的一类重要的光学纤维。 塑料光纤传光原理： 1、子午光线在阶跃型塑料光纤中的传输 阶跃型塑料光纤是一种具有芯皮结构的光纤。子午平面指的是包含有光纤轴的平面，所谓子午线，就是光线的传播路径始终在同一平面内，子午光线总是和光纤轴相交的，光在一种均匀介质传播时是一种直线式传播：当光从一种介质传至另一介质表面时，一般同时发生反射和折射；如果光从折射率小的光疏介质射入折射率大的光密介质时，则折射角小于入射角；而当光从光密介质射入光疏介质时折射角将大于入射角，因而当光从光密介质射入光疏介质时就有可能出现只有反射而无折射的现象，这就是全反射，全反射是光折射的一种边界效应，即光从一种透明介质进入到另一种介质里而发生弯曲的现象。塑料光纤就是通过全反射原理进行光传输的。 2、子午线在阶跃型光纤中的几何行程和反射次数 由于子午光线入射光纤中并不是同一角度，故而其在光纤中的几何行程也不相同。无论是子午线在光线中的行程计算公式还是反射次数计算公式，都是假定光纤是处于非常理想状态下：光纤非常直，光纤直径均匀，光纤内部无缺陷和光纤入射端面平直等，倘若光纤不在这一理想条件下，则入射子午线全反射的状况就会发生变化，如有的会从光纤中反射出，有的反射角会发生变化等，因此光纤的传输损耗也会增加。 3、斜光线在阶跃型折射率塑料光纤中的传输 所谓斜面光线，就是光在光纤中传输中时，并不是像子午光线一样保证在同一平面内，它在光纤中传输时，其轨道通常是一空间螺旋曲线，其最大入射角比子午线的大，但通常以子午线传输表征光纤的传输特性，自然这是最理想的一种状况。 4、光在渐变型折射率分布塑料光纤中的传输 对于渐变型折射率GI 塑料光纤，同样有子午线和斜光纤，这种光纤折射率并不是一恒定常数，而是随着离轴距离的增加而折射率下降，其渐变折射分布图参见如下；抛物线型折射率分布光纤具有较小的模式色散的特点，渐变折射分布有多种形式，当折射率分布按二次方抛物线分布时，子午线在光纤中的传播路径为正弦曲线型，斜光纤的传播路径为螺旋曲线，渐变型折射率塑料光纤多用于短距离数据传输，用于光纤照明较少。 5、荧光塑料光纤的传光原理 荧光塑料光纤就是在塑料光纤芯材中掺入一定量的荧光剂制备而成的塑料光纤，这种塑
塑料光纤特性研究及其应用 摘要： 塑料光纤是由高折射率的高聚物芯层和低折射率的高聚物包层所制成的光导纤维。塑料光纤的研究己经历30年之久，最早的塑料光纤是美国杜邦公司于1968年开发的聚甲基内烯酸甲酯阶跃型塑料光纤。最初生产的塑料光纤由于衰减大、色散大，带宽远远不能满足高速数据通信的要求，它仅仅用于照明、汽车车灯监控等非通信领域。随着高聚物材料的合成工艺，改性方法等技术的发展，使得塑料光纤的芯、包材料的选择，制造工艺方法，性能的改善等方面得以长足发展，现今塑料光纤己达到成熟生产和实用化水平。现在研制的新型氟树脂塑料光纤(POF)的传输速率为2. 5 Gbit/s,传输距离达200 m，其性能与现存的石英多模光纤技术性能完全接近，充分展示了塑料光纤的魅力和应用前景。这种塑料光纤可以取代石英多模光纤应用到光纤入户的局域网建设中，市场潜力巨大。 塑料光纤与石英光纤相比，塑料光纤在高速短距离通信网络中具有显著的竞争优势，它在100~1 000 m范围内带宽可达数GHz，而成本与对称电缆相当同时塑料光纤具有加工容易、弯曲性能好、连接分路简单、操作简便、价格便宜、可以采用可见光作光源等一系列优点。 塑料光纤制备技术的不断提升正不断提升这塑料光纤的品质，在汽车，局域网，甚至战斗机等高速短距离通信要求较高，传输距离不高的地方，塑料光纤起着举足轻重的地位。 关键词：市场现状制备方法市场前景特性研究应用领域 目录 前言： (2) 1.塑料光纤市场现状及前景 (2) 1.1塑料光纤发展过程及前景 (2) 1.2塑料光纤主要市场现状 (3) 1.2.1汽车工业 (3) 1.2.2.消费电子 (3) 1.2.3工业控制总线系统 (4) 1.2.4互连网 (4) 2.塑料光纤的材料及性能 (5) 2.1.塑料光纤的皮层材料 (5) 2.2塑料光纤的芯材料 (5) 2.3塑料光纤的性能 (6) 3塑料光纤的制备技术及比较 (9) 3.1塑料光纤制备技术 (9) 3.1.1棒管法 (9) 3.1.2共挤法 (10)
浅谈塑料光纤与塑料光纤照明应用 导读：今天浅谈下塑料光纤灯发展概要及主要研发生产国情况，深入了解下塑料光纤的照明应用领域及市场前景，同时增强自身的专业知识，让更多的朋友加入我们的队伍来宣传并推广光纤照明应用。 一、浅谈塑料光纤 通过对塑料光纤的传光原理的研究及相关材料的开发，欧日等国的公司对塑料光纤的研制取得了重要的进展。 它们研制成的塑料光纤，光损耗率已降到25～9dB/Km。其工作波长已扩展到870nm(近红外光)，接近石英玻璃光纤的实用水平。美国研制的一种PFX塑料系列光纤，有着优异的抗辐照性能。 此外，美国麻省波士顿光纤公司研制的Opti-Giga塑料光纤更是引人注目，它不仅比玻璃轻、柔性更好、成本更低，而且可在100米内以每秒3兆比特的速度传输数据。这种光纤还可以利用光的折射或光在纤维内的跳跃方式来达到较高的传输速度。 现在美欧日已把塑料光纤用于短途传输，如汽车、医疗器械、复印机等。就目前塑料光纤生产量而言，日本是世界上最大的塑料光纤生产者，然而却是欧洲推动了塑料光纤新应用领域的开发并建立了光纤检验标准。2001年下半年是欧洲塑料光纤工业发展的重要阶段，在这段时间内建立了欧洲塑料光纤检验和测量的新发展方针。世界上第一个专用塑料光纤应用中心(POFAC)在德国Nuremberg 落成。德国采用塑料光纤已经研制成功了多媒体总线系统MOST (24Mbit/s)，并且有几家轿车制造商已把该系统引入到自己的产品上。德国宝马公司(BMW)在其新的7个系列产品中开创了使用100m塑料光纤的记录。 二、光纤照明应用领域及前景 光纤照明是近年新发展起来的一门全新高科技照明技术。它是采用光导纤维
塑料光纤的特性以及应用 080611３3８丁宁 摘要：介绍了塑料光纤在局域网、汽车工业、传感器等领域的应用。通过对石英光纤、金属电缆与塑料光纤的性能进行比较，得到了塑料光纤具有芯径大、柔韧性好、价格低廉、制作简单等特点。就塑料光纤在局域网、汽车工业、传感器等领域的应用进行了分析、总结。此外还指出阻碍塑料光纤进一步发展的因素。 一、引言 随着通信产业的迅猛发展，光纤作为信息载体的光信号传输介质在大容量数据的高速传输中起着重要的桥梁和纽带作用。目前，石英光纤由于其宽带、低损耗、适合长距离通信传输,而占据着光通信的主要市场。然而，由于石英光纤芯径小、连接复杂、成本高，所以在光纤人户时遇到很大的困难。随着短距离、大容量的数据通信系统及汽车等工业的迅速发展，塑料光纤（P0F)以其芯径大、柔韧性可塑性强、重量轻、价格低廉等优点而受到国际的普遍关注。为了对塑料光纤有一个较为全面的认识,本在查阅有关文献的基础上,阐述塑料光纤的主要特性和应用以及制备方法。 二、基本原理 塑料光纤的定义：塑料光学纤维是以光学塑料为材料的一类重要的光学纤维。 塑料光纤传光原理： 1、子午光线在阶跃型塑料光纤中的传输 阶跃型塑料光纤是一种具有芯皮结构的光纤。子午平面指的是包含有光纤轴的平面，所谓子午线,就是光线的传播路径始终在同一平面内，子午光线总是和光纤轴相交的，光在一种均匀介质传播时是一种直线式传播:当光从一种介质传至另一介质表面时,一般同时发生反射和折射；如果光从折射率小的光疏介质射入折射率大的光密介质时，则折射角小于入射角；而当光从光密介质射入光疏介质时折射角将大于入射角，因而当光从光密介质射入光疏介质时就有可能出现只有反射而无折射的现象,这就是全反射，全反射是光折射的一种边界效应，即光从一种透明介质进入到另一种介质里而发生弯曲的现象。塑料光纤就是通过全反射原理进行光传输的。 2、子午线在阶跃型光纤中的几何行程和反射次数 由于子午光线入射光纤中并不是同一角度，故而其在光纤中的几何行程也不相同。无论是子午线在光线中的行程计算公式还是反射次数计算公式，都是假定光纤是处于非常理想状态下:光纤非常直，光纤直径均匀,光纤内部无缺陷和光纤入射端面平直等,倘若光纤不在这一理想条件下，则入射子午线全反射的状况就会发生变化，如有的会从光纤中反射出,有的反射角会发生变化等,因此光纤的传输损耗也会增加。 3、斜光线在阶跃型折射率塑料光纤中的传输 所谓斜面光线,就是光在光纤中传输中时，并不是像子午光线一样保证在同一平面内，它在光纤中传输时，其轨道通常是一空间螺旋曲线，其最大入射角比子午线的大，但通常以子午线传输表征光纤的传输特性，自然这是最理想的一种状况。
塑料光纤在工业领域的应用 塑料光纤，以其优异的耐候性、高带宽、良好的机械性能、价格低、安装简便、易于维护等优点，已经成为工业总线中的传输介质，广泛应用于加工自动化、楼宇自动化、过程自动化、发电与输配电等领域。对于塑料光纤(POF)来说，在工业控制总线系统的应用和发展，是其最大和最稳定的市场之一。 在实际的工业自动控制系统应用中，塑料光纤(POF)通过转换器，能够实现与RS485、RS232等标准协议接口的连接，传输各种工控信号数据。随着塑料光纤(POF)在工业控制领域更多的应用，我们将会拥有可靠、稳定的通信线路。 即使是在恶劣的、处于复杂电磁环境的的工业生产过程中，我们也可以通过塑料光纤(POF)实现工业控制和数据信号的传输，而不会发生因为使用金属电缆不能有效屏蔽电磁干扰，从而导致工业控制和数据信号传输中断的情况发生 世纪之光在工业领域，塑料光纤主要以光纤跳线产品为主，支持Avago、ST、SMA等连接方式，也可订制特殊接头，长度可以根据客户需求订制。 塑料光纤在工业领域的应用，又可细分为传感领域、工业自动化领域、风力发电领域、智能抄表领域等。 传感领域 塑料光纤在传感器方面有重要应用，可以用于测量许多不同的参数，如位移、液位、形状、颜色、亮度、透明度、折射率、温度、湿度、密度、气体泄漏等多种参量。 工业自动化领域 塑料光纤，以其优异的耐候性、高带宽、良好的机械性能、价格低、安装简便、易于维护等优点，已经成为工业总线中的传输介质，广泛应用于加工自动化、楼宇自动化、过程自动化、发电与输配电、工业机器人等领域。
风力发电领域 风力能源，近年来已经逐渐成为满足快速增长能源需求下非常受到欢迎的替代电力来源，和来源有限且蕴藏量逐渐减少的化石燃料不同，风力能源的来源完全不受限制并且非常容易取得。 要把风力能源转换成为实用的交流电，需要如整流器(Rectifier)和逆变器(Inverter)等功率电子设备，在高功率发电系统中，电绝缘在确保电力产生的质量和可靠性上扮演了非常重要的角色，而光纤组件可以通过提供高电压脉冲绝缘以及防止不必要信号进入功率电子设备提供保护。 风力发电系统中工业用光纤的主要应用包括整流器和逆变器的功率电子门驱动、控制和通信电路板、风力涡轮机控制单元、状态监测系统以及风力电场联网等。 智能抄表领域 基于塑料光纤的智能抄表系统，以其良好的稳定性、实用性、便捷性、可靠性以及高带宽等
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塑料光纤的特性以及应用 080611338 丁宁 摘要：介绍了塑料光纤在局域网、汽车工业、传感器等 领域的应用。通过对石英光纤、金属电缆与塑料光纤的 性能进行比较，得到了塑料光纤具有芯径大、柔韧性好、 价格低廉、制作简单等特点。就塑料光纤在局域网、汽 车工业、传感器等领域的应用进行了分析、总结。此外 还指出阻碍塑料光纤进一步发展的因素。 一、引言 随着通信产业的迅猛发展，光纤作为信息载体的光信号传输介质在大容量数据的高速传输中起着重要的桥梁和纽带作用。目前，石英光纤由于其宽带、低损耗、适合长距离通信传输，而占据着光通信的主要市场。然而，由于石英光纤芯径小、连接复杂、成本高，所以在光纤人户时遇到很大的困难。随着短距离、大容量的数据通信系统及汽车等工业的迅速发展，塑料光纤(P0F)以其芯径大、柔韧性可塑性强、重量轻、价格低廉等优点而受到国际的普遍关注。为了对塑料光纤有一个较为全面的认识，本在查阅有关文献的基础上，阐述塑料光纤的主要特性和应用以及制备方法。 二、基本原理 塑料光纤的定义：塑料光学纤维是以光学塑料为材料的一类重要的光学纤维。 塑料光纤传光原理： 1、子午光线在阶跃型塑料光纤中的传输 阶跃型塑料光纤是一种具有芯皮结构的光纤。子午平面指的是包含有光纤轴的平面，所谓子午线，就是光线的传播路径始终在同一平面内，子午光线总是和光纤轴相交的，光在一种均匀介质传播时是一种直线式传播：当光从一种介质传至另一介质表面时，一般同时发生反射和折射；如果光从折射率小的光疏介质射入折射率大的光密介质时，则折射角小于入射角；而当光从光密介质射入光疏介质时折射角将大于入射角，因而当光从光密介质射入光疏介质时就有可能出现只有反射而无折射的现象，这就是全反射，全反射是光折射的一种边界
中国科学 E 辑: 技术科学 2008年 第38卷 第5期: 807 ~ 816 https://www.doczj.com/doc/f61469625.html, https://www.doczj.com/doc/f61469625.html, 807 《中国科学》杂志社SCIENCE IN CHINA PRESS 新一代塑料光纤及其功能开发 于荣金*, 张冰 燕山大学信息科学与工程学院, 秦皇岛 066004 * E-mail: r.j.yu@https://www.doczj.com/doc/f61469625.html, 收稿日期: 2007-04-10; 接受日期: 2007-12-26 国家自然科学基金资助项目(批准号: 60444003, 60577009) 摘要 与石英光纤相比, 塑料光纤的主要问题是传输损耗大. 采用一 种新的光纤结构—蜘蛛网结构包层空芯布拉格光纤, 可以把构成光纤 材料的吸收损耗压缩至约104~106分之一, 因而从根本上解决了塑料光 纤损耗大的问题. 在此基础上, 充分利用塑料光纤柔软、易弯曲的优点, 可以实现从可见光至太赫兹波(0.4~1000 μm)所有波段信息和能量的低 损耗传输. 新一代塑料光纤将成为普遍和大量应用的光纤. 关键词 塑料光纤 空芯布拉格光纤 蜘蛛网结构包层 可见光 红外光 太赫兹波 圆偏振单模 从十九世纪开始, 人们就知道以全内反射机理来制作光的传输元件[1]. 因此, 利用光纤芯区材料折射率大于包层材料折射率在其界面形成全内反射来传输光有其悠久的历史和深刻的物理内涵. 不仅各种实芯光纤, 包括液芯光纤和微结构包层实芯光纤, 以及一部分红外空芯光纤, 都是通过全内反射机理导光的. 另外, 它对导光横向束缚具有高效性, 例如, 石英光纤按照1966年高锟等所指出的提纯材料之后, 利用全内反射构成的光纤损耗, 很快从1000 dB/km 以上降至20 dB/km, 继而降至接近其理论极限(0.2 dB/km). 其实, 另一种传光机理早在1978年就提出来了[2], 即利用布拉格反射, 可以在芯区折射率小于包层介质折射率的光纤中得到无损耗束缚传播. 但几年后被人否定[3], 之后无多少人过问. 空芯布拉格光纤[4]和空芯光子带隙光纤[5]直到1999年才从实验上作了第一次演示. 与石英玻璃材料相比, 塑料的重要优势是它的柔软性. 塑料的弹性极限高, 可以制作直径在1 mm 以上柔软的光纤. 而石英玻璃只有在很小直径(一般为125 μm)才能保持光纤的柔软 性. 石英玻璃固有的脆性需要对易碎的芯-包层结构加一个富有弹性的塑料涂层, 以保护它的表面, 并防止格里菲思裂纹扩展和顺向断裂. 因而在石英光纤包层上加一个塑料涂层(第3层), 已成为一根石英裸光纤的基本组成部分. 塑料光纤的研发, 已有约四十年的历史, 与石英光纤大致相同. 1966年美国杜邦公司推出
塑料光纤 高才渊110311238 摘要本文主要论述了近年来国内外塑抖光纤(PO F ) 的发展概况、种类、结构特点 以及制造方法。对PO F 的应用及开发前景进行了较为详细的分析。评价了POF 传输系统及其元器件、应用领域等问题。 关键词塑料光纤阶跃型梯变型 自从本世纪60 年代发明塑料光纤( POF) 以来, 已经被广泛用于传感器、 照明和装饰等方面。塑料光纤与玻璃光纤相比, 其毫米级的尺寸使它在安装处理和接续方面都比较容易, 其连续制造过程使其生产费用低廉,所以POF 系统具有成本低的潜在能力。 塑料光纤，Plastic Optical Fiber。目前，通信光缆所用的光纤，基本上都是采用石英光纤，由高纯度二氧化硅SiO2加入适量掺杂剂组成的。近年来，还逐步开发出塑料光纤（POF），它是用一种透光聚合物制成的光纤。因为可以利用聚合物成熟的简单拉制工艺，故成本比较低，且比较柔软，坚固，直径较大（约达1mm），接续损耗较低。 光纤具有损耗低、频带宽、重量轻(钢丝的百分之一)、抗雷电干扰等特点. 尤其是塑料光纤具有能够制成大尺寸、大数值孔径: 可利用可见光源; 光源偶合效率高; 加工性好;价格便宜等优点, 所以在光学处理、光学计量和短距离数据传输等方面得到广泛的应用. 最近相继研制和开发的低损耗、具有特殊功能的塑料光纤, 将在光纤通信、光传感器和大容量的电子计算机等方面发挥巨大的作用。 塑料光纤具有如下特点： （1）光纤直径大, 一般为0.5-1mm , 或者更大。而且韧性好, 可挠性好。（2）数值孔径大, 一般为0.5 左右；（3）与光源和接收器件的祸合效率高, 光纤之间连接容易；（4）材料费用和制造费用低；（5）在可见光区有低损耗窗口, 便于使用价廉的光源；（6）重量轻。 塑料光纤的主要性能指标可分为衰减、带宽、耐热性和连接性。其中，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。 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，保持大的数值孔径，控制出射光波相对于人射光波展宽的效果。 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。 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。 POF 的2个重要物理性能是热收缩物理性能和热老化性能。 POF 的热收缩物理性能主要取决于用作纤芯材料的聚合物的玻璃跃迁温度。为了评价PC ( AF ) POF 的热收缩性能, 把100mm 长的试样置于恒温箱内, 从100°C 开始以每5°C 步级加热到155°C, 在每个温度上保持240h 后观察其长度变化。图4 示出在每个温度上老化240h 后热收缩的结果, 以PC (A) POF 作参考。试验证实一直到大约150°C, PC(AF) POF 不变形。这说明用了PC(AF) 作纤芯材料, 光纤的热收缩物理性能大约改善了20°C。
重庆工业职业技术学院毕业论文塑料光纤的研究及其应用 学生姓名：陶有兴 指导教师：陈媛媛 专业：计算机通信 重庆工业职业技术学院自动化系 二O一二年十一月
目录 中文摘要 ............................................... ..4 绪论.................................................... .6 1网络与通信的发展趋势.................................. ..8 1.1网络的发展趋势......................................................... .8 1.2通信的发展趋势........................................................ ..8 2光纤通信的优势 . ..................................... ..11 2.1铜缆传输的缺陷. ...................................................... ..11 2.2采用光纤通信的优点. .................................................. ..11 3塑料光纤. ............................................ ..13 3.1塑料光纤的概念. ...................................................... ..13 3.2塑料光纤和石英光纤的比较. ............................................ ..13 3.3塑料光纤的传光原理. .................................................. ..14 3.3.1光的基础知识. ................................................... ..14 3.3.2几何光学理论. ................................................... ..15 3.3.3子午光线在阶跃型POF中的传输. ................................... ..15 3.3.4子午线在阶跃型光纤中的几何行程和反射次数. ....................... ..16 3.3.5斜光线在阶跃型折射率POF中的传输. ............................... ..16 3.3.6光在渐变型折射率分布POF中的传输. ............................... ..16 3.3.7侧面发光POF的传光原理. ......................................... ..17 3.3.8荧光POF的传光原理. ............................................. ..17 4 塑料光纤在工程中应用. ................................ ..19 5塑料光纤研究中需解决的问题. .......................... ..20 6塑料光纤应用前景. .................................... ..21 7结论. ................................................. .22