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对塑料光纤产品的前景探讨
热性提高到125-150摄氏度）
塑料光纤在衰减与带宽方面的最新实用进展为：日本ASAHI GLASS公司2000年7月称，该公司实施庆应大学的GI-POF技术商品化，采用全氟化聚合物CYTOP制造GI光纤，命名为GI-GOF，商品名为Lucina，衰减速率3Gb/s，带宽大于200MHz.km。
塑料光纤在耐热性方面的最新实用进展为：日本JSR与旭化株式会社联合发展耐热透明树脂ARTON（norbornene,冰片烯）制造的SI-POF，耐热170摄氏度，预计2001年上半年即可供应汽车市场。
四、塑料光纤产品的研发要点
１．光纤结构
塑料光纤顾名思义，即构成光纤的芯与包层都是塑料材料。与大芯径50／125μｍ和62.5／125μｍ的石英玻璃多模光纤相比，塑料光纤的芯径高达200－1000μｍ，其接续时可使用不带光纤定位套筒的便宜注塑塑料连接器，即便是光纤接续中芯对准产生±30μｍ偏差都不会影响耦合损耗。正是塑料光纤结构赋予了其施工快捷，接续成本低等优点。另外，芯径100μｍ或更大则能够消除在石英玻璃多模光纤中存在的模间噪音；
２．光纤材料
塑料光纤材料选择时，人们应重点解决的问题是材料的本身衰减要低、色散要小、化稳性要好、制造简单、价格低廉等。
选作塑料光纤芯材有：聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯聚碳酸酯、氟化聚甲基丙烯酸酯和全氟树脂等；选作塑料光纤包层有：聚甲基丙烯酸甲酯、氟塑料、硅树脂等。究其原因是：这些聚合物①具有透光性好，光学均匀、折射率调整便利等；②以单体存在时通过减压蒸馏方法就可以提纯；③形成光纤的能力强；④加工和化稳性好及价格便宜等；
３．制造工艺
目前业界用来制造塑料光纤的两种方法：挤压法和界面凝胶法都是由塑料生产加工工艺演变而来的。
挤压法主要用于制造阶跃折射率分布塑料光纤。该工艺步骤大致如下：首先，将作为纤芯的聚甲基丙烯甲酯的单体甲基丙烯甲酯通过减压蒸馏提纯后，连同聚合引发剂和链转移剂一并送入聚合容器中，接着再将该容器放入电烘箱中加热，置放一定时间，以使单体完全聚合，最后，将盛有完全聚合的聚甲基丙烯甲酯的容器加温至拉丝温度，并用干燥的氮气从容器的上端对已熔融的聚合物加压，该容器底部小嘴便挤出一根塑料光纤芯，同时使挤出的纤芯外再包覆一层低折射率的聚合物，就制成了阶跃型塑料光纤。
梯度折射率分布塑料光纤的制造方法为界面凝胶法，界面凝胶法的工艺步骤大致如下：首先将高折射率掺杂剂置于芯单体中制成芯混合溶液，其次把控制聚合速度、聚合物分子量大小的引发剂和链转移剂放入芯混合溶液，再将该溶液投入一根选作包层材料聚甲基丙烯甲酯（ＰＭＭＡ）的空心管内，最后将装有芯混合溶液ＰＭＭＡ管子放入一烘箱内，在一定的温度和条件下聚合。在聚合过程中，ＰＭＭＡ管内逐渐被混合溶液溶胀，从而在ＰＭＭＡ管内壁形成凝胶相。在凝胶相分子运动速度减慢，聚合反应由于“凝胶作用”而加速，聚合物的厚度逐渐增厚，聚合终止于ＰＭＭＡ管子中心，从而获得一根折射率沿径向呈梯度分布的光纤预制棒，最后再将塑料光纤预制棒送入加热炉内加温拉制成梯度折射率分布塑料光纤；
４．光纤性能
塑料光纤的性能研究重点则是衰减、色散、热稳定性等。
（１）衰减
塑料光纤的衰减主要受限于芯包塑料材料的吸收损耗和色散损耗。人们是通过选用低折射率和等温压缩率小的塑料材料和通过稳定塑料光纤制造工艺降低结构缺陷（如芯直径波动，芯包界面缺陷等），来使塑料光纤获得小的散射损耗，而塑料材料的吸收损耗则是由分子键（碳氢、碳氟等）伸缩振动吸收和电子跃吸收所致的。
在碳氢键为基本骨架的塑料材料中，在波长６５０ｎｍ处的衰减系数大约为１２０ｄｂ／ｋｍ，如果用氟原子置换碳氢键中的氢所组成的氟化塑料材料，其不仅本征衰减小，而且色散也降低了。用氟化塑料制成的梯度折射率塑料光纤，其在红外区无原子振动引起的吸收损耗。故可制得在可见光至红外范围的衰减很小，即在０．８５μｍ波长处衰减系数为４１ｄｂ／ｋｍ，在１．３μｍ波长处衰减为３３ｄｂ／ｋｍ的梯度折射率分布的塑料光纤。
（２）带宽
用作短距离光传输介质的塑料光纤，按其折射率分布形状可分为两种：阶跃折射率分布塑料光纤和梯度折射率分布塑料光纤。阶跃折射率分布塑料光纤由于模间色散作用使入射光发生反复的反射，射出的波形相对于入射波形出现展宽，故其传输带宽仅为几十至上百ＭＨｚ．ｋｍ。氟化梯度折射率分布塑料光纤从选择低色散的材料出发，再以优化的梯度折射率分布手段，即可将其折射率分布指数在０．８５－１．３μｍ波长范围内选定为２．０７－２．３３，从而抑制模间色散，控制出射光波相对于入射光波展宽的效果，进而可制得传输带宽高达几百ＭＨｚ．ｋｍ至１０ＧＨｚ．ｋｍ的梯度折射率分布的塑料光纤。
（３）热稳定
由于塑料光纤是由塑料材料构成的，故其在高温环境中工作会发生氧化降解。氧化降解是光纤芯材料中的羰基、双键和交联形成的。氧化降解将促使电子跃迁加快，进而引起光纤损耗增大。为切实提高塑料光纤的热稳定性，通常的做法是：①选用含氟或硅的塑料材料来制造塑料光纤；②将塑料光纤的光源工作波长选择在大于６６０ｎｍ，以求得塑料光纤热稳定性长期可靠。
五、技术关键
目前对塑料光纤产品的技术关键攻关问题有两个：一是设计新的透光材料和包皮材料。塑料光纤同石英玻璃光纤一样由两部分组成：一为芯材，二为皮层。要制造出高质量的光纤二者都很重要，光纤的芯材要求透明度和折射率越高越好，而皮层则要求折射率小于芯材，并且两者相差越大越好。但要提高芯材的折射率比较难，而降低皮层折射率还有潜力可挖，主要集中在含氟高聚物上。第二个攻关点是工艺条件，研究如何控制芯材聚合物分子量、均匀性和提高透明度的新的光纤技术，进一步提高光的传输效率，降低光损耗率。这两个问题一旦得以圆满解决，则塑料光纤将完全可取代石英光纤。
近年来，日本公司针对塑料光纤透光性较差进行了分析和改进，他们认为，其主要原因在于树脂内的碳氢结合吸收了近红外波长。为此，旭玻璃制造公司开发了一种全氟树脂材料，因为不含氢所以不会吸收近红外波长。同时，由于其具有的环状构造是非晶质的，可见光的透光率已达95％以上。?
光纤内侧的芯线，光的折射率高，而外侧的金属包层折射率低。因此，要采用在芯线中轴线处光的折射率最高，向四周逐渐降低的缓变折射率
塑料光纤在衰减与带宽方面的最新实用进展为：日本ASAHI GLASS公司2000年7月称，该公司实施庆应大学的GI-POF技术商品化，采用全氟化聚合物CYTOP制造GI光纤，命名为GI-GOF，商品名为Lucina，衰减速率3Gb/s，带宽大于200MHz.km。
塑料光纤在耐热性方面的最新实用进展为：日本JSR与旭化株式会社联合发展耐热透明树脂ARTON（norbornene,冰片烯）制造的SI-POF，耐热170摄氏度，预计2001年上半年即可供应汽车市场。
四、塑料光纤产品的研发要点
１．光纤结构
塑料光纤顾名思义，即构成光纤的芯与包层都是塑料材料。与大芯径50／125μｍ和62.5／125μｍ的石英玻璃多模光纤相比，塑料光纤的芯径高达200－1000μｍ，其接续时可使用不带光纤定位套筒的便宜注塑塑料连接器，即便是光纤接续中芯对准产生±30μｍ偏差都不会影响耦合损耗。正是塑料光纤结构赋予了其施工快捷，接续成本低等优点。另外，芯径100μｍ或更大则能够消除在石英玻璃多模光纤中存在的模间噪音；
２．光纤材料
塑料光纤材料选择时，人们应重点解决的问题是材料的本身衰减要低、色散要小、化稳性要好、制造简单、价格低廉等。
选作塑料光纤芯材有：聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯聚碳酸酯、氟化聚甲基丙烯酸酯和全氟树脂等；选作塑料光纤包层有：聚甲基丙烯酸甲酯、氟塑料、硅树脂等。究其原因是：这些聚合物①具有透光性好，光学均匀、折射率调整便利等；②以单体存在时通过减压蒸馏方法就可以提纯；③形成光纤的能力强；④加工和化稳性好及价格便宜等；
３．制造工艺
目前业界用来制造塑料光纤的两种方法：挤压法和界面凝胶法都是由塑料生产加工工艺演变而来的。
挤压法主要用于制造阶跃折射率分布塑料光纤。该工艺步骤大致如下：首先，将作为纤芯的聚甲基丙烯甲酯的单体甲基丙烯甲酯通过减压蒸馏提纯后，连同聚合引发剂和链转移剂一并送入聚合容器中，接着再将该容器放入电烘箱中加热，置放一定时间，以使单体完全聚合，最后，将盛有完全聚合的聚甲基丙烯甲酯的容器加温至拉丝温度，并用干燥的氮气从容器的上端对已熔融的聚合物加压，该容器底部小嘴便挤出一根塑料光纤芯，同时使挤出的纤芯外再包覆一层低折射率的聚合物，就制成了阶跃型塑料光纤。
梯度折射率分布塑料光纤的制造方法为界面凝胶法，界面凝胶法的工艺步骤大致如下：首先将高折射率掺杂剂置于芯单体中制成芯混合溶液，其次把控制聚合速度、聚合物分子量大小的引发剂和链转移剂放入芯混合溶液，再将该溶液投入一根选作包层材料聚甲基丙烯甲酯（ＰＭＭＡ）的空心管内，最后将装有芯混合溶液ＰＭＭＡ管子放入一烘箱内，在一定的温度和条件下聚合。在聚合过程中，ＰＭＭＡ管内逐渐被混合溶液溶胀，从而在ＰＭＭＡ管内壁形成凝胶相。在凝胶相分子运动速度减慢，聚合反应由于“凝胶作用”而加速，聚合物的厚度逐渐增厚，聚合终止于ＰＭＭＡ管子中心，从而获得一根折射率沿径向呈梯度分布的光纤预制棒，最后再将塑料光纤预制棒送入加热炉内加温拉制成梯度折射率分布塑料光纤；
４．光纤性能
塑料光纤的性能研究重点则是衰减、色散、热稳定性等。
（１）衰减
塑料光纤的衰减主要受限于芯包塑料材料的吸收损耗和色散损耗。人们是通过选用低折射率和等温压缩率小的塑料材料和通过稳定塑料光纤制造工艺降低结构缺陷（如芯直径波动，芯包界面缺陷等），来使塑料光纤获得小的散射损耗，而塑料材料的吸收损耗则是由分子键（碳氢、碳氟等）伸缩振动吸收和电子跃吸收所致的。
在碳氢键为基本骨架的塑料材料中，在波长６５０ｎｍ处的衰减系数大约为１２０ｄｂ／ｋｍ，如果用氟原子置换碳氢键中的氢所组成的氟化塑料材料，其不仅本征衰减小，而且色散也降低了。用氟化塑料制成的梯度折射率塑料光纤，其在红外区无原子振动引起的吸收损耗。故可制得在可见光至红外范围的衰减很小，即在０．８５μｍ波长处衰减系数为４１ｄｂ／ｋｍ，在１．３μｍ波长处衰减为３３ｄｂ／ｋｍ的梯度折射率分布的塑料光纤。
（２）带宽
用作短距离光传输介质的塑料光纤，按其折射率分布形状可分为两种：阶跃折射率分布塑料光纤和梯度折射率分布塑料光纤。阶跃折射率分布塑料光纤由于模间色散作用使入射光发生反复的反射，射出的波形相对于入射波形出现展宽，故其传输带宽仅为几十至上百ＭＨｚ．ｋｍ。氟化梯度折射率分布塑料光纤从选择低色散的材料出发，再以优化的梯度折射率分布手段，即可将其折射率分布指数在０．８５－１．３μｍ波长范围内选定为２．０７－２．３３，从而抑制模间色散，控制出射光波相对于入射光波展宽的效果，进而可制得传输带宽高达几百ＭＨｚ．ｋｍ至１０ＧＨｚ．ｋｍ的梯度折射率分布的塑料光纤。
（３）热稳定
由于塑料光纤是由塑料材料构成的，故其在高温环境中工作会发生氧化降解。氧化降解是光纤芯材料中的羰基、双键和交联形成的。氧化降解将促使电子跃迁加快，进而引起光纤损耗增大。为切实提高塑料光纤的热稳定性，通常的做法是：①选用含氟或硅的塑料材料来制造塑料光纤；②将塑料光纤的光源工作波长选择在大于６６０ｎｍ，以求得塑料光纤热稳定性长期可靠。
五、技术关键
目前对塑料光纤产品的技术关键攻关问题有两个：一是设计新的透光材料和包皮材料。塑料光纤同石英玻璃光纤一样由两部分组成：一为芯材，二为皮层。要制造出高质量的光纤二者都很重要，光纤的芯材要求透明度和折射率越高越好，而皮层则要求折射率小于芯材，并且两者相差越大越好。但要提高芯材的折射率比较难，而降低皮层折射率还有潜力可挖，主要集中在含氟高聚物上。第二个攻关点是工艺条件，研究如何控制芯材聚合物分子量、均匀性和提高透明度的新的光纤技术，进一步提高光的传输效率，降低光损耗率。这两个问题一旦得以圆满解决，则塑料光纤将完全可取代石英光纤。
近年来，日本公司针对塑料光纤透光性较差进行了分析和改进，他们认为，其主要原因在于树脂内的碳氢结合吸收了近红外波长。为此，旭玻璃制造公司开发了一种全氟树脂材料，因为不含氢所以不会吸收近红外波长。同时，由于其具有的环状构造是非晶质的，可见光的透光率已达95％以上。?
光纤内侧的芯线，光的折射率高，而外侧的金属包层折射率低。因此，要采用在芯线中轴线处光的折射率最高，向四周逐渐降低的缓变折射率
