2塑料光纖的開展歷程塑料光纖只管具有諸多石英光纖無可比擬的優點，但其光傳輸損耗大卻是不容無視的毛病。石英光纖的損耗值在0.l5dB/km，相當于光在光纖中傳輸約20k：后光強度降低一半，塑料光纖的損耗約l00dB/km~300dB/km，光傳輸20：甚至更短強度就降低一半。1964年，美國杜邦公司首先開發以聚甲基丙烯酸甲脂PMMA）為纖芯的有機塑料光纖，其傳輸損耗高達1000dB/km.其后，日本在降低POF的光損耗，進步其耐熱性和鉆研開發梯度折射率塑料光纖Bi-pof）等方面獲得了嚴重成就。1992年，YoshiroKoike宣布用界面凝膠法消費出新型的梯度折射率光纖，明顯降低了塑料光纖的損耗，有效進步了塑料光纖的帶寬，為塑料光纖用于寬帶通信網開辟了廣大的應用前景。美國在塑料光纖的開展歷程中也起到推動性作用，美國政府贊助開發了對美國的軍事和工業都有重要策略意義的芯子技術。作為項目的一部分，成立了高速塑料網絡“1SPN）組織以開發GI-POF技術。HSPN包括Fiber6F）等公司，在短短的3年工夫內，他們將POF技術推向宇航、汽車以及數據通信市場。并于1997年制定并通過了第一個POF的工業標準。

　　近年來，隨著GI-POF鉆研的進一步深刻，低損耗漸變折射率光纖有了長足的停頓，科研人員想方設法進一步降低GI-POF的傳輸損耗，除了改進GI-POF制備辦法完善其工藝外，還從低損耗GI-POF鉆研歷程中得到了有益的啟示。在充分降低GI-POF非固有損耗后，最重要的目的是降低GI-POF的固有損耗，塑料光纖中的本征損耗來自C-H的諧波共振吸收，采納含氟的塑料制成的塑料光纖損耗可明顯降低。選用氘D或氟F取代GI-POF中CH鍵中的氫，可降低GI-POF中CH鍵的含量，氟原子替代氫原子不只降低分子振動吸收，也降低瑞利散射損耗。這一取代辦法不只降低GI -POF的傳輸損耗，而且也可將GI -POF光傳輸窗口從可見光區移向近紅外區域。但這種制備工藝難度大，本錢較高。

　　通過在聚合物基體中摻入小的摻雜分子，漸變折射率散布的可反復性得到了改善。氟化塑料光纖損耗的最新報道是在1300nm處為16dB/km.值得留神的是，全氟化GI -POF損耗的實踐極限在1300nm處為0.25dB/km，在1500nm處為0.1dB/km，與石英光纖的損耗極限相當。塑料光纖的特性根本上與其纖芯的物理特性嚴密相關，不同纖芯構成的塑料光纖其特性也大不雷同。

　　3塑料光纖的根本特性3.1塑料光纖的損耗塑料光纖的最大毛病是損耗大。依據損耗機理的不同，在可見及紅外區域POF的損耗可以分為散射損耗和吸收損耗。其中散射損耗有因為波導構造不完善如聚合物雜質、光纖中的微空隙、塵埃和氣泡、纖芯直徑不均勻不完好性、方位雙折射、纖芯與包層間的粘合缺陷）引起的損耗及由于瑞利散射引起的損耗。使用適宜的包層材料和控制聚合物聚合度與分子量散布，可降低散射損耗。光導介質中微觀不規則構造物理尺寸比波長小一個數量級或更小，就引起瑞利散射，瑞利散射還可由材料構造和濃度的動搖引起。除了POF中所含雜質的吸收外，吸收損耗還包括紫外吸收光譜在可見及近紅外區域的帶緣吸收和紫外帶緣吸收損耗。好像所有的固體一樣，聚合物在紫外光區具有光譜吸收，其機理是材料內鍵的電子能級間躍遷引起的吸收。在PMMA中，最重要的吸收是由大分子脂基團中雙鍵的n軌道向！軌道的躍遷引起的。聚合物合成過程中所使用的其他化合物，如鏈轉移劑中的n向的躍遷以及引發劑偶氮化合物中偶氮基團！向！的躍遷也引起類似的吸收，并且紫外吸收隨著波長的升高呈指數關系下降。芯材雜質引起吸收損耗，主要以過渡金屬離子在可見光波區引起的吸收最為明顯，其中Co離子在530nm、590nm、及650nm顯示有最大的吸收峰，并且互相之間發作重疊引起一個大的吸收峰。PMMA中還有水的吸收，在可見光譜區由于羥基振動引起吸收損耗。

　　纖芯直徑在軸向的變遷、芯-包層界面缺陷及灰塵、氣泡、微粒的散射尺度遠大于波長長度）引起的損耗與波長無關。其中前兩項和POF的制造工藝有關。隨著對POF的鉆研深刻，其工藝日趨完好，這兩項根本已降低到下限。每個灰塵、氣泡、微粒或缺陷能形成10-3dB/km左右的損耗。而POF的最重要損耗因素是C-H鍵的高次諧波在可見及紅外區域的吸收。為此，可用較重的原子氘或氟替代其中的氫，制成氘化或氟化POF.例如NTT試制的全氘化PMMA光纖抵達650nm波長的傳輸損耗為20dB/km，通過部分氟化或氘化，還可能將損耗降至5.8dB/km.但是，氘化或氟化POF還無實用性，由于吸濕，氘會從新被置換成氫原子，且氘化物價格昂揚；另一方面，氟化會降低纖芯的折射率，使纖芯與包層（包層亦為氟聚合物）的折射率差減小，使SI型POF的彎曲損耗極度增大。為了突破這一限制，正在鉆研開發部分氟化PMMA纖芯GI-POF. 3.2塑料光纖的帶寬光纖波導最重要的特點是其帶寬，帶寬確定了其信息傳輸才干，多模石英光纖和塑料光纖在帶寬上的主要限制因素是模間色散。光纖中形式光機電信息3/2002不同，傳播速度不同，其色散隨長度呈線性增加。

　　但是實踐和試驗標明，在塑料光纖中模與模之間并不互相獨立，而是親密相關的，從而使其帶寬出人預料的進步。最近對塑料光纖的實驗鉆研標明，由于隨機折射率微擾和模耦合使帶寬明顯展寬。當輸入信號脈沖的能量包沿波導傳播時，其在不同的工夫與不同的模耦合，會使模間色散降低。光纖傳播方向上的隨機微擾就會發作上述狀況，微擾引起不同模間的耦合并且形成能量包隨機向前一個和后一個模轉移，就像汽車換車道一樣。存在形式耦合的狀況下，模不再獨立，而承載于模中的能量包也以一種均勻的群速度根本上同時抵達波導的輸出端。結果輸出脈沖展寬減小而招致帶寬增加。由于有了模耦合，脈沖展寬與光纖長度的平方根成正比，不再滿足線性關系。在階躍塑料光纖中，形式耦合帶來的帶寬增加遠比梯度折射率光纖要多。增加光纖的帶寬有兩種辦法，一是減小光纖芯的NA，二是扭轉光纖芯的折射率散布。當梯度折射率光纖具有接近于拋物型的最佳折射率散布時，光纖的模間色散最小，可以獲得最佳帶寬性能。梯度塑料光纖的制作工藝開展很快，提出的辦法很多，如稀釋劑膨脹法、熱擴散共聚法、光敏共聚法和隨機共聚法即界面凝膠法）。其中界面凝膠聚合技術是實用性最強的梯度塑料光纖制作辦法。實驗鉆研標明，用脈沖響應法丈量得到100m長的PMMA梯度塑料光纖和全氟化梯度塑料光纖在不同的折射率散布冪指數下的帶寬值，其PMMA梯度塑料光纖因材料色散較大，在最優折射率剖面時，650nm波優點的帶寬為3GHz/100m，而全氟化梯度塑料光纖在650nm波長的帶寬大概是PMMA梯度塑料光纖的3倍。材料在近紅外區域的色散較小，全氟化梯度塑料光纖（g<2. 09）在1300nm波優點的帶寬可以抵達100GHV100m.梯度塑料光纖的實際帶寬比用WKB辦法計算得出的實踐帶寬要大，其起因是光纖中存在強形式耦合和差分形式耦合。

　　3.3熱穩定性塑料光纖的耐熱性往往是使用者關懷的問題，因而性能往往與包層在一定環境下堅持的工夫和濕度等條件有關。由于塑料熔點低，耐熱性能差，比玻璃易老化。當溫度低于-40°C時，塑料光纖將變硬、變脆。塑料光纖在高溫環境中會發作氧化降解和損耗增大，氧化降解是由于構成光纖芯材中的羥基、雙鍵和交聯的形成所致。氧化降解促使電子躍遷加快，進而引起光纖的損耗增大。

　　熱穩定性和長期牢靠性是梯度塑料光纖的一個主要問題。摻雜體系梯度塑料光纖，其折射率散布是摻雜物質濃度沿徑向散布形成的，使用過程中，摻雜物的擴散和遷移使折射率散布發作變遷，偏離最佳折射率散布，從而使光纖性能變差。另外，在高濕度環境中，傳輸損耗的穩定性也是一個重要的問題，光纖芯的玻璃化轉變溫度決定了折射率散布的穩定性。摻雜體系梯度塑料光纖中的小分子量摻雜物質降低了光纖的玻璃化轉變溫度，使光纖的穩定性變差，能與纖芯聚合物充分交融的摻雜物質也具有較高的塑化和擴散性能，從而降低折射率散布的穩定性和壽命。在高溫、高濕度環境下，梯度塑料光纖中損耗的增加主要取決于摻雜物。3MM，吸收水分子的重量百分比最多為E，由于在3MM，階躍塑料光纖中吸收的水分子沒有會聚成族，因而不會形成額外的散射損耗。商品化的PMMA階躍塑料光纖在高濕度環境下的額外損耗十分小。關于芳香族摻雜體系的梯度塑料光纖來說，盡管吸收水分子的重量百分比小于1E，但吸收的水分子易于會聚成族而形成額外散射損耗，該損耗取決于PMMA、摻雜物質和水分子三者的交融性能。因而，選擇摻雜物質不但要思考到折射率散布的穩定性，而且也要思考到損耗的穩定性。

　　4傳輸實驗早在1989年就有報道利用塑料光纖替代同軸電纜作為傳輸聲音數據局域網的傳輸介質，其看好的就是塑料光纖比同軸電纜帶寬大，價格廉價，重量輕。不過由于當光陰纖技術及其他器件技術并不先進，當時的傳輸速率只要幾百K/Gi. PMMASI-POF中演示了265MGit/s和531MGit/s的傳輸。使用的光源是波長652nm、光功率為2.7mW的激光二極管，采納形式選擇入射和探測以及對光纖形式色散停止電的預補償和后補償。

　　1995年，日本Keio大學Ishigure等報道了利用界面凝膠聚合技術制作的PMMAGI-POF（650nm波長損耗為200dB/km）、647nm高速激光二極管和SiPIN光電二極管實現的2.5G/s、100m的傳輸。這是首次報道數據傳輸速率在Git/s以上，傳輸間隔超越100m，而又不使用電調速器件的系統。1999年，Giaretta等人在100m長的梯度化聚合物光纖上停止了傳輸速率高達11Git/s的數據傳輸實驗。系統采納波長1300nm非冷卻無隔離的Fabry-Perot激光器和低本錢的PIN接管器，成功實現了誤碼率10-10、功率預算9dB，在較嚴格的注入條件下高損耗、高色散的高階模群不被激發），帶寬可達1GHz.該光纖的損耗是年，德國Ulm大學的P.Schnitzer等人用775nm、功率500！W的垂直腔面發射激光器作光源，在1m長、芯徑120pm的POF上停止了數據速率為2.5Git/s的傳輸實驗，該光纖在780nm處的損耗小于1dB/km.荷蘭Eindhoven技術大學的W.Li等人在塑料光纖傳輸網方面作了很多工作。1999年，他們首先報道了利用Mitsubishi公司的低損耗164dB/km）PMMAGI-POF、波長為645nm的窄光譜激光器和一個硅雪崩光電二極管-PD）實現了傳輸。后來又在POF99上，報道了他們應用全氟化聚合物GI停止2.5Git/s的傳輸實驗，傳輸間隔均為550m，其光纖損耗在1310nm波長為31dB/km、長實驗時，采納高靈活度大光敏面積的APD接管器，使GI-POF和APD之間實現低損耗光互連，光源采納5GHz的DFB.在停止840nm波長實驗時，采納了2GHz帶寬的VCSEL和APD，其中使用平衡電路補償光源的帶寬缺乏。同時在5塑料光纖器件的現狀由于塑料光纖有較大的芯徑，其連貫多采納注塑的連貫器，直接將塑料光纖插入，每個連貫器的損耗在5dB.對一般短間隔系統，該損耗可以接受。由于塑料光纖材料的起因，塑料光纖不可能采納熔融拉錐辦法制成耦合器。就塑料光纖耦合器而言，混合棒光纖耦合器是一種特別適用于塑料光纖的耦合器構造。大直徑塑料光纖的包層很薄，使光纖束的橫截面上光纖芯占截面總面積的比率很高，從而確保耦合器具有很高的耦合效率。混合棒塑料光纖耦合器的構造簡略，因而制作起來也相對容易。對有源耦合器曾有過報道，兩根剝去了包層的塑料光纖間是一層液晶，光纖芯上淀積金屬層作為電極，可以通過加載電流使液晶極化，制成的耦合器插入損耗小于2.5dB，隔離度大于30dB. 5.1塑料光纖放大器受石英光纖放大器的啟發，為抑制塑料光纖損耗大的毛病，人們想到嘗試在塑料光纖中摻雜稀土元素化合物制成塑料光纖放大器（POFA）。但由于稀土類元素化合物與塑料光纖聚合物基體的難相溶性，使摻雜物成為塑料光纖的一個極大的散射中心，帶來很難降低的散射損耗。另外，塑料光纖由于C-H諧振吸收在稀土元素離子的熒光譜波段有很大的吸收損耗，因而，稀土類塑料光纖放大器沒有獲得大的停頓。聚合物中染料的放大作用已有多年歷史，利用染料的受激發射原理研制的染料激光器技術已相當成熟。近年來，人們開端嘗試在塑料光纖中摻雜各種有機染料制作塑料光纖放大器。諾丹明族染料中具有代表性的有機染料吸光面大，是稀土類離子的10000倍。熒光量子產生率高，在纖芯直徑近1000！m的POF中也易被鼓勵至粒子數反轉散布狀態且數量很多。從原理上講，從可見光至近紅外區間內任一波段均有可能實現光放大。另外，由于受激發射截面較大，摻雜有機染料的POFA在很短的光纖上就能獲得數百倍的高增益。摻雜的染料重量比一般在0.1數ppm之間，機械特性與POF雷同。若POFA中的有機染料未被充分鼓勵，有機染料就會吸收信號光，因而，調整泵浦光強度散布，使其與有機染料半徑方向一致是實現高效泵浦的重要保障。目前尚未對放大過程中有機染料的劣化現象停止具體鉆研剖析，但從POFA間斷工作10h、放大增益為30dB的實驗中，未發現有機染料的劣化現象，這興許是因為有機染料的摻雜濃度十分低和POFA工作期間每單位體積內蓄熱量小的緣故。

　　等人發表了有關塑料光纖放大器的文章。其實驗所用的是諾丹明B染料摻雜GI -POF，在591nm波長的增益是27dB，采納的泵浦功率高達15kW，能量轉換效率為15E.>.D.Peng等人采納諾丹明6G和諾丹明B摻雜塑料光纖，在波長624nm處獲得的最大增益為25dB，泵浦功率為700W，波長532nm下5ns的脈沖寬度。信號功率在20W以上和泵浦功率在700W以上，就會呈現增益飽和。我國對塑料光纖放大器的鉆研在中也有報道。采納諾丹明B摻雜，泵浦激光器功率為10W，光纖長度50m，摻雜濃度為2.5ppm，信號光為0.01W時，得到最大增益15dB.這些結果的重要意義在于：放大發作在接近PMMAPOF最常用的傳輸窗口的波長下。這類諾丹明B摻雜塑料光纖在脈沖光放慷慨面性能優異，它必將在脈沖光放大器領域得到寬泛應用。但是具有鼓勵狀態的有機染料分子常因項間交差而產生光譜三重線能級吸收，難以實現間斷光放大，處置這一問題是今后實現間斷光放大的關鍵。目前的塑料光纖放大器的鉆研距POF網絡光放大器實用化目的還有很長一段間隔。隨著分子能量躍遷及發光過程進一步被提醒，將來有可能探尋四處置有機染料、稀土類聚合物現有難點的辦法，并且發現具有很高性能的新型發光材料。！應用前景作為短間隔通信網絡的理想傳輸介質，塑料光纖在將來家庭智能化、辦公自動化、工業控制網絡化、車載機載通信網、軍事通信網的數據傳輸中具有重要位置。利用塑料光纖可以組成家庭網絡，把家用pc、娛樂設備、數字設備、家庭平安設備連成網絡，抵達家庭自動化和遠程控制管理，進步生活質量，還可以實現辦公設備的聯網，實現遠程辦公。POF在制造工業中也將得到寬泛應用。耐用的POF網絡具有很大的柔初性，能防止工廠空中很強的噪聲干擾，高速傳輸工業控制信號和指令，防止因使用金屬電纜線路而受電磁干擾招致通信傳輸中斷的危險，從而在惡劣的工業制造環境中提供穩定、牢靠的通信線路。POF可以將車載、機載通信網絡和控制系統組成一個網絡，將微型計算機、衛星導航設備、挪動電話、傳真等外設納入機車整體設計中。旅客還可以通過POF網絡在座位上享受音樂、電影、視頻、購物等效勞。POF在飛機中也可得到寬泛應用，可以通過有POF組成的通信網絡，從接入的獨特網絡和國際互聯網中為旅客提供個人所需的電影、視頻游戲、購物等效勞。同時由于塑料光纖重量輕，可以明顯降低飛機的載重量。在軍事通信上，POF得到了進一步開發以用于高速傳輸大量的敏感、失密信息，如利用POF重量輕、可擾性好、連貫快捷、適用于在身佩帶的特點，用于兵士穿戴式的輕型計算機系統，并可以插入通信網絡下載、存儲、發送、接受關鍵任務信息，且在頭盔顯示器中顯示。由此可見，塑料光纖具有廣大的應用前景。

　　塑料光纖用于短間隔通信的局域網和接入網的潛力不可估量，因而，進一步進步其性能刻不容緩。目前在技術方面仍需處置兩個主要難題：一是設計新的透光材料和包層材料，光纖的纖芯要求透明度和折射率越高越好。而包層則要求折射率小于芯材，兩者相差越大越好。要進步纖芯的折射率較艱難，而降低包層折射率還有潛力可挖；二是工藝條件，鉆研如何控制纖芯聚合物分子量、均勻性和進步透明性的新的光纖技術，進一步進步光的傳輸效率，降低光損耗。這兩個問題一旦得以圓滿處置，塑料光纖不只可用于常規通信，而且可用于海下照明、導彈、運載火箭和電子反抗雷達等尖端領域。在推廣塑料光纖網絡中，要思考的主要問題是本錢，研制價格低廉、性能牢靠的塑料光纖器件包括光發射機和接管機、連貫器、光開關、耦合器等）目前仍面臨宏大挑戰6）