塑料光纤材料的性能及应用ppt课件

.塑料光纤材料的性能和应用、光纤通信优点、通信容量大、中继距离长、不受电磁干扰资源丰富的光纤重量轻、体积小，塑料光纤、塑料光纤(PlasticOpticalFiber )。 塑料光纤(POF )是以聚苯乙烯(PS )、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMMA )、聚碳酸酯(PC )、重氢化聚合物、氟化聚合物等透明性高的聚合物为芯材料，以PMMMA、氟树脂等为表层材料的光纤(光纤) 不同材料的光衰减性能和温度适用范围不同。塑料光纤的主要性能指标，衰减塑料光纤的衰减主要取决于所选材料的散射损耗和吸收损耗。 作为通信类塑料光纤，最基本的要求之一是PMMA塑料光纤的衰减率低于180dB/km。塑料光纤的主要性能指标，带宽梯度塑料光纤是折射率梯度分布的光纤，其折射率从芯向包层逐渐下降。 如果所形成的梯度折射率分布适当，则可以抑制模式色散，保持较大的数据孔径，并且可以控制发射光波相对于人的发射光波的扩散。 如果折射率分布适当，则材料的色散成为确定传输带宽的因素。 如果充分地考虑材料分布，则完全可能实现带宽至几Ghzkm。 塑料光纤的主要性能指标、耐热性最重要的是塑料光纤的耐热性主要由成分性能决定。 耐热性优良的材料成分决定塑料光纤的耐热性。 判断材料耐热性的指标有玻璃化转变温度、晶须软化点、热变形温度等指标。 -维卡软化点：工程塑料、通用塑料等聚合物的试样在液体传热介质中，在一定的负荷、一定的等速升温条件下，用1m的压针压入深度1mm的深度时的温度。塑料光纤的主要性能指标，连接性通信塑料光纤多采用直径1mm的光纤，是石英光纤的820倍。 粗塑料光纤的连接比石英光纤容易得多。 塑料光纤材料的选择原则、光纤波导(折射率波导)结构分布决定了光纤的传输性能。 光纤材料的选择和制造工艺是生产高质量光纤的必要条件。 在选择塑料光纤的材料时，必须考虑衰减、折射率、纤维化能力、物化性能、生产成本等。选择材料考虑要素，容易成形的材料必须能制成细长柔软的光纤。 材料必须是透明的材料，因为它们是透明的并且以特定的光波长导光的，并且光损耗很小。 性能兼容性需要使用具有微小折射率差但物理性能彼此接近的材料来保证光纤芯/包层的物理性能彼此适配。选择材料考虑因素，材料成本所用的原材料应该是丰富、价格便宜的原材料。常用光纤材料及其作用、常用光纤材料及其作用、光纤的结构、光纤的结构、纤芯：折射率高、传输光的包层涂层：折射率低、与纤芯一起形成全反射条件的保护套jacket :强度大、耐大冲击、光纤3MM光缆橙色mm黄色SM、聚甲基丙烯酸甲酯、POF最常用的材料是热塑性塑料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA、PolymethylMethacylate )。 PMMA由乙烯、氢化氰酸酯和甲醇组成。 具有止水、用稀酸、汽油、矿物油、松酯油侵蚀的能力。 PMMA是典型的由分子量为105的长链组成的有机化合物。 从材料的透光特性来看，PMMA是聚合的非晶结构。 由于其优良的透光结构，360780nm的透光率高达92%，同时具有良好的耐候性、电性能和机械性能，是最早制备POF芯的理想材料之一。 PMMA表面硬度低，易被硬物摩擦。PMMA的物理性能、肖氏硬度：采用弹性跳跃法使碰撞销从一定高度落入试验材料表面跳跃。 碰撞销是具有尖端的小锥形，尖端始终嵌入金刚钻。 用测量的碰撞销的反弹高度表示硬度。. PMMMA的化学性能，每MMA单体共有8个C-H键，该化合物的C-H键共振吸收是PMMMA生产的POF衰减的主要原因。 事实上，ch键在627nm和736nm处谐振是决定PMMA-POF吸收损耗的重要原因。 降低最初提出的PMMA-POF吸收损耗的一种方法是用不同的材料替换PMMA中的一些或全部ch键。 然而，这只是替换C-H键，并不容易消除C-H键。 用原子量大的元素置换氢的话，共振吸收变小，吸收损失变小。 例如，用原子量大的氯置换氢所形成的C-Cl键减少了共振，减少了吸收损失，减少了衰减，扩大了工作的波长范围。聚苯乙烯、POF中常用的另一种材料是聚苯乙烯(PS，Polystyrene )。 PS是人们生活中常用的透光率为90%的材料。 理论研究表明，PS的衰减小于PMMA。 下表是不考虑运输的影响和包层的作用时，通过计算得到的不同聚合物的理论衰减值。 表中的PMMA-d8表示进行了重氢化处理的PAMM-POF的数值。不同聚合物的理论衰减数值、聚苯乙烯的应用、PS的折射率n=1.59、可作为PMMMAPOF(PMMMA的n=1.49 )的包层使用。 PS的玻璃化转变温度约为100，比PMMA高5K。 PS德国的原料价格便宜，购买方便，但由于PS对光学和紫外线的耐受性不及PMMA，因此PS制成的PS-POF耐热性和柔软性差，不具有实用价值。 1972年，第一个PS-POF被做成了。 该光纤的衰减系数超过1000dB/km。 到1995年为止，PS-POF的波长670nm的衰减系数为114dB/km.PS-POF的使用温度为70，比PMMA-POF稍高。重氢化聚合物通过用重原子取代氢，可以显着减小聚合物的吸收损失。 只需用氘代替氢，就能简单地获得降低吸收损失的效果，氘的特性与氢基本相同。 所谓重水(D2O )简单地用作合成的基本材料。 使用重氢化聚合物制作的POF有很多优点。 作为化学性质，这些材料显示出由“正常”氢组成的物质的性能，其衰减系数比PMMA-POF小一位数。 该光纤的特点是光纤吸收空气中的水蒸气，质子(原子核)取代重氢，吸收损失再次增大。 虽然通过在光纤上涂布阻挡水层(包括连接器)可以解决这种吸收损耗问题，但该方法与获得廉价塑料光纤的目标相反。重氢化聚合物的应用，2005年，日本庆应大学的小博康博等采用界面凝胶法，以重氢化聚合物为核材料，以PMMA为包层材料制备了重氢化聚合物GI-POF。 该光纤芯的直径为500m，草的直径为750m，用长100M的光纤传输带宽达到1.9GHz，为了进一步降低POF的衰减，延长寿命，用氟化聚合物代替氘代聚合物制造了POF。 另外，氟化聚合物的氢的原子量为1，氟的原子量为19，因此氟的吸收带大幅偏移到红外波段。 氟化塑料光纤(PF-POF )理论最小衰减系数小于0.2dB/km . 波长1500nm时PF-POF的衰减系数相当于石英玻璃光纤。 氟化PMMA、氟化PMMA具有高透明性、低折射率的性能，是目前高带宽和降低衰减POF核心的理想材料之一。 通过将氟化PMMA作为POF核心材料、显着降低POF的红外线区域中的流水线衰减、在长波长方向上移动光纤的工作波长，POF通信系统能够应用在光纤通信中使用的850nm或1310nm的光电设备。 当衰减系数减小到20dB/km以下时，POF允许的传输距离可以超过1000m。 该距离复盖了铜线数据线和玻璃多模光纤的现场应用范围。 确保POF完全进入光纤使用网。另外，与50/125m石英玻璃多模光纤相比，材料性能显着降低了总传输线的成本，因为塑料光纤具有较大的纤芯(500750m )，能够使用廉价的注射塑料光纤连接器。 因此，在21世纪，降低衰减高宽带的GI-POF逐渐成为最适合短距离高速大容量的数据传输的光信号传输介质。 另外，塑料光纤传感器、塑料光纤传感器、塑料光纤传感器、材料性能、大部分通信塑料光纤、GI-POF由PMMA、重氢PMMA、氟化聚合物材料制成。 GI-POF的衰减通常取决于吸收、散射和弯曲损耗的协同效应。 制备降低衰减GI-POF的措施是减少掺杂剂浓度，降低散射损耗，提高GI-POF的数值孔径，增加导光能力，改善弯曲损耗。 减小GI-POF衰减的具体方法是将高折射率的聚合物材料用作掺杂剂以降低其掺杂浓度并减少光纤中的光散射。 另外，通过使用高折射率高分子材料作为掺杂剂，也能够提高GI-POF的数值孔径，例如，由5wt%联苯硫醚掺杂剂得到的GI-POF的数值孔径为0.27，与此相对，PMMA包层GI-POF的数值孔径为0.21 PF包层GI-POF在波长650NM下的衰减系数为130160dB/km，柔软性优异，制造容易，成本低，分子设计和分子结构设计容易的光学非线性强，响应时间快是接入网的光信息传输介质的最佳选择，塑料光纤的应用， 塑料光纤在未来家庭智能化、办公自动化、工业控制网络化、车载通信网和军事通信网的数据传输中具有重要地位。 利用塑料光纤构建家庭网络，将家庭PC、娱乐设施、数字设备、家庭安全设备连接到网络，实现家庭自动化和远程控制管理，提高生活质量，实现办公设备网络，实现远程办公室。 塑料光纤重量轻、耐用，使车载通信网络和控制系统成为一个网络，微机、卫星导航设备、移动电话、传真等外围设备能够融入机车总体设计，旅客能够将塑料光纤网络但是从塑料光纤本身的特点来看，塑料光纤的应用领域是短距离、中小容量通信系统适合，作为大容量、长距离石英单模光纤的补充，可以共同构成完整的全光信息网络有线传输系统。 随着计算机和自动控制技术的快速发展，塑料光纤的应用使工业自动化水平提高到了新的水平。 工业自动化根据其特点和使用方向，分为过程控制自动化、生产和制造业自动化、自动测量系统(工业测量仪器)。 这些工业自动化系统的建立和发展具有共同特点，从直接控制系统向集散型控制系统