塑料光纤及其开发应用动向

　高科技纤维与应用bookmark0塑料光纤及其开发应用动向塑料光纤也称聚合物光纤，英文为Plasticopticalfiber，缩写为POF.它是由导光芯材与包层包覆成的高科技纤维之一。POF是20世纪60年代后期由美国杜邦公司开始进行研究。因为P0F对光的传输损耗比玻璃光纤大，一般不能用作远距离光信号传输，但可在lm近距离内使用。由于P0F芯径较粗，数值孔径大，可挠性好，能弯曲成各种形状，质量轻，易加工，连接容易，故应用范围日渐广泛。P0F过去仅用作汽车上传光，路标指示，机器内或机械之间数据传输等。但目前由于制造P0F材料的优化，传输损耗降低技术的进步，P0F可适用机关、企事业办公区域光通信网络的配线，称作LAN体系，英文为Localarea netwok.本文就P0F的种类、P0F的开发简史、降低传输损耗技术、生产方法及国内外部分单位P0F开发应用动向予以浅介，供读者。

　　1POF的种类按照制造P0F所用的材料来分，有聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、重氢化聚甲基丙烯酸甲酯、氟聚合物、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）等P0F.其中最有开发前途的是重氢化PMMA和全氟化聚合物的P0F.按照折射率分布形式来分，P0F又可分为跃阶型（SI型）与折射率分布型（GI型）。

　　SI型P0F拥有折射率均匀的纤芯，是在该纤芯与外包层的界面上，通过全反射传输光信号。由于光信号在纤芯与包层界面处折射率发生阶级状态变化，光信号通过多模传输，传输模分散性大。在lmm传输距离之内，传输速度约为1Mb/s. GI型POF，在与光纤轴垂直的截面上，折射率逐渐变化，形成抛物线型的折射率分布。光的传输速度在折射率较低的部分较快，在折射较高的部分较慢，光信号射出的时间较少发生差异，传输模分散极小。在200m传输距离之内，传输速度可达2.5Gb/s.今后，面向21世纪光纤通信网络的发展，GI型POF是LAN体系不可缺少的材料。

　　2POF开发简史据庆应义塾大学教授、工学博士小池康博先生介绍，POF的研究开发与石英光纤大致为同一时期，即20世纪60年代末期，但因开发初期所采用的聚合物透明性存在问题，所以POF在当时主要用作照明光的传输而开发。POF用于光通信的开发，要比石英光纤晚很多。GI型POF被证实能用作光通信传输是在1982年。那时的GI型POF因为采用共聚物形成折射率分布的材料，在用波长6信号的实验中，传输损耗为1070dB/km及以上。这样的传输损耗的改善，是在1991年之后才有了很大进展，即于1991年，添加掺杂剂开发出能形成折射率分布的材料。1992年，在重氢化的全氢化PMMA中，通过添加掺杂剂方式形成的结构，使波长688nm光信号的传输损耗达到55dB/km.1994年之后，传输带域也改善了，PMMA系GI型POF使波长670nm光信号在传输距离30m内，传输速度为1Gb/s获得成功。还有，波长650nm光信号在传输距离100m，传输速度达到2.5Gb/s，也有实验成功的报告。1996年，传输损耗更进一步降低，开发出传输损耗很低的全氟化聚合物系GI型POF使波长1 300nm光信号传输损耗为50dB/km.1997年，全氟化聚合物系GI型POF在传输距离200m内，传输速度为2.5Gb/s，也有实验成功的报告。尤其是于2000年6月，旭硝子公司开发出品名为“今少”POF，成为当今世界全氟化聚合物系GI型POF的先驱型广品。今少意思为光的女神。

　　另一方面，对POF的理论也进行了研究。

　　1996年，关于全氟化聚合物系GI型POF的传输损耗理论临界值被阐明。波长1信号的传输损耗，可达到0.3dB/km，能与石英光纤相比，有这方面的报告。此外，GI型POF的理论带域也被阐明，PMMA系GI型POF在传输速度4Gb/s时传输距离为100m；全氟化聚合物系GI型POF在传输速度10Gb/s时，传输距离为lm成为可能。

　　3降低传输损耗的技术据了解，影响POF性能的因素主要有传输损耗、传输带域、耐热性、耐湿性以及弯曲损失等。其中以传输损耗和传输带域为重要。本文仅对有关降低传输损耗方面情况予以简述。

　　传输损耗，在POF中是支配光信号传输距离的要素之一。这种传输损耗是由散射损耗、吸收损耗、传输模依赖性损耗等造成。特别是散射损耗和吸收损耗最重要。

　　3.1散射损耗关于散射损耗，根据爱因斯坦的摇动说理聚合物。

　　3.2吸收损耗关于吸收损耗，主要是通过组成物质的原子键中的伸缩振动、变角振动和共鸣振动的波长及其倍音光对构成POF的高分子材料等的吸收所产生的现象。由于高分子材料等由近红外带域到可见光带域的吸收能量大，能通过一7iA理论进行计算。一般情况，如果将构成高分子材料的氢原子量换成重氢原子和氟原子，那么在可见光带域及其附近吸收损耗会变小。例如，在可见光带域中的C一D键损耗值减少为C一H键的10倍，C一F键损耗值减少为C一H键的10倍。由全C一F键构成的全氟化聚合物芯径的POF为例，其传输损耗的理论临界值，在波长1.3um光信号中约为0.3dB/km，预狈石英光纤相比。在实验方面，通过全氟化聚合物系GI型POF，波长1.3um光信号的传输损耗为50dB/km已试验成功。

　　4POF生产方法简介POF的制造程序，主要由精制单体原料、聚合、用获得的聚合物纺丝，再经拉伸获得裸线并加工成缆的一套连续工序制成。

　　在形成纤芯与外包层结构的方法大致有3种，即棒管法、涂覆法、挤出成型复合纺丝法等。其中，常用的是挤出成型复合纺丝法，该法生产效率高。为了确保纤芯与外包层的同心度，且形成均匀地纤芯与包层的界面，采用挤出成型法必须精密设计、加工挤出机的喷咀，还要精心控制好POF纤芯及外包层所用聚合物的熔融粘度及工艺条件等。

　　5国内外部分单位POF的开发应用动向5.1日本庆应义塾大学等近年来，日本庆应义塾大学致力于POF的开发，已取得显著成绩。例如该大学与旭硝子公司合作，开发出比原有玻璃光纤传输快1倍信息量的POF，已达到实用化程度。可使高精度电视图像等大量信息在电脑和情报家电之间自由传输。这种POF的主要应用目标是面向LAN体系。POF的售价为150―200日元/m. 5.2日本国际电信电话（KDD）公司等KDD公司与7化学公司以及美国光学设备公司的一又公司共同合作成立一7r夕八5公司，采用KDD公司独自开发技术，用氟化物和碲化物为原料制造POF以及用这种POF所组成的设备已开始出售。

　　5.3东京农工大学等东京农工大学与卜U欠5力研究所合作，采用高分子材料，一经照射紫外线就能改变折射率的POF被开发出来。所采用的=卜口>系高分子，于1999年4月已实现专利化。这种POF在紫外线以外的光照射下，折射率不变化，可根据紫外线照射的时间长短，能够控制折射率的分布。该POF除用于导光外，还能用于平面透镜等光学仪器上。

　　5.4旭硝子公司等（下转48页）本发明为活性炭纤维的制备及其用于吸附处理含染料废水的方法，通过有效地控制制备工艺条件，如选用合适的纤维浸药剂、调节碳化一活化温度等，使所得活性炭纤维具有比表面为1000―3000m/g，孔分布为2nm，适合于吸附染料等较大分子有机物。该活性炭纤维用于吸附处理含染料废水，方法简单易行，且对水中染料的吸附容量大、吸附速度快、吸附完全，水中染料的去除率可达100%.该方法对染料废水的溶度处理，提高水的回用率，减缓水资源缺乏的矛盾，具有重要的意义和应用前景。

　　专利申请号：98113255；公开号：1204622建筑材料构件本发明提供一种建筑材料构件，该建筑材料构件包括具有规定形状和厚度的硬质装饰板部件以及底层部件，在该底层部件上设置并粘贴有上述硬质装饰板部件。该硬质装饰板部件的材料为石块、瓷砖、木材、竹材，底层部件的材料为合成树脂、橡胶、玻璃纤维、或碳纤维。底层部件具有开口、或按照具有由硬质层和软质层构成的2层的方式构成，在进行施工时，这些开口或软质层可对付在施工表面上所出现的凹凸部。

　　专利申请号：98105139；公开号：1193678（日本）半金属无石棉刹车片一种半金属无石棉刹车片，其钢背板上的摩擦复合材料各组分的质量百分比如下：酚醛树脂15 6、氧化锌1一3、碳化硅5―8、硫磺0.5―2.5、精铁矿粉34―42、碳纤维5一3.0、玻璃纤维2―8、丙酮适量。本发明的产品制动平稳、噪音小，摩擦复合材料与钢背板粘结牢固、不龟裂、耐磨、使用寿命长。

　　专利申请号：981Q5Q56；公开号：1228461（本专栏“化专”稿）（上接40页）旭硝子、三菱商事、网络整合器大公司网络系统3家合作，开始出售全氟聚合物POF.最近，由于因特网使用主页和电子商务与用数据库在顾客管理和会计管理中传送大容量数据的需要，必须用光纤建立办公室内局域网和子网。所用的POF系由旭硝子公司所开发的全氟聚合物POF，品名为，其性能超过多模石英光纤，在传输距离lm内，光信号传输速度达到1Gb/s.这种POF柔软性优异，连接容易，作业时间仅为石英光纤连接时间的1/10，这样可大幅降低连接费用。它可以在现有的LAN体系中使用。这3家公司共同开发以旭硝子公司全氟聚合物POF为中心的市场，其开发的目标，在5―6年之后采用的体系总销售额达到约500亿日元。

　　5.5南京玻璃纤维研究设计院南京玻璃纤维研究设计院从20世纪80年代起开始研究开发POF.采用挤出成型纺丝法连续生产POF.产品有POF原丝、POF导光束、POF工艺品（如POF灯、动植物、人物造型等），产品广销国内外。这种POF除用作光纤灯等工艺品外，还可用于广告、橱窗、仪表、汽车表盘照明、教学器具等。

　　6结束语I型POF将和石英光纤一样，需求量会大幅度增加，其中PMMA系POF和全氟化聚合物POF仍是重点开发的产品。它们在LAN及家庭网络中的用量越来越多。今后，POF应在提高性能、降低成本、扩大传输距离、降低传输损耗等方面再下工夫，创造新的业绩，以适应高速通信的需要。