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众所周知,石英玻璃光纤以其衰减小、带宽高等优点被用作远距离、高速率、大容量公用网的光传输介质。石英玻璃光纤以其原料纯洁、制造复杂、价格昂贵、接续困难等缺点制约了其大量用作短距离接入网光传输介质。正是为降低短距离接入网中光纤网络终端用户的光纤接入成本(即传输介质、接续施工等),日本、美国等发达国家的一些大学和公司已研究出新一代短距离光传输介质——塑料光纤。塑料光纤的优点:制造简单、价
格便宜、接续快捷等。故其最适宜作为局域网中短距离通信、有线电视网、室内计算机之间的光传输介质。本文简明扼要的阐述塑料光纤的研究历程、研究要点、光纤性能、系统应用,以飨读者。
研究历程
70年代初,美国杜邦公司开始了数据通信用塑料光纤的基础研究工作。
1987年,美国杜邦公司将其拥有的所有塑料光纤产品专利全部出售给日本三菱人造丝株式会社。三菱人造丝株式会社继续进行塑料光纤产品开发和推广应用工作。同年,法国塑料光纤联合集团研制出的阶跃折射率分布塑料光纤,其带宽为5MHz.km.
1990年日本庆应大学小池康博宣布研制出带宽为3GHz.km的梯度折射率分布的塑料光纤。
1992年,美国IBM公司的Bates提出了在100m长的阶跃折射率分布塑料光纤传输50Mbit/s的试验,小
池康博等报道了用红外激光器在100m长的塑料光纤上进行2.5Gbit/s的传输试验。1994年,日本庆应大学佐佐木等报道,他们研制出了塑料光纤光放大器。
1995年,日本NEC公司的山崎用小数值孔径650mmLD,100m的小数值孔径的阶跃折射率分布塑料光纤进行了155Mbit/s的试验。
1996年,人们纷纷建议以塑料光纤为基础建立极低成本的用户网ATM物理层。
1997年,日本NEC公司的山崎进行了155Mbit/s的ATM、LAN的试验。 1998年,日本NEC公司的山崎在70m长塑料光纤上进行了400Kbit/s的传输试验。日本硝子玻璃株式会社报道,梯度折射分布的氟化物塑料光纤的衰减仅为掺杂的聚甲基丙烯酯塑料光纤衰减的三分之一。日本富土通公司的今井报道,以1.3μmFP-LD、InGaAs-APD为光源,在200m梯度折射率分布的氟化物塑料光纤上进行了2.5Gbit/s试验。
在OFC-98会议上,日本硝子玻璃株式会社报道了氟化物塑料光纤的衰减系数:在(650-1300)nm波长小于100db/km,在(850-1300)nm,约50db/km,且有望进一步降低,其带宽为(300-500)MHz.km,理论带宽可达10GHz.km。该塑料光纤的稳定工作温度为(-40~+90)℃。XaQti吉比特半导体供应商用梯度折射率分布的氟化物塑料光纤进行了200m10Gbit/s的传输试验。
2000年,OFC会议上,日本硝子玻璃株式会社新技术发展部的NoriyukiYoshihara等报道氟化梯度折射率塑料光纤的衰减系数:在850nm为41db/km,1300nm为33db/km,其最大带宽已达100MHz.km。用这种塑料光纤成功地进行100m、11Gbit/s和50m、2.5Gbit/s的高速传输试验和70℃长期热老化试验。实验证明,氟化梯度折射塑料光纤完全满足使用要求。
研究要点
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。
当今,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
今天,人们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。
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