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１ ＩＢＥＲＯ。 ＰＴｉＣＳ ｃＯ乙 ＭＭＵＮＩＣＡＴＩ ｌＯＮ ｌ＿■■＿光通信（２）对于一个特定原子对的近红 外及可见光谱，其转动跃迁引起的吸收 的贡献远小于振动跃迁引起的吸收。转 使用一般的引发剂不可避免地要在 大分子链端引入引发剂的端基，从而增 大ＰＭＭＡ的光损耗。含氟自由基是用电子 损耗，而且可以回收反复使用，是一种 具有较大应用前景的新型引发剂。 （２）抗氧单体对有机光纤损耗的 影响： 动跃迁只是将特定的振动跃迁的某一谱 线变为谱带，将近红外光谱及可见光谱 解释为振动光谱是合理的。 加速器加速电子于室温下照射全氟有机 化合物（典型为全氟化烷烃）而得到的含 氟自由基，含氟自由基引发聚合后沉淀 有机光纤的生产过程中必须排除氧 气的干扰，因为聚合物在高温时接触氧 气会发生氧化降解、变黄等现象。我们 在聚合物中加入对有机光纤损耗影响不 大的抗氧性单体，改善聚合物材料本身 抗氧性７。 我们分别在ＢＡ—ＭＭＡ、ＥＡ－ＭＭＡ体系中 加入１０ｗｔ％抗氧性单体合成三元共聚 物，并制备成有机光纤（１ｍ长、有机硅涂 层），其透光率（６５０ｎｍ）见表１。可以发 波长／ 现，抗氧性单体显著提高了塑料光纤的 透光率 主要因为抗氧性单体降低了聚 合物合成、挤出拉丝过程中氧气对聚合 物氧化降解作用，从而提高了聚合物的 波数／１０。ｃｍ一 透明性。同时也说明了有机光纤的生产 过程中必须排除氧气干扰。 图ｌ Ｃ－Ｈ振动吸收损耗拟合波谱与测量波谱对比 我们在这两点假设的基础上，由 于反应容器底部，大分子链端则不存在 引发剂端基，因此避免了端基的光吸收 Ｍｏｒｓｅ位能函数建立起非谐振子一维薛定 谔方程，推导出不同量子数的Ｃ～Ｈ键伸 缩振动波数计算的公式，由此得ＮＣ－－Ｈ 键伸缩振动强度公式、损耗公式，在此 基础上，用洛仑兹函数拟合，得到了具 有指导意义的有机光纤损耗谱５。 ２．低损耗ＳＩ－ＰＯＦ的制备 （１）引发剂对有机光纤损耗的影 响： 我们利用含氟自由基和过氧化二苯 甲酰（ＢＰＯ）引发ＭＭＡ￥￣Ｊ备ＰＭＭＡ材料，制成 有机光纤，其损耗如图２－２，最低损耗分 别为３１０ｄＢ／ｋｍ和６６１ｄＢ／ｋｍ。很明显， 含氟自由基提高了 ＰＭＭＡ纯度，降低了ＰＭＭＡ有机光纤损 耗６。 ‰ 图２不同引发剂引发聚合的ＰＭＭＡ塑料光纤损耗光谱 （１＃：引发剂为偶氮二异丁腈；２＃：引发剂为含氟自由基） １３ 维普资讯 http://www.cqvip.com
ｌｌＤ ＡＮＤ ＧＹ 表１抗氧性单体对有机光纤透光率的影响 抗氧性 Ｏ Ｏ １Ｏ １Ｏ 所含单体 ＢＡ－ｍ诅 ＥＡ—ｍ诅 ＢＡ一呲 ＥＡ—ｍ诅 透光率％ ３２．９ ４Ｏ．Ｏ ５４．７ ８８．８ （３）表面氟化对有机光纤损耗的 图３ ＰＭＭＡ Ｐ０Ｆ样品表面氟化前谱损 （９４５ｄＢ／ｋｍ，６５０ｎｍ） 图４ ＰＭＭＡ ＰＯＦ样品表面氟化后谱损 （７７０ｄＢ／ｋｍ。６５０ｎｍ） １４ 为了进一步改善包层不均匀、包层 杂质和包层与纤芯接合不紧密等等问题 引起的光纤散射损耗和光泄漏现象，我 们进一步采用表面氟化技术来降低光纤 损耗８。上图为ＰＭＭＡ ＰＯＦ样品氟化前后损 耗比较。氟化后光纤损耗有了明显的降 低，降幅达２Ｏ％左右，且谱损曲线同氟 化前无太大变化，最低损耗窗口仍在 ６５０ｎｍ处。说明表面氟化能够改善ＰＭＭＡ ＰＯＦ样品的损耗性能，同时不影响光纤谱 损曲线。这主要是因为表面氟化技术在 原有包层材料表面产生了折射率更低的 薄层，形成双包层。这样在一定程度上 弥补了制备工艺中包层的缺陷，降低了 由于包层不均匀或杂质引起的光散射和 光泄漏。 三。梯度型有机光纤（Ｏｉ ＰＯＦ）预制 棒的制备与性能研究 ＧＩ ＰＯＦ具有能通过宽频带光波的优 点，是有机光纤的重点发展方向。 ＧＩ—ＰＯＦ发展首先遇到的一个难以克服的 困难就是预制棒制备过程中易起气泡的 问题，通过大量的试验，已经确定出气 泡产生的主要影响因素。采用新的界面 凝胶方法制备出无气泡的ＧＩ ＰＯＦ预制 棒，并可以实现对预制棒的折射率分布 指数的控制 １、无气泡ＧＩ型光纤预制棒的制备 我们通过大量实验，确定出气泡的 影响因素有９： （１）聚合反应温度以及温度波动。 ＭＭＡ本体聚合反应中，温度是决定聚合速 度的重要因素，极大地影响着气泡的产 生，温度的波动会造成放热不均匀，使 得预制棒产生气泡。 （２）原材料的纯度：原材料中含有 维普资讯 http://www.cqvip.com
１Ｆ Ｉ光ＢＥ通ＲＯ信ＰＴＩＣ￥ｃＯＬ ＭＭＵＮＩ ＩＣＡＴＩ ｌＯＮ ｌ＿■■＿的一些小分子杂质如：醇、水、阻聚 剂、过渡金属离子和不溶性的固体杂质 等，这些杂质的存在将影响聚合反应速 率，使得预制棒产生气泡。 （３）环境湿度；环境湿度对气泡的 影响很大，由于ＭＭＡ是一种极性介质并且 具有疏散的结构，其对水分子具有极强 的亲和力，它的吸水率是２．４％。，当 琶 黪 空气湿度超６０ ｒｈ时，所得的预制棒一般 气泡较多。而空气湿度小于４０ｒｈ时，所 得预制棒一般气泡较少。 对这两种情况下的预制棒作红外分 析，发现潮湿环境下的预制棒的红外谱 ＿嘲’ 图在大约３３００ｃｍ一１处有较大的吸收峰， 图６潮湿环境下的预制棒红外光谱 干燥环境中的预制棒红外谱图中则没 ２、预制棒折射率分布的控制与优 有，见图５～６，说明ＭＭＡ对小分子水的吸 化 收是气泡产生的原因。 ＧＩ ＰＯＦ预制棒的折射率分布是它最 逐一控制气泡产生的影响因素，采 主要的性能，它决定着ＧＩ ＰＯＦ的主要光 用新的界面凝胶聚合法１０，我们可以制备 学特性和传输性能，例如光线轨迹、聚 出长度为１５￣３０ｃｍ，直径为１６～２５ｍｍ的 焦特性、数值孔径、像差以及传输速 无气泡预制棒。如图７～８。 度、带宽特性等。因此如何对ＧＩ ＰＯＦ预 图７ ＭＭＡ—ＢＢ Ｇ１ ＰＯＦ预制棒， 长３０ｍｍ，直径１６ｍｍ 图８ ＭＭＡ—ＢＢ ＧＩ ＰＯＦ预制棒 长１５ｃｍ，直径２０ｍｍ 图５干燥环境下的预制棒红外光谱 １５ 维普资讯 http://www.cqvip.com
ｍｉＤ ＡＮＤ ＧＹ 制棒的折射率分布进行控制与优化是预 制棒制各中的关键问题。 我们研究了掺杂剂浓度与折射率之 间的关系，得到图９。根据掺杂剂浓度与 折射率之间的关系，确定出所需掺杂剂 浓度，在一定工艺条件下，就可以制各 出具有不同折射率分布指数ｇ的预制棒。 我们已经制各出ｇ接近于２、带宽为 １５０ＭＨｚ－ｋｍ（计算值）的ＧＩ－ＰＯＦ预制棒。 镜，军事、航空航天领域等，都是有机 光纤具有优势或潜能的应用方向或应用 领域。可以预见，在不久的将来，有机 光纤及其器件将成为我们工作、学习、 参考文献 ［１］Ｌｃｈｉｋａｗａ Ａ ｅｔ ａ１． ＵＳ ｐａｔｅｎｔ，５７０１３７７．１９９７ ［２］Ｏｈｔｓｕｋａ Ｙ ｅｔ ａ１． ＡＤＤ． 生活中不可或缺的产品之一！ 矗、结论 Ｏｐｔ．１９８４，２３（１ １）：１７７９—１７８３ ［３］Ｉｓｈｉｇｕｒｅ Ｔ ｅｔ ａ１．ＡＤｐ．Ｏｐｔ． １９９４，３３（７）：１４７５—１４８９ ［４］Ｔｒｉｐａｔｈｙ Ｓ ｅｔ ａｌ ＵＳ ｐａｔｅｎｔ，５９３５４９ １．１９９９ １、含氟自由基引发的ＭＭＡ聚合反 应，能降低ＰＯＦ的损耗：抗氧性单体减少 了氧气对有机光纤的氧化，提高了有机 ［５］范明海，塑料光纤损耗机理及 塑料光纤放大器的研究，西安交通大学 博士学位论文，１ ９９８，２ ［６］范明海、王寿泰、徐传骧，以 含氟自由基引发聚合ＭＭＡ塑料光纤， 《光 纤与电缆及其应用技术》，１９９７（２）： ２７－２９ ［７］储九荣，低损耗、高带宽聚合 物光纤及紫外光固化光纤涂料的研究， 西安交通大学博士学位论文，２００１，４ 国闻撇ｌ ＤＰＳ Ｚ ＤＰ ３ ＤＰＰ ４ ＴＰＰ ５ ＢＥＮ ６ ＢＢ ｔＳ ［８］温序铭，低损耗聚合物光纤制 备关键技术研究，西安交通大学硕士学 位论文 ［９］Ｗｅｎ ｄｉｎｇ，Ｃｈｕａｎｘｉａｎｇ Ｘｕ， Ｓｈｏｕｔａｉ Ｗａｎｇ， Ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ Ｒｅｆｒａｃ～ 图９掺杂剂浓度与折射率关系图 光纤的透光性；采用成丝与包覆一次成 型的双层共挤拉丝法，以及表面氟化技 四、有机光纤的应用及发展趋势 术可以改善光纤的漏光和氧化的问题。 随着光纤新材料、新型光纤结构以 及新理论、新技术等的不断开发应用。 现在的有机光纤已能用于短距离、高速 ２、控￣ＩＪＧＩ ＰＯＦ￥￣各过程中影响气泡 产生的主要影响因素：１）聚合反应温度 及温度波动；２）原材料的纯度；３）环境 的因素。采用新的界面凝胶聚合法可以 ｔｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉＯｎ Ｏｆ ＧＩ ＰＯＦ Ｐｒｅｆｏｒｍ，，ＭａｔｅｒｉａｌＳ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｒｕｍ， ２００３，４２３（４）：５１９－５２２ ［１０］Ｗｅｎ ｄｉｎｇ，Ｃｈｕａｎｘｉａｎｇ Ｘｕ， Ｓｈｏｕｔａｉ Ｗａｎｇ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ 率的数据传输系统。此外，各种有机光 纤器件，如：光纤放大器、光纤耦合 器、光纤激光器以及集成光路、光计算 机等也正在研究之中。各种新型光纤局 域网，如：校园网、楼宇网、工业自动 制备出无气泡预制棒；通过确定掺杂剂 浓度与折射率分布的关系，可以控制预 制棒的折射率分布；对于掺杂型ＧＩ ＰＯＦ，掺杂单体分子的分子体积越大、分 子折射率越大，体系的本征散射损耗越 大。 ■ Ｇｒａｄｅｄ・ｉｎｄｅｘ ＰＯｌｙｍｅｔ Ｏｐｔ ｉｃａｌ Ｆ． ｂｅｒ Ｐｒｅｆ．Ｏｍ．ＭａｔｅｒｉａｌＳ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｒｕｍ，２００３，４２３（４）：５０５—５０８ 控制网、办公自动化网 汽车网、飞机 网、家庭网等。甚至各种工业用有机光 纤传感器，工业或医用有机光纤内窥 ［１１］丁文，ＧＩ ＰＯＦ聚合物光纤预制 棒的制各及其性能研究，西安交通大学 博士学位论文，２００３，９ １６
