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塑料光纤长周期光栅的传感特性研究

- 1 -塑料光纤长周期光栅的传感特性研究1 杨冬晓1,2，廖启亮1，陈松涛1，耿丹1 1 浙江大学信息与电子工程学系，浙江杭州（310027） 2浙江大学太赫兹技术研究中心，浙江杭州（310027） E-mail ：yangdx@https://www.360docs.net/doc/5810959288.html, 摘要：本文对一种塑料光纤长周期光栅的传感特性进行了实验研究，测得的最大应变量为 1.268%，应变灵敏度系数为1.144 pm/με，温度灵敏度系数为56.23 pm/℃。该种光纤光栅具有柔性好、调谐范围大等优点。关键词：长周期光栅，塑料光纤, 温度传感，应变传感中图分类号：TP212.14 1. 引言自从Vengsarkar A M 等人[1] 在光纤中成功地写入长周期光栅（LPG ）以来，有关LPG 的研究工作引起了广泛的关注，LPG 在带阻滤波器、宽带掺铒光纤放大器的增益平坦、全光开关和高灵敏度传感器等方面[2]有重要的应用。同石英光纤相比，一般塑料光纤具有可挠性好、重量轻、应变范围大等优点，通过紫外激光在塑料光纤中写入的长周期光栅具有调谐范围大、灵敏度高等特点。若对塑料光纤光栅施加一定的温度与应变，其产生的调谐范围可以覆盖光纤通信系统的波长范围。本文对塑料光纤长周期光栅（PLPG ）的温度[3]与应变传感特性进行实验研究。 2. 基本原理 LPG 是一种光纤光栅，光栅周期一般大于100 μm ，其基本的传光原理是将前向传输的纤芯模式耦合至前向传输的包层模式中，包层模能量很快消逝。其相位匹配条件为 ()Λ?=)(cl )(co )(n m mn n n λ （1）其中)(co m n 、)(cl n n 分别为m 阶纤芯模式和n 阶包层模式的有效折射率，)(mn λ为满足以上相位匹配条件的波长，Λ为光栅周期。只有满足相位匹配条件，纤芯模式才能有效地从LPG 纤芯耦合到包层中的包层模，在透射谱上出现损耗谷。LPG 的透射损耗谷要比布喇格光栅的透射损耗谷宽，而具有几个低阶模式的LPG 透射损耗谷比单模光纤LPG 的透射损耗谷宽。当温度不变时，对式(1)两边关于应变求导，可以得到应变系数εK ()()Λ??Λ?==)(cl cl )(co co )(ε11d d n m mn n p n p K ε λ （2）式中p co 、p cl 分别为纤芯和包层的有效弹光系数。当应变不变时，对(1)式两边关于温度求导，可以得到温度系数K T 1 本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：20030335029）和国家自然科学基金（项目编号：60177025）资助

塑料光纤的性能及其应用和制备

塑料光纤的特性以及应用 080611338 丁宁摘要：介绍了塑料光纤在局域网、汽车工业、传感器等领域的应用。通过对石英光纤、金属电缆与塑料光纤的性能进行比较，得到了塑料光纤具有芯径大、柔韧性好、价格低廉、制作简单等特点。就塑料光纤在局域网、汽车工业、传感器等领域的应用进行了分析、总结。此外还指出阻碍塑料光纤进一步发展的因素。一、引言随着通信产业的迅猛发展，光纤作为信息载体的光信号传输介质在大容量数据的高速传输中起着重要的桥梁和纽带作用。目前，石英光纤由于其宽带、低损耗、适合长距离通信传输，而占据着光通信的主要市场。然而，由于石英光纤芯径小、连接复杂、成本高，所以在光纤人户时遇到很大的困难。随着短距离、大容量的数据通信系统及汽车等工业的迅速发展，塑料光纤(P0F)以其芯径大、柔韧性可塑性强、重量轻、价格低廉等优点而受到国际的普遍关注。为了对塑料光纤有一个较为全面的认识，本在查阅有关文献的基础上，阐述塑料光纤的主要特性和应用以及制备方法。二、基本原理塑料光纤的定义：塑料光学纤维是以光学塑料为材料的一类重要的光学纤维。塑料光纤传光原理： 1、子午光线在阶跃型塑料光纤中的传输阶跃型塑料光纤是一种具有芯皮结构的光纤。子午平面指的是包含有光纤轴的平面，所谓子午线，就是光线的传播路径始终在同一平面内，子午光线总是和光纤轴相交的，光在一种均匀介质传播时是一种直线式传播：当光从一种介质传至另一介质表面时，一般同时发生反射和折射；如果光从折射率小的光疏介质射入折射率大的光密介质时，则折射角小于入射角；而当光从光密介质射入光疏介质时折射角将大于入射角，因而当光从光密介质射入光疏介质时就有可能出现只有反射而无折射的现象，这就是全反射，全反射是光折射的一种边界效应，即光从一种透明介质进入到另一种介质里而发生弯曲的现象。塑料光纤就是通过全反射原理进行光传输的。 2、子午线在阶跃型光纤中的几何行程和反射次数由于子午光线入射光纤中并不是同一角度，故而其在光纤中的几何行程也不相同。无论是子午线在光线中的行程计算公式还是反射次数计算公式，都是假定光纤是处于非常理想状态下：光纤非常直，光纤直径均匀，光纤内部无缺陷和光纤入射端面平直等，倘若光纤不在这一理想条件下，则入射子午线全反射的状况就会发生变化，如有的会从光纤中反射出，有的反射角会发生变化等，因此光纤的传输损耗也会增加。 3、斜光线在阶跃型折射率塑料光纤中的传输所谓斜面光线，就是光在光纤中传输中时，并不是像子午光线一样保证在同一平面内，它在光纤中传输时，其轨道通常是一空间螺旋曲线，其最大入射角比子午线的大，但通常以子午线传输表征光纤的传输特性，自然这是最理想的一种状况。 4、光在渐变型折射率分布塑料光纤中的传输对于渐变型折射率GI 塑料光纤，同样有子午线和斜光纤，这种光纤折射率并不是一恒定常数，而是随着离轴距离的增加而折射率下降，其渐变折射分布图参见如下；抛物线型折射率分布光纤具有较小的模式色散的特点，渐变折射分布有多种形式，当折射率分布按二次方抛物线分布时，子午线在光纤中的传播路径为正弦曲线型，斜光纤的传播路径为螺旋曲线，渐变型折射率塑料光纤多用于短距离数据传输，用于光纤照明较少。 5、荧光塑料光纤的传光原理荧光塑料光纤就是在塑料光纤芯材中掺入一定量的荧光剂制备而成的塑料光纤，这种塑

光纤基本知识

光缆基本知识介绍光缆基本知识介绍一、光纤的组成与分类 1、光纤按其制造材料的不同可分为石英光纤和塑料光纤，石英光纤即通常使用的光纤，石英光纤按其传输模式的不同分为单模光纤和多模光纤。塑料光纤全部由塑料组成，通常为多模短距离应用，还处于起步阶段，未有大规模应用。 2、石英光纤的结构：石英光纤由纤芯、包层及涂覆层组成，其结构如图：光纤中光的传输在纤芯中进行，因包层与纤芯石英的折射率不同，使光在纤芯与包层表面产生全反射，使光始终在纤芯中传输，而塑料涂覆层起保护石英光纤及增加光纤强度的作用，因石英很脆，若没有塑料的保护则无法在实际中得到应用，正因为光纤的结构如此，所以光纤易折断，但有一定的抗拉力。 3、石英光纤的分类单模光纤 G.652A（B1.1简称B1） G.652B（B1.1简称B1） G.652C（B1.3） G.652D（B1.3）

G.655A光纤（B4）（长途干线使用） G.655B光纤（B4）（长途干线使用）多模光纤 50/125（A1a简称A1） 62.5/125(A1b) 二、光缆的结构 1、室外光缆主要有中心管式光缆、层绞式光缆及骨架式光缆三种结构，按使用光纤束与光纤带又可分为普通光缆与光纤带光缆等6种型式。每种光缆的结构特点： ①中心管式光缆（执行标准：YD/T769-2003）：光缆中心为松套管，加强构件位于松套管周围的光缆结构型式，如常见的GYXTW型光缆及GYXTW53型光缆，光缆芯数较小，通常为12芯以下。 ②层绞式光缆（执行标准：YD/T901-2001）：加强构件位于光缆的中心，5~12根松套管以绞合的方式绞合在中芯加强件上，绞合通常为SZ绞合。此类光缆如GYTS等，通过对松套管的组合可以得到较大芯数的光缆。绞合层松套管的分色通常采用红、绿领示色谱来分色，用以区分不同的松套管及不同的光纤。层绞式光缆芯数可较大，目前本公司层绞式光缆芯数可达216芯或更高。 ③骨架式光缆：加强构件位于光缆中心，在加强构件上由塑料组成的骨架槽，光纤或光纤带位于骨架槽中，光纤或光纤带不易受压，光缆具有良好的抗压扁性能。该种结构光缆在国内较少见，所占的比例较小。 ④ 8字型自承式结构，该种结构光缆可以并入中心管式与层绞式光缆中，把它单独列出主要是因为该光缆结构与其它光缆有较大的不同。通常有中心管式与层绞式8字型自承式光缆。 5 煤矿用阻燃光缆（执行标准：Q/M01-2004 企业标准）：与普通光缆相比，提高了光缆阻燃性能的要求，并经过特殊的设计使光缆适用于矿井环境下使用，通常外护套颜色采用兰色，以利于矿井中对光缆的识别。按结构可分入中心管式光缆与层绞式光缆两类结构中。 2、室内光缆室内光缆按光纤芯数分类，主要有单芯、双芯及多芯光缆等。室内光缆主要由紧套光纤，纺纶及PVC外护套组成。根据光纤类型可分为单模及多模两大类，单模室内缆通常外护套颜色为黄色，多模室内缆通常外护套颜色为橙色，还有部分室内缆的外护套颜色为灰色。

光缆基本知识介绍

光缆基本知识介绍一、光纤的组成与分类 1、光纤按其制造材料的不同可分为石英光纤和塑料光纤，石英光纤即通常使用的光纤，石英光纤按其传输模式的不同分为单模光纤和多模光纤。塑料光纤全部由塑料组成，通常为多模短距离应用，还处于起步阶段，未有大规模应用。 2、石英光纤的结构：石英光纤由纤芯、包层及涂覆层组成，其结构如图：光纤中光的传输在纤芯中进行，因包层与纤芯石英的折射率不同，使光在纤芯与包层表面产生全反射，使光始终在纤芯中传输，而塑料涂覆层起保护石英光纤及增加光纤强度的作用，因石英很脆，若没有塑料的保护则无法在实际中得到应用，正因为光纤的结构如此，所以光纤易折断，但有一定的抗拉力。 3、石英光纤的分类单模光纤 G.652A（B1.1简称B1） G.652B（B1.1简称B1） G.652C（B1.3） G.652D（B1.3） G.655A光纤（B4）（长途干线使用） G.655B光纤（B4）（长途干线使用）多模光纤 50/125（A1a简称A1） 62.5/125(A1b) 二、光缆的结构 1、室外光缆主要有中心管式光缆、层绞式光缆及骨架式光缆三种结构，按使用光纤束与光纤带又可分为普通光缆与光纤带光缆等6种型式。每种光缆的结构特点： ①中心管式光缆（执行标准：YD/T769-2003）：光缆中心为松套管，加强构件位

于松套管周围的光缆结构型式，如常见的GYXTW型光缆及GYXTW53型光缆，光缆芯数较小，通常为12芯以下。 ②层绞式光缆（执行标准：YD/T901-2001）：加强构件位于光缆的中心，5~12根松套管以绞合的方式绞合在中芯加强件上，绞合通常为SZ绞合。此类光缆如GYTS 等，通过对松套管的组合可以得到较大芯数的光缆。绞合层松套管的分色通常采用红、绿领示色谱来分色，用以区分不同的松套管及不同的光纤。层绞式光缆芯数可较大，目前本公司层绞式光缆芯数可达216芯或更高。 ③骨架式光缆：加强构件位于光缆中心，在加强构件上由塑料组成的骨架槽，光纤或光纤带位于骨架槽中，光纤或光纤带不易受压，光缆具有良好的抗压扁性能。该种结构光缆在国内较少见，所占的比例较小。 ④8字型自承式结构，该种结构光缆可以并入中心管式与层绞式光缆中，把它单独列出主要是因为该光缆结构与其它光缆有较大的不同。通常有中心管式与层绞式8字型自承式光缆。 5 煤矿用阻燃光缆（执行标准：Q/M01-2004 企业标准）：与普通光缆相比，提高了光缆阻燃性能的要求，并经过特殊的设计使光缆适用于矿井环境下使用，通常外护套颜色采用兰色，以利于矿井中对光缆的识别。按结构可分入中心管式光缆与层绞式光缆两类结构中。 2、室内光缆室内光缆按光纤芯数分类，主要有单芯、双芯及多芯光缆等。室内光缆主要由紧套光纤，纺纶及PVC外护套组成。根据光纤类型可分为单模及多模两大类，单模室内缆通常外护套颜色为黄色，多模室内缆通常外护套颜色为橙色，还有部分室内缆的外护套颜色为灰色。三、光缆型号的命名方法(YD/T908-2000) 1、光缆型式由五部分组成 Ⅰ、表示光缆类别 Ⅱ、加强构件类型 Ⅲ、结构特征 Ⅳ、护层 Ⅴ、外护层

塑料光纤应用及发展前景

塑料光纤特性研究及其应用摘要：塑料光纤是由高折射率的高聚物芯层和低折射率的高聚物包层所制成的光导纤维。塑料光纤的研究己经历30年之久，最早的塑料光纤是美国杜邦公司于1968年开发的聚甲基内烯酸甲酯阶跃型塑料光纤。最初生产的塑料光纤由于衰减大、色散大，带宽远远不能满足高速数据通信的要求，它仅仅用于照明、汽车车灯监控等非通信领域。随着高聚物材料的合成工艺，改性方法等技术的发展，使得塑料光纤的芯、包材料的选择，制造工艺方法，性能的改善等方面得以长足发展，现今塑料光纤己达到成熟生产和实用化水平。现在研制的新型氟树脂塑料光纤(POF)的传输速率为2. 5 Gbit/s,传输距离达200 m，其性能与现存的石英多模光纤技术性能完全接近，充分展示了塑料光纤的魅力和应用前景。这种塑料光纤可以取代石英多模光纤应用到光纤入户的局域网建设中，市场潜力巨大。塑料光纤与石英光纤相比，塑料光纤在高速短距离通信网络中具有显著的竞争优势，它在100~1 000 m范围内带宽可达数GHz，而成本与对称电缆相当同时塑料光纤具有加工容易、弯曲性能好、连接分路简单、操作简便、价格便宜、可以采用可见光作光源等一系列优点。塑料光纤制备技术的不断提升正不断提升这塑料光纤的品质，在汽车，局域网，甚至战斗机等高速短距离通信要求较高，传输距离不高的地方，塑料光纤起着举足轻重的地位。关键词：市场现状制备方法市场前景特性研究应用领域目录前言： (2) 1.塑料光纤市场现状及前景 (2) 1.1塑料光纤发展过程及前景 (2) 1.2塑料光纤主要市场现状 (3) 1.2.1汽车工业 (3) 1.2.2.消费电子 (3) 1.2.3工业控制总线系统 (4) 1.2.4互连网 (4) 2.塑料光纤的材料及性能 (5) 2.1.塑料光纤的皮层材料 (5) 2.2塑料光纤的芯材料 (5) 2.3塑料光纤的性能 (6) 3塑料光纤的制备技术及比较 (9) 3.1塑料光纤制备技术 (9) 3.1.1棒管法 (9) 3.1.2共挤法 (10)

光导纤维的原理及应用

光导纤维的原理及应用廖浚竹物理学2015级摘要：介绍了阶跃型和梯度型光导纤维内光线传输原理，光导纤维的优良特性和在各个领域的广泛应用。关键词：光导纤维、全反射、自聚焦、光纤应用引言：光导纤维的研制成功使人类的通迅技术得到了前所未有的发展，自从1977年美国加利福尼亚洲通用电话公司安装第一套光纤通讯系统以后，发展十分迅猛，至今已普遍使用。于当今信息爆炸的世界，人们对提高无线电波传递信息容量给予了极大的关注，光纤通信就是这一征程上的重大里程碑。近年来，随着现代科学技术的迅猛发展，光导纤维不仅在通信、电子和电力等领域的应用日益扩展，而且在医学检测、太阳光照明、制作传感器等方面也有了重要突破，成为大有前途的新型基础材料。 1、阶跃型（全反射型）光导纤维光线传输原理 1.1全反射光由光密介质进入光疏介质时，即n2>n1时，折射光线将远离法线。随着入射角θ1的增大，折射角θ2增加很快，当入射角θ1增加到θc时，折射线延表面进行，即折射角为90°，该入射角θc称为临界角。若入射角大于临界角，则只有反射没有折射，此现象称为全反射(图1)。当光线由光疏媒介射到光密媒介时，折射光线将靠近法线而折射，故这时不会发生全反射。临界角：θc=arc(n1/n2) 图1 1.2光导纤维 ⑴基本结构光纤的内层是纯玻璃光芯,外包折射率低于玻璃折射率的掺杂物(包层)。内芯是光传播的部分,包层与纤芯折射率的差别就是为了使光发生全内反射。大部分的光纤在包层外还有一层涂覆层,它一般是一层或几层聚合物,防止纤芯和包层受到震荡而影响光学或物理性质。涂覆层对在光纤里传播的光没有影响,它只是作为一个减震器。 ⑵基本原理

浅谈塑料光纤与光纤照明应用

浅谈塑料光纤与塑料光纤照明应用导读：今天浅谈下塑料光纤灯发展概要及主要研发生产国情况，深入了解下塑料光纤的照明应用领域及市场前景，同时增强自身的专业知识，让更多的朋友加入我们的队伍来宣传并推广光纤照明应用。一、浅谈塑料光纤通过对塑料光纤的传光原理的研究及相关材料的开发，欧日等国的公司对塑料光纤的研制取得了重要的进展。它们研制成的塑料光纤，光损耗率已降到25～9dB/Km。其工作波长已扩展到870nm(近红外光)，接近石英玻璃光纤的实用水平。美国研制的一种PFX塑料系列光纤，有着优异的抗辐照性能。此外，美国麻省波士顿光纤公司研制的Opti-Giga塑料光纤更是引人注目，它不仅比玻璃轻、柔性更好、成本更低，而且可在100米内以每秒3兆比特的速度传输数据。这种光纤还可以利用光的折射或光在纤维内的跳跃方式来达到较高的传输速度。现在美欧日已把塑料光纤用于短途传输，如汽车、医疗器械、复印机等。就目前塑料光纤生产量而言，日本是世界上最大的塑料光纤生产者，然而却是欧洲推动了塑料光纤新应用领域的开发并建立了光纤检验标准。2001年下半年是欧洲塑料光纤工业发展的重要阶段，在这段时间内建立了欧洲塑料光纤检验和测量的新发展方针。世界上第一个专用塑料光纤应用中心(POFAC)在德国Nuremberg 落成。德国采用塑料光纤已经研制成功了多媒体总线系统MOST (24Mbit/s)，并且有几家轿车制造商已把该系统引入到自己的产品上。德国宝马公司(BMW)在其新的7个系列产品中开创了使用100m塑料光纤的记录。二、光纤照明应用领域及前景光纤照明是近年新发展起来的一门全新高科技照明技术。它是采用光导纤维

塑料光纤知识

塑料光纤知识问答 1、Q：什么是塑料光纤？ A：塑料光纤也称聚合物光纤，就是采用聚合物材料或有机材料制备而成的细丝状可传导光功率的传输线，现今国内低于POF的命名除聚合物光纤外，较为普遍的为塑料光纤，还有高聚物光纤，有机光纤，聚合物光波导等名称。塑料光导纤维（POF）是由高透明聚合物如聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）作为核结构材料，氟塑料作为皮层结构的一类光导体 2、Q：塑料光纤按照用途不同可分为哪几类？ A：塑料光纤按照用途不同可分为装饰用塑料光纤和通信用塑料光纤。 3、Q：通信用塑料光纤按照其芯-皮折射率分布不同可分为哪几类？ A：通信用塑料光纤按照其芯-皮折射率分布不同可分为阶跃折射率分布型塑料光纤（简称SI-POF）和渐变折射率分布型塑料光纤（简称GI-POF）。 4、Q：通信用PMMA塑料光纤的纤芯材料是什么？ A：通信用PMMA塑料光纤的纤芯材料是聚甲基丙烯酸甲酯。俗称有机玻璃，即亚克力。 5、Q：通信用PMMA塑料光纤一般的被覆材料是什么？ A：通信用PMMA塑料光纤一般的被覆材料是PE。 6、Q：通信用PMMA塑料光纤的纤芯直径是多少？ A：通信用PMMA塑料光纤的纤芯直径是980um。 7、Q：通信用PMMA塑料光纤的直径是多少？ A：通信用PMMA塑料光纤的直径是1000um。 8、Q：通信用PMMA塑料光缆的直径是多少？ A：通信用PMMA塑料光缆的直径是2.2mm。 9、Q：通信用PMMA塑料光纤的衰减范围是多少？ A：通信用PMMA塑料光纤的衰减为≤200dB。 10、Q：什么叫衰减？ A：光纤的传输损耗称为衰减 11、Q：一般PMMA塑料光纤裸纤产品有哪些规格？ A：一般PMMA塑料光纤裸纤产品的规格有：0.25mm、0.5mm、0.75mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm 12、Q：通信用PMMA塑料光纤的传输距离是多少？ A：通信用PMMA塑料光纤的传输距离是≤100m。

光缆的基本知识及常识

光缆小常识光缆基本知识介绍一、光纤的组成与分类 1、光纤按其制造材料的不同可分为石英光纤和塑料光纤，石英光纤即通常使用的光纤，石英光纤按其传输模式的不同分为单模光纤和多模光纤。塑料光纤全部由塑料组成，通常为多模短距离应用，还处于起步阶段，未有大规模应用。 2、石英光纤的结构：石英光纤由纤芯、包层及涂覆层组成，其结构如图：光纤中光的传输在纤芯中进行，因包层与纤芯石英的折射率不同，使光在纤芯与包层表面产生全反射，使光始终在纤芯中传输，而塑料涂覆层起保护石英光纤及增加光纤强度的作用，因石英很脆，若没有塑料的保护则无法在实际中得到应用，正因为光纤的结构如此，所以光纤易折断，但有一定的抗拉力。 3、石英光纤的分类单模光纤 G.652A（B1.1简称B1） G.652B（B1.1简称B1） G.652C（B1.3） G.652D（B1.3） G.655A光纤（B4）（长途干线使用） G.655B光纤（B4）（长途干线使用）多模光纤 50/125（A1a简称A1） 62.5/125(A1b) 二、光缆的结构 1、室外光缆主要有中心管式光缆、层绞式光缆及骨架式光缆三种结构，按使用光纤束与光纤带又可分为普通光缆与光纤带光缆等6种型式。每种光缆的结构特点： ①中心管式光缆（执行标准：YD/T769-2003）：光缆中心为松套管，加强构件位于松套管周围的光缆结构型式，如常见的GYXTW型光缆及GYXTW53型光缆，光缆芯数较小，通常为12芯以下。 ②层绞式光缆（执行标准：YD/T901-2001）：加强构件位于光缆的中心，5~12根松套管以绞合的方式绞合在中芯加强件上，绞合通常为SZ绞合。此类光缆如GYTS等，通过对松套管的组合可以得到较大芯数的光缆。绞合层松套管的分色通常采用红、绿领示色谱来分色，用以区分不同的松套管及不同的光纤。层绞式光缆芯数可较大，目前层绞式光缆芯数可达216芯或更高。松套层绞式普通光缆 (GYTA - GYTS - GYTA53 - GYTY53 - GYTA33 - GYTA(Y)533) ③骨架式光缆：加强构件位于光缆中心，在加强构件上由塑料组成的骨架槽，光纤或光纤带位于骨架槽中，光纤或光纤带不易受压，光缆具有良好的抗压扁性能。该种结构光缆在国内较少见，所占的比例较小。 ④ 8字型自承式结构，该种结构光缆可以并入中心管式与层绞式光缆中，把它单独列出主要是因为该光缆结构与其它光缆有较大的不同。通常有中心管式与层绞式8字型自承式光缆。 5 煤矿用阻燃光缆（执行标准：Q/M01-2004 企业标准）：与普通光缆相比，提高了光缆阻燃性能的要求，并经过特殊的设计使光缆适用于矿井环境下使用，

塑料光纤的特性与应用

塑料光纤的特性以及应用 080611３3８丁宁摘要：介绍了塑料光纤在局域网、汽车工业、传感器等领域的应用。通过对石英光纤、金属电缆与塑料光纤的性能进行比较，得到了塑料光纤具有芯径大、柔韧性好、价格低廉、制作简单等特点。就塑料光纤在局域网、汽车工业、传感器等领域的应用进行了分析、总结。此外还指出阻碍塑料光纤进一步发展的因素。一、引言随着通信产业的迅猛发展，光纤作为信息载体的光信号传输介质在大容量数据的高速传输中起着重要的桥梁和纽带作用。目前，石英光纤由于其宽带、低损耗、适合长距离通信传输,而占据着光通信的主要市场。然而，由于石英光纤芯径小、连接复杂、成本高，所以在光纤人户时遇到很大的困难。随着短距离、大容量的数据通信系统及汽车等工业的迅速发展，塑料光纤（P0F)以其芯径大、柔韧性可塑性强、重量轻、价格低廉等优点而受到国际的普遍关注。为了对塑料光纤有一个较为全面的认识,本在查阅有关文献的基础上,阐述塑料光纤的主要特性和应用以及制备方法。二、基本原理塑料光纤的定义：塑料光学纤维是以光学塑料为材料的一类重要的光学纤维。塑料光纤传光原理： 1、子午光线在阶跃型塑料光纤中的传输阶跃型塑料光纤是一种具有芯皮结构的光纤。子午平面指的是包含有光纤轴的平面，所谓子午线,就是光线的传播路径始终在同一平面内，子午光线总是和光纤轴相交的，光在一种均匀介质传播时是一种直线式传播:当光从一种介质传至另一介质表面时,一般同时发生反射和折射；如果光从折射率小的光疏介质射入折射率大的光密介质时，则折射角小于入射角；而当光从光密介质射入光疏介质时折射角将大于入射角，因而当光从光密介质射入光疏介质时就有可能出现只有反射而无折射的现象,这就是全反射，全反射是光折射的一种边界效应，即光从一种透明介质进入到另一种介质里而发生弯曲的现象。塑料光纤就是通过全反射原理进行光传输的。 2、子午线在阶跃型光纤中的几何行程和反射次数由于子午光线入射光纤中并不是同一角度，故而其在光纤中的几何行程也不相同。无论是子午线在光线中的行程计算公式还是反射次数计算公式，都是假定光纤是处于非常理想状态下:光纤非常直，光纤直径均匀,光纤内部无缺陷和光纤入射端面平直等,倘若光纤不在这一理想条件下，则入射子午线全反射的状况就会发生变化，如有的会从光纤中反射出,有的反射角会发生变化等,因此光纤的传输损耗也会增加。 3、斜光线在阶跃型折射率塑料光纤中的传输所谓斜面光线,就是光在光纤中传输中时，并不是像子午光线一样保证在同一平面内，它在光纤中传输时，其轨道通常是一空间螺旋曲线，其最大入射角比子午线的大，但通常以子午线传输表征光纤的传输特性，自然这是最理想的一种状况。

塑料光纤的特性与应用(doc 9页)

塑料光纤在工业领域的应用

塑料光纤在工业领域的应用塑料光纤，以其优异的耐候性、高带宽、良好的机械性能、价格低、安装简便、易于维护等优点，已经成为工业总线中的传输介质，广泛应用于加工自动化、楼宇自动化、过程自动化、发电与输配电等领域。对于塑料光纤(POF)来说，在工业控制总线系统的应用和发展，是其最大和最稳定的市场之一。在实际的工业自动控制系统应用中，塑料光纤(POF)通过转换器，能够实现与RS485、RS232等标准协议接口的连接，传输各种工控信号数据。随着塑料光纤(POF)在工业控制领域更多的应用，我们将会拥有可靠、稳定的通信线路。即使是在恶劣的、处于复杂电磁环境的的工业生产过程中，我们也可以通过塑料光纤(POF)实现工业控制和数据信号的传输，而不会发生因为使用金属电缆不能有效屏蔽电磁干扰，从而导致工业控制和数据信号传输中断的情况发生世纪之光在工业领域，塑料光纤主要以光纤跳线产品为主，支持Avago、ST、SMA等连接方式，也可订制特殊接头，长度可以根据客户需求订制。塑料光纤在工业领域的应用，又可细分为传感领域、工业自动化领域、风力发电领域、智能抄表领域等。传感领域塑料光纤在传感器方面有重要应用，可以用于测量许多不同的参数，如位移、液位、形状、颜色、亮度、透明度、折射率、温度、湿度、密度、气体泄漏等多种参量。工业自动化领域塑料光纤，以其优异的耐候性、高带宽、良好的机械性能、价格低、安装简便、易于维护等优点，已经成为工业总线中的传输介质，广泛应用于加工自动化、楼宇自动化、过程自动化、发电与输配电、工业机器人等领域。

风力发电领域风力能源，近年来已经逐渐成为满足快速增长能源需求下非常受到欢迎的替代电力来源，和来源有限且蕴藏量逐渐减少的化石燃料不同，风力能源的来源完全不受限制并且非常容易取得。要把风力能源转换成为实用的交流电，需要如整流器(Rectifier)和逆变器(Inverter)等功率电子设备，在高功率发电系统中，电绝缘在确保电力产生的质量和可靠性上扮演了非常重要的角色，而光纤组件可以通过提供高电压脉冲绝缘以及防止不必要信号进入功率电子设备提供保护。风力发电系统中工业用光纤的主要应用包括整流器和逆变器的功率电子门驱动、控制和通信电路板、风力涡轮机控制单元、状态监测系统以及风力电场联网等。智能抄表领域基于塑料光纤的智能抄表系统，以其良好的稳定性、实用性、便捷性、可靠性以及高带宽等

塑料光纤

塑料光纤高才渊110311238 摘要本文主要论述了近年来国内外塑抖光纤(PO F ) 的发展概况、种类、结构特点以及制造方法。对PO F 的应用及开发前景进行了较为详细的分析。评价了POF 传输系统及其元器件、应用领域等问题。关键词塑料光纤阶跃型梯变型自从本世纪60 年代发明塑料光纤( POF) 以来, 已经被广泛用于传感器、照明和装饰等方面。塑料光纤与玻璃光纤相比, 其毫米级的尺寸使它在安装处理和接续方面都比较容易, 其连续制造过程使其生产费用低廉,所以POF 系统具有成本低的潜在能力。塑料光纤，Plastic Optical Fiber。目前，通信光缆所用的光纤，基本上都是采用石英光纤，由高纯度二氧化硅SiO2加入适量掺杂剂组成的。近年来，还逐步开发出塑料光纤（POF），它是用一种透光聚合物制成的光纤。因为可以利用聚合物成熟的简单拉制工艺，故成本比较低，且比较柔软，坚固，直径较大（约达1mm），接续损耗较低。光纤具有损耗低、频带宽、重量轻(钢丝的百分之一)、抗雷电干扰等特点. 尤其是塑料光纤具有能够制成大尺寸、大数值孔径: 可利用可见光源; 光源偶合效率高; 加工性好;价格便宜等优点, 所以在光学处理、光学计量和短距离数据传输等方面得到广泛的应用. 最近相继研制和开发的低损耗、具有特殊功能的塑料光纤, 将在光纤通信、光传感器和大容量的电子计算机等方面发挥巨大的作用。塑料光纤具有如下特点：（1）光纤直径大, 一般为0.5-1mm , 或者更大。而且韧性好, 可挠性好。（2）数值孔径大, 一般为0.5 左右；（3）与光源和接收器件的祸合效率高, 光纤之间连接容易；（4）材料费用和制造费用低；（5）在可见光区有低损耗窗口, 便于使用价廉的光源；（6）重量轻。塑料光纤的主要性能指标可分为衰减、带宽、耐热性和连接性。其中，塑料光纤的衰减主要取决于所选用的材料的散射损耗和吸收损耗。梯度型塑料光纤是折射率呈梯度分布的光纤，其折射率由芯至包层逐渐降低。只要所形成的梯度折射率分布适宜，便可获得抑制模色散，保持大的数值孔径，控制出射光波相对于人射光波展宽的效果。塑料光纤的耐热性主要由其成分性能决定。耐热性好的材料成分，决定塑料光纤具有比较好的耐热性。判断材料耐热性的指标有玻璃化温度、维卡软化点、热变形温度等指标。通信塑料光纤多采用直径1mm的光纤，是石英光纤的8～20倍。粗的塑料光纤的连接比石英光纤要容易得很多。 POF 的2个重要物理性能是热收缩物理性能和热老化性能。 POF 的热收缩物理性能主要取决于用作纤芯材料的聚合物的玻璃跃迁温度。为了评价PC ( AF ) POF 的热收缩性能, 把100mm 长的试样置于恒温箱内, 从100°C 开始以每5°C 步级加热到155°C, 在每个温度上保持240h 后观察其长度变化。图4 示出在每个温度上老化240h 后热收缩的结果, 以PC (A) POF 作参考。试验证实一直到大约150°C, PC(AF) POF 不变形。这说明用了PC(AF) 作纤芯材料, 光纤的热收缩物理性能大约改善了20°C。

中英对照：塑料光纤传光原理通信

---塑料光纤传光原理通信

塑料光纤传光原理通信 1．前言光纤自身不能发光，但光纤可以传光，用于照明；光纤照明所选用的光纤，按照光纤材质的不同，通常可分为石英光纤、多组分玻璃光纤和塑料光纤POF等，本文主要介绍POF 的传光原理，其它的光纤传光原理同POF的传光原理是一致的。光在透明柱体中通过多次全反射向前传播的现象，他们就是古代的玻璃吹制艺人。而首次科学阐述这一现象的，却是英国皇家学会的约翰·丁达尔向英国皇家学会演示了一个著名的实验，他当时用一只盛满水的器皿，让水从器皿的侧孔中流出，这时投射在水中的光也随着水流传导出来。 1880年，威廉·惠勒(William Wheeler)提出“管道照明”的设想，并获得美国专利，这是有案可查的最早的“遥控照明”装置，其基本原理是：用内壁涂有反射层的管子把中心光源的光象自来水一样引至若干个需要照明的地点, 这实际上是光纤用于照明的雏形，光纤照明系统简单地就可以看作是和上述的“管道系统”相类似的一个系统，在这个系统中，所传输的介质是光，而用以传输光的“管道”就是光纤，光纤可以把光线从光源处传输至需要照明的特定区域。1954年，《自然》杂志发表了Hopkin's 和Kapany成功地用一束10,000到20,000 的纤维来传输图像的文章,Van Heel发现低折射率光纤包层的作用，纤维的图像传输的成功实现和光纤包层的提出这两个进步标志着光导纤维作为一个新兴学科的诞生, 1966年,英国标准电信研究所英籍华裔科学家高锟(K.C.Kao)博士和G.A.Hockham 在详细研究了玻璃的传输损耗后,撰写的文章《用于光频的介质纤维表面波导》发表在伦敦电气工程师协会（IEE）会刊上，他们从理论上指出:如果减少或消除光导纤维中的有害杂质如过渡金属离子，可大大降低光纤传输损耗, 提高光纤的传光能力，从而推动了光纤制造工艺的研究。美国杜邦DuPont公司亦在这一年向市场推出了世界上第一根POF[1]，POF就是光纤的一种,而光纤用于光纤照明的基本原理是利用光线在不同折射率介质的界面发生全反射，实现光在光纤中的高效传输以及光纤与光源的充分耦合，并通过与各种光学元件的组合，达到需要的照明效果，为了解光在光纤中的传输方式,现介绍子午光线在POF中的传输特性。 2．光的基础知识光是通过光源内大量的分子或原子振动而产生的辐射。1894年，麦克斯韦从理论上指出，光是一种电磁波，1905年爱因斯坦提出光是一粒一粒的粒子流，每个粒子可被称为光子。也就是说光既具有粒子性，又具有波动性，光在传播时表现为波动性，而与物质作用时

塑料光纤传光基理

塑料光纤传光基理式锯齿型，光在GIPOF中的传输方式为正弦曲线型；子午线就是光线的传播路径始终经过光纤轴并在同一平面内，选用子午线实行了参数计算，这些参数计算包括最大入射角或发射光角度、数值孔径、子午线在阶跃型光纤中的几何行程及反射次数；侧面发光POF和荧光POF 也是按全反射原理实行传光的，对于单芯侧面发光POF多是由非固有损耗导致侧面发光，而对于多芯侧面发光POF则是由弯曲损耗产生侧面发光的。荧光POF经过特定波长光激发后发出特定波长的光，而且激发光不但可从端面入射，而且可从侧面入射。关键词：聚合物光纤，塑料光纤，POF,传光,原理1．前言光纤自身不能发光，但光纤能够传光，用于照明；光纤照明所选用的光纤，按照光纤材质的不同，通常可分为石英光纤、多组分玻璃光纤和塑料光纤POF等，本文主要介绍POF的传光原理，其它的光纤传光原理同POF的传光原理是一致的。人们很早就观察到光在透明柱体中通过多次全反射向前传播的现象，他们就是古代的玻璃吹制艺人。而首次科学阐述这个现象的，却是英国皇家学会的约翰·丁达尔向英国皇家学会演示了一个著名的实验，他当时用一只盛满水的器皿，让水从器皿的侧孔中流出，这时投射在水中的光也随着水流传导出来。1880年，威廉·惠勒(WilliamWheeler) 提出“管道照明”的设想，并获得美国专利，这是有案可查的最早的“遥控照明”装置，其基本原理是：用内壁涂有反射层的管子把中心光源的光象自来水一样引至若干个需要照明的地点,这实际上是光纤用于照明的雏形，光纤照明系统简单地就能够看作是和上述的“管道系统”相类似的一个系统，在这个系统中，所传输的介质是光，而用以传输光的“管道”就是光纤，光纤能够把光线从光源处传输至需要照明的特定区域。1954年，《自然》杂志发表了Hopkin''''s和Kapany 成功地用一束10,000到20,000的纤维来传输图像的文章,VanHeel发现低折射率光纤包层的作用，纤维的图像传输的成功实现和光纤包层的提出这两个进步标志着光导纤维作为一个新兴学科的诞生,1966年, 英国标准电信研究所英籍华裔科学家高锟(K.C.Kao)博士和

新一代塑料光纤及其功能开发

中国科学 E 辑: 技术科学 2008年第38卷第5期: 807 ~ 816 https://www.360docs.net/doc/5810959288.html, https://www.360docs.net/doc/5810959288.html, 807 《中国科学》杂志社SCIENCE IN CHINA PRESS 新一代塑料光纤及其功能开发于荣金*, 张冰燕山大学信息科学与工程学院, 秦皇岛 066004 * E-mail: r.j.yu@https://www.360docs.net/doc/5810959288.html, 收稿日期: 2007-04-10; 接受日期: 2007-12-26 国家自然科学基金资助项目(批准号: 60444003, 60577009) 摘要与石英光纤相比, 塑料光纤的主要问题是传输损耗大. 采用一种新的光纤结构—蜘蛛网结构包层空芯布拉格光纤, 可以把构成光纤材料的吸收损耗压缩至约104~106分之一, 因而从根本上解决了塑料光纤损耗大的问题. 在此基础上, 充分利用塑料光纤柔软、易弯曲的优点, 可以实现从可见光至太赫兹波(0.4~1000 μm)所有波段信息和能量的低损耗传输. 新一代塑料光纤将成为普遍和大量应用的光纤. 关键词塑料光纤空芯布拉格光纤蜘蛛网结构包层可见光红外光太赫兹波圆偏振单模从十九世纪开始, 人们就知道以全内反射机理来制作光的传输元件[1]. 因此, 利用光纤芯区材料折射率大于包层材料折射率在其界面形成全内反射来传输光有其悠久的历史和深刻的物理内涵. 不仅各种实芯光纤, 包括液芯光纤和微结构包层实芯光纤, 以及一部分红外空芯光纤, 都是通过全内反射机理导光的. 另外, 它对导光横向束缚具有高效性, 例如, 石英光纤按照1966年高锟等所指出的提纯材料之后, 利用全内反射构成的光纤损耗, 很快从1000 dB/km 以上降至20 dB/km, 继而降至接近其理论极限(0.2 dB/km). 其实, 另一种传光机理早在1978年就提出来了[2], 即利用布拉格反射, 可以在芯区折射率小于包层介质折射率的光纤中得到无损耗束缚传播. 但几年后被人否定[3], 之后无多少人过问. 空芯布拉格光纤[4]和空芯光子带隙光纤[5]直到1999年才从实验上作了第一次演示. 与石英玻璃材料相比, 塑料的重要优势是它的柔软性. 塑料的弹性极限高, 可以制作直径在1 mm 以上柔软的光纤. 而石英玻璃只有在很小直径(一般为125 μm)才能保持光纤的柔软性. 石英玻璃固有的脆性需要对易碎的芯-包层结构加一个富有弹性的塑料涂层, 以保护它的表面, 并防止格里菲思裂纹扩展和顺向断裂. 因而在石英光纤包层上加一个塑料涂层(第3层), 已成为一根石英裸光纤的基本组成部分. 塑料光纤的研发, 已有约四十年的历史, 与石英光纤大致相同. 1966年美国杜邦公司推出

塑料光纤弯曲损耗特性的测试与分析精选文档

塑料光纤弯曲损耗特性的测试与分析精选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-

天津工业大学毕业论文塑料光纤弯曲损耗特性的测试与分析姓名学院专业指导教师职称年月日

摘要塑料光纤具因其质地柔软，芯径大，连接容易，传输带宽大，价格便宜等优点而广泛应用于照明，宽带接入网系统，短距离数据传输系统，汽车智能系统太阳能利用系统等诸多领域。本文回顾了塑料光纤的发展历程，从其结构，材料等方面了解其性能，研究分析其损耗，色散等传输特性，最后通过通过实验测试和分析塑料光纤弯曲半径和弯曲圈数对弯曲损耗影响的变化规律以掌握更多的塑料光纤传输特性信息，探讨其本质，充实其理论。关键词：塑料光纤；弯曲损耗；弯曲半径

ABSTRACT Plastic optical fiber is widely used in various fields such as lighting, broadband access network system, short distance data transmission systems, automotive intelligent systems, solar energy utilization system because of its many advantages range from soft texture and large core diameter to easy connection, large transmission bandwidth and cheaper prices. My paper reviews the development of plastic optical fiber,explores its performance from its structure, materials, etc. And I will research and analyze its loss, dispersion and transmission characteristics. In the last, I will experiment testing and analyzing the variation of the bending loss due to bending radius and bending number of turns to explore its nature and enrich its theory. Key word：Plastic optical fiber; bending loss; bending radius

光纤问题汇总

光纤问题汇总问：光纤的用途在于什么？答：光纤」除应用在大量资讯传输之外,一般最常用的则是影像传送,例如工程师可在安全距离检查核能电厂的辐射区,「光纤」在医学上的应用也很多,例如内视镜,它是一根柔软可弯曲且内含数条「光纤」的管子.当它滑入病人的嘴,鼻, 消化道及其它心脏等由体外看不到的地方时,医生便能由内视镜看到内部变化, 而减少进行冒险性手术的需要. 光纤的应用范围很广,光纤除了作通讯用途外,还可以用来制造内窥镜等医疗器材,光纤感应器或光纤装饰,交通,夜视感测器度量测量和控制工程显微镜学,显微镜学,机器视觉,照明,成像,健康, 电荷耦合元件(CCD)汽车等.所以逐渐替代铜线成为主要的通讯媒介. 光纤应用新技术 70年代后期，光纤技术开始进入商业领域，光纤的一些固有特性优点(如不受噪声干扰以及较高的传输带宽等) 使它成为了各种应用领域中的理想传输介质。高传输速率系统的垂直干线用光纤来实现已经成为了网络设计者们的首选设计方案。对这些垂直主干上的光电器件的投资通常可在带宽和保密性方面得到补偿。但是，在水平工作区，光纤的应用长期被忽视。八十年代初，终端用户开始将光缆安装到工作站的信息出口，希望在将来会有经济实用的光纤产品问世，但是大多数用户所安装的水平光缆是在“黑暗”模式下工作的，这是因为系统光电器件不能达到要求的带宽，并且价格太高。由于没有经济实用的光纤产品，用户对光纤水平区布线失去了兴趣。近来，由于布线标准的改变以及光电器件、光缆、连接器技术的发展和应用带宽的逐步升级，很多用户开始重新考虑用“光纤到桌面”来替代水平布线系统中的铜缆方案。下面我们将对一些与此相关的技术问题和标准加以讨论。光纤连