塑料光纤材料的性能及应用 ppt课件
塑料光纤的特性与应用
塑料光纤的特性与应用塑料光纤（Plastic Optical Fiber，缩写POF）作为一种新型的光传输媒介，在传感器、数据通信、医疗仪器和家庭娱乐等领域得到了广泛的应用。
本文将从POF的特性和应用方面，深入探讨POF在未来的发展趋势。
一、塑料光纤的特性1.大直径：相比于玻璃光纤，塑料光纤的直径更大，最常见的为1mm或2mm。
这种大直径可以改善传输光信号的进入角度问题，提高了光纤的可靠性和稳定性。
2.机械强度高：塑料光纤的强度高，可以抵抗一定的拉伸力和弯曲力。
这种高强度还使得POF成为了柔性光纤的代表，能够适应弯曲和半径较小的场景。
3.成本低：相比于玻璃光纤，塑料光纤的材料成本和生产成本都低得多，可以大规模应用在传感器网络中。
4.光学性能较低：因为使用的是塑料材料，塑料光纤的光学性能相比玻璃光纤要低。
传输的距离较短，通常在100米以内，且受到环境光线、温度和湿度等因素的影响较大。
二、塑料光纤的应用1.医疗方面：PFO可以作为医疗设备的光源和传感器的传输媒介，如光导导管、输液管和手术仿真器等。
2.传感器方面：PFO可以将信号从传感器设备和检测器传输到控制系统中，可以应用在电气设备、物流、安全等领域。
3.家庭网络方面：POF可作为家庭网络的传输介质，用于数据、语音和视频通信，稳定性和速度都得到了很大程度的提升。
4.汽车航空方面：由于POF具有轻巧、柔性、高速传输等特点，在汽车和航空领域得到了广泛的应用。
在汽车中，PFO可以用作车载数据传输和娱乐系统音效传输，同时也可作为汽车与外部交互的传感器信息传输媒介。
三、未来发展趋势随着科技的进步，POF的应用场景会不断扩大。
特别是5G时代的到来，会迅速推动POF的发展。
通过POF实现5G网络的传输，可以提高数据传输速率、传输距离和稳定性。
同时，POF在智能家居、智慧城市等领域的应用也将推动其自身技术的不断改善，未来PFO的应用前景更加广阔。
总之，塑料光纤的特性和应用的不断发展，使得其在多个领域得到了广泛的应用。
塑料光纤POF的
塑料光纤的传输速度比铜缆快几个数量级，能够满足高速数据传输的需 求。
03
抗电磁干扰
塑料光纤不受电磁辐射干扰的影响，适用于恶劣的电磁环境。
定义和特性
柔韧性好
塑料光纤柔韧性好，可以随意弯曲，适用于 小型化、便携式的设备。
重量轻
塑料光纤重量轻，便于安装和维护。
弯曲半径小
塑料光纤的弯曲半径小，可以适应紧凑的空 间布局。
Polymer材料
塑料光纤主要使用高透明度的聚合物材料，如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和 聚苯乙烯（PS）等。这些材料具有高透光性、低衰减、低成本等优点。
掺杂剂
为了提高塑料光纤的传输性能，通常会向聚合物材料中掺杂一些物质，如染料 、荧光剂等。这些掺杂剂可以增强塑料光纤的发光性能和传输效率。
塑料光纤pof的制造过程
高传输速率：与玻璃光纤相比，塑料光纤具有更高的传输速率。
塑料光纤pof的优势和劣势
• 良好的柔性和耐冲击性：塑料光纤具有较好的柔性和耐冲 击性，便于安装和使用。
塑料光纤pof的优势和劣势
低带宽：与玻璃光纤相比，塑料光纤的带宽较低，限制 了传输容量。
寿命较短：与玻璃光纤相比，塑料光纤的使用寿命较短 ，限制了其在某些应用场景的使用。
市场竞争
全球塑料光纤pof市场的主要厂商包括日本的外围设备厂商、中国的通信设备制造商以及欧洲的汽车制造商。它 们通过自主研发和技术创新，不断提高产品性能和降低成本，进一步推动了塑料光纤pof的应用和市场发展。
塑料光纤pof的应用案例
家庭网络
塑料光纤pof被广泛应用于家庭网络中，特别是在一些难以铺设光纤的地区。由于其安装 简便、灵活性和低成本等特点，使得家庭用户可以享受到高速、稳定的网络服务。
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3
塑料光纤主要性能指标
衰减
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。要想作为通信级塑料光纤，一个最基本要求就是 PMMA塑料光纤的衰减要低最好是小于180dB/km。
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4
塑料光纤主要性能指标
带宽
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 数据孔径，控制出射光波相对于人射光波展宽的 效果。如折射率分布妥当，那么材料色散就成为 决定传输带宽的主要因素。只要在选择时充分注 意材料色散，欲制得带宽为数Ghz•km是完全可行 的。
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6
塑料光纤主要性能指标
连接性
通信塑料光纤多采用直径1mm的光纤，是石英光纤的8～20 倍。粗的塑料光纤的连接比石英光纤要容易得很多。
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7
塑料光纤材料选择原则
光纤波导（折射率波导）结构分布决定了 光纤的传输性能。光纤原材料的选择和制 造工艺是保证生产出高质量光纤的必要条 件。在选择塑料光纤的原材料时，需要考 虑衰减、折射率、成纤能力、物化性能以 及生产成本等因素。
塑料光纤材料的性能和 应用
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1
光纤通信的优点
通信容量大 中继距离长 不受电磁干扰 资源丰富 光纤重量轻、体积小
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2
塑料光纤
塑料光纤（PlasticOpticalFiber）。塑料光纤 （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）、氘化聚合物、氟化聚合物 等作为芯层材料，PMMA、氟塑料等作为皮 层材料的一类光纤（光导纤维）。不同的 材料具有不同的光衰减性能和温度应用范 围。
塑料光纤的性能及其应用和制备
塑料光纤的性能及其应用和制备塑料光纤是一种在远程通讯、光源传输、传感器以及医疗领域等方面有着广泛应用的塑料纤维。
相对于传统的玻璃光纤，塑料光纤具有柔韧性强、成本低廉、易于加工等优点。
在本文中，我们将探讨塑料光纤的性能、应用以及制备方法。
1. 塑料光纤的性能塑料光纤在光学性能、机械性能、电性能等方面表现出了独特的性能。
在光学性能方面，塑料光纤透光度高、波导损耗低，能够突破玻璃光纤制备的技术和成本瓶颈，实现更广泛的应用。
在机械性能方面，塑料光纤柔性好、弯曲半径小、抗松弛性强，形状可变性能显著，可根据不同需求进行制备。
在电性能方面，塑料光纤具有较好的耐电压、绝缘性能，能够在高电场条件下工作。
2. 塑料光纤的应用（1）通讯领域塑料光纤在通讯领域广泛应用，如局域网(LAN)、高清晰度电视(HDTV)、数字音频和视频等领域。
由于塑料光纤的波导损耗低、成本低廉，因此在短距离通讯中得到了广泛的应用。
（2）传感器领域塑料光纤在传感器领域应用十分广泛，如温度传感器、压力传感器、应力传感器、气体传感器等。
由于塑料光纤能够测量光的传输时间和强度，因此在传感器领域有着广泛的应用。
（3）医疗领域塑料光纤在医疗领域应用广泛，如内窥镜、激光手术、光学诊断等领域。
由于塑料光纤有良好的柔性、成本低廉等特点，因此在医疗领域得到了广泛的应用。
3. 塑料光纤的制备方法（1）熔融纺丝法该方法是将高分子聚合物溶解在溶剂中，将纤维形成成分溶解液浸润在玻璃管内，使成分溶液与空气接触凝固，从而形成塑料光纤。
（2）涂布法该方法是将高分子聚合物涂布在玻璃纤维表面，然后经过固化，形成了塑料光纤。
（3）喷射纺丝法该方法是将高分子物质在高温下溶解，然后通过高压空气将溶液喷成高速流，使溶液顺着高速气流拉伸成光纤，从而形成塑料光纤。
总之，塑料光纤在现代科技中起着至关重要的作用，它的研究和应用将进一步拓展未来高新技术的领域。
但需要注意的是，塑料光纤还存在一些问题和挑战，如寿命问题、抗拉强度需要改善等。
塑料光纤介绍和应用情景
塑料光缆
Polymer Optical Fiber Cable
光缆是为了满足光学、机械或环境的性能规范而制造的，它是利用置于包覆护套中的一 根或多根光纤作为传输媒质并可以单独或成组使用的通信线缆组件。 按缆中光纤状态分：按光纤在光缆中是否可自由移动，光缆可分为松套光纤光缆、紧套 光纤光缆。
我们用的一般都是紧套 光纤：将裸光纤的表面 再挤上一层塑料后，紧 套光纤中光纤被套管紧 紧箍住，不能在其中松 动，它与塑料护套层是 一个整体结构，这就是 紧套光纤（光缆）。
光纤
光导纤维，Optical Fiber 光纤分类：按用途分为通信光纤和特种光纤；按材质分为塑料光纤、塑料包层光纤、多组分玻璃光纤、 石英光纤等；按传输模式分为多模光纤和单模光纤等。
通信光纤分类以及结构：
50/125 um
62.5/125 um
9/125 um
980/1000 um
1.0/2.2 mm
塑料光缆
Polymer Optical Fiber Cable
按照中国通信行业标准YD/T 1258.6-2006室内光缆系列，通常塑料光缆分为：单芯光缆、双芯光 缆和多芯光缆。
单芯光缆
双芯光缆
多芯光缆
光缆的基本结构一般是由缆芯、加强钢丝、填充物和护套等几部分组成，另外根据需要还有防水 层、缓冲层、绝缘金属导线等构件。可以根据需求，做成合适的保护层。如图，可以做金属披覆， 增强光缆的耐磨耐压性能；也可以用凯夫拉线进行披覆，对光缆的抗拉性能进行加强。
塑料光纤的特性与应用(doc 9页)
塑料光纤的特性与应用(doc 9页)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对不可见光波透过性能好。
在可见光和近红外波段的透过性能接近光学玻璃，在远红外和紫外波段，透过率可以大于50%，比光学玻璃好。
（1）成本低、工艺简便。
塑料光纤
塑料光纤1塑料光纤材料1.1 不饱和酸酯类这是目前最常用的高性能POF材料，包括各种纯的及改良的PMMA类聚合物，既可用于纤芯，也大量用于包层之中。
1.1.1 氘代PMMA(dPMMA)1.1.1.1 八氘代PIVIMA(PMMA-ds)八氘代PMMA-de中不含C-H键，系一种全氘代PMMA分子。
此为在可见光区(ⅥS)和近红外光区(NIR)某些窗口传输性能优良的材料。
POF最大的损耗源是c—H 键的振动吸收，因而要在VIS/NIR光区获得最低损耗,必须用昂贵的氘代试剂来取代普通单体制造纤芯聚合物，并且氘代度愈高，损耗水平愈低。
所以，PMMA-ds 芯POF是性能最为理想的dPMMA芯POF。
1.1.1.2 五氘代PMMA(PMMA-ds )PMMA-ds芯POF因使用了许多氘代试剂，成本太高。
为降低成本而叉尽量保持原性能，可用普通甲醇代替全氘代甲醇，制造五氘代甲基丙烯酸甲酯(MMA-ds)单体。
1.1.2 卤代PMMA(hPMMA)卤代PMMA(hPMMA)是近几年比较受重视的POF的芯材，由于其成本低，损耗也较易降低，此材料已被证明是很有前途的。
例1，出光兴产公司用聚甲基丙烯酸(2，4，6 -三氧苯基)酯为芯，聚甲基丙烯酸(2，2，3，3．4，4，5，5一八氟代戊基)酯包层，损耗为3×104dB／km (580nm)。
例2，Hoechst A.G．公司用聚甲基丙烯酸卣代苯酯为芯。
1.1.3 卤氘代PMMA(hdPMMA)卤氘代PMMA(hdPMMA)为一类新型低损耗POF芯材料。
其折射率虽然不高．但其H原子被适当的卤氘代后，损耗下降很快。
如五氘代甲基丙烯酸三氘代五氟代正丁酯聚合物的折射率只有1.32，但其损耗理论下限估计可低达5．5dB／km左右，因此这类材料的研究是很有前途的。
制备hdPMMA的方法主要是以卤氘代MMA类单体聚合成hdPMMA。
例，藤仓电线公司用烷基(Me等)丙烯酸一2，3，4，5，6一五氘代一a，口，一三氟代苯乙烯基酯／MMA共聚物为芯，乙烯／偏氟乙烯共聚物包层，损耗为120dB／km(640nm)，240dB／km(780nm)，290dB/km(830nm)。
塑料光纤材料的性能及应用
塑料光纤材料的性能及应用光纤是一种通过内部反射的方式传输光信号的导波器件，传统的光纤主要采用玻璃材料制作，但随着科技的不断发展，塑料光纤作为一种新型的光纤材料，逐渐受到人们的关注和应用。
塑料光纤具有一些独特的性能和优势，下面将从性能和应用两个方面进行简要介绍。
一、塑料光纤的性能：1.抗折性：相比于玻璃光纤，塑料光纤具有更好的柔韧性和抗折性能，因此在需要进行大角度折射和扭曲的应用场景中具有明显的优势。
2.传输损耗：塑料光纤的传输损耗相对较高，一般在每米10dB左右，而玻璃光纤的传输损耗只有每米0.2dB左右。
这主要是由于塑料材料的吸收和散射导致的。
但随着材料的不断改进和技术的提升，塑料光纤的传输损耗正在逐渐降低。
3.折射率：塑料光纤的折射率一般在1.50-1.60之间，比较接近空气的折射率。
与此相比，玻璃光纤的折射率一般在1.45-1.46之间。
因此，塑料光纤与空气的界面反射损失较小，能够更有效地传输光信号。
4.温度特性：塑料光纤的温度影响较大，温度变化会引起光纤的折射率变化，从而影响光的传输。
尤其是高温环境下，塑料光纤的性能会受到较大影响。
二、塑料光纤的应用：1.数据通信：塑料光纤在数据通信领域被广泛应用。
由于其柔韧性和抗折性能较好，塑料光纤适用于弯曲和弯折的场景，例如在家庭网络和汽车网络中的应用。
2.感光传输：塑料光纤可以用作医学成像和感光传感器等应用中。
其柔性、成本较低的特点使其成为一种理想的选择，例如在内窥镜和光纤光谱仪中的应用。
3.照明装置：塑料光纤也可以用于照明装置中，将光源传输到需要照亮的地方。
与传统的电线照明相比，塑料光纤具有更加柔软、方便安装和保护的特点，能够实现更广泛的照明空间。
4.激光医疗：一些塑料光纤材料具有高功率激光传输的能力，可以用于激光医疗和激光切割等领域。
它们具有更好的抗折性和热传导性，适用于需要长距离和高功率的激光传输。
总结：塑料光纤作为一种新型的光纤材料，具有许多独特的性能和优势。
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塑料光纤材料的性能及应用
POF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一种透光率>90%的材料。从理论研 究得知，PS的衰减要比PMMA小。下表是在没有考虑传输 的影响和包层的作用的情况下，通过计算而得到的不同聚 合物的理论衰减数值。表中的PMMA-d8代表的是进行氘化 处理的PAMM-POF的数值。
塑料光纤材料的性能及应用
连接性
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。
塑料光纤材料的性能及应用
光纤波导（折射率波导）结构分布决定了 光纤的传输性能。光纤原材料的选择和制 造工艺是保证生产出高质量光纤的必要条 件。在选择塑料光纤的原材料时，需要考 虑衰减、折射率、成纤能力、物化性能以 及生产成本等因素。
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
塑料光纤材料的性能及应用
塑料光纤（PlasticOpticalFiber）。塑料光纤 （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）、氘化聚合物、氟化聚合物 等作为芯层材料，PMMA、氟塑料等作为皮 层材料的一类光纤（光导纤维）。不同的 材料具有不同的光衰减性能和温度应用范 围。
塑料光纤材料的性能及应用
塑料光纤材料的性能及应用
塑料光纤材料的性能及应用
纤芯 包层
保护套
塑料光纤材料的性能及应用
纤芯core：折射率较高，用来传送光； 包层coating：折射率较低，与纤芯一起形成
全反射条件； 保护套jacket：强度大，能承受较大冲击，
保护光纤。 3mm光缆橘色MM 黄色SM
塑料光纤材料的性能及 应用
塑料光纤材料的性能及应用
通信容量大 中继距离长 不受电磁干扰 资源丰富 光纤重量轻、体积小
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
塑料光纤材料的性能及应用
成形方便
材料必须能够制成细长、柔软的光纤。
材料透明
在特定光波长导光且光损耗小，材料必须是透明的材料。
性能兼容
要保证光纤芯/包层物理性能彼此适应，必须使用那些具有 微小的折射率差，但物理性能彼此相近的材料。
塑料光纤材料的性能及应用
材料成本
所用的原材料应该是来源丰富，价格便宜的原材料。
塑料光纤材料的性能及应用
衰减
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。要想作为通信级塑料光纤，一个最基本要求就是 PMMA塑料光纤的衰减要低最好是小于180dB/km。
塑料光纤材料的性能及应用
带宽
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 数据孔径，控制出射光波相对于人射光波展宽的 效果。如折射率分布妥当，那么材料色散就成为 决定传输带宽的主要因素。只要在选择时充分注 意材料色散，欲制得带宽为数Ghz•km是完全可行 的。
塑料光纤材料的性能及应用
POF最常用的材料是热塑性塑料聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA,PolymethylMethacylate）。PMMA是有乙烯、氢化 氰酸、甲醇制成的。它具有阻水、耐稀酸、汽油、矿物油 和松酯油侵蚀的能力。PMMA是有典型的分子量为105的长 链形成的有机化合物。从材料的光透明特性来看，PMMA 是聚合的非晶体结构。它具有优异的透光结构，在 360~780nm透光率高达92%，同时其具有良好的耐候性能、 电学性能和机械性能，故它是最早的制造POF纤芯的理想 材料之一。PMMA表面硬度低，容易被硬物擦伤。
塑料光纤材料的性折射率n=1.59,它可以用作PMMA-POF(PMMA的n=1.49) 的包层。PS的玻璃转变温度大约为100℃，比PMMA高5K。 尽管PS德原料价格便宜、购买方便，但是PS得光学和耐紫 外线辐射性能不及PMMA，所以用PS制成的PS-POF的耐温 性和柔软性都比较差，没有实用价值。
塑料光纤材料的性能及应用
耐热性
最重要的是，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。
—维卡软化点：工程塑料、通用塑料等聚合物的试样于液体传热介质中，在一
定的载荷、一定的等速升温条件下，被1m㎡的压针压入1mm深度时的温度。
塑料光纤材料的性能及应用
肖氏硬度：应用弹性回跳法将撞销从一定高度落到所试材料的表面上而发生 回跳。撞销是一只具有尖端的小锥，尖端上常镶有金刚钻。用测得的撞销回 跳的高度来表示硬度。
塑料光纤材料的性能及应用
每个MMA单体总共具有8个C-H键，这个化合物的C-H键谐 振吸收是造成PMMA制成的POF衰减的主要原因。实际上， C-H键在627nm和736nm谐振是决定PMMA-POF吸收损耗的 重要原因。最早提出的降低PMMA-POF吸收损耗的方法是， 以不同种的材料置换部分或者全部PMMA中的C-H键。然 而这种仅仅是置换C-H键，而不能够轻松地消除C-H键。 研究发现，采用大原子量的元素置换氢，可以减小谐振吸 收，进而降低吸收损耗。例如，以原子量大的氯置换氢， 形成的C-Cl键减小了谐振，降低了吸收损耗，从而既降低 了衰减，又扩宽了工作的波长范围。
1972年，人们制造出了第一根PS-POF。该光纤的衰减系数 超过了1000dB/km.直到1995年，PS-POF在波长为670nm的 衰减系数才减小到114dB/km.PS-POF的使用温度为70℃， 比PMMA-POF稍高。
塑料光纤材料的性能及应用
利用重原子置换氢可以明显地减小聚合物的吸收损耗。只 要用氘置换氢就可以简单地获得降低吸收损耗的效果，氘 的特性与氢基本相同。人们可以简单地使用所谓的重水 （D2O）作为合成的基本材料。