塑料光纤及其放大器的研究

2019-11-03 18:08:09

字体：大中小

来源：转载

供稿：网友

塑料光纤及其放大器的研究（王寿泰徐传骧范明海储九荣）摘要：研究了塑料光纤从材料合成到光纤成丝的整个工艺过程。探讨聚合方式对塑料光纤光性能的影响。研究聚甲基丙烯酸甲酯及苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物材料作为纤芯的塑料光纤。采用新颖的引发剂含氟自由基合成塑料光纤的原料。使用各种包层涂覆工艺涂覆塑料光纤的包层，并将紫外光聚合工艺应用到POF的包层涂覆中，从而获得性能优异的塑料光纤。用有机染料掺杂塑料光纤，得到具有光放大作用的连续波塑料光纤放大器。关键词：塑料光纤；损耗；塑料光纤放大器1 前言塑料光纤（POF）相比于石英光纤，具有柔韧性能好、数值孔径大、易耦合、数字脉冲的传播距离长、重量轻、制造简单、成本低等优点。在世界上，自198O年美国杜邦公司研究出聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）芯的塑料光纤以来，历经十几年的不断研究发展，塑料光纤的技术愈来愈成熟。在照明光传输、局域网（LAN）、汽车工业、医疗设备、光传感器、数字化音响等领域获得广泛的应用。而塑料光纤最大的不足是光传输的衰减大，因此，降低衰减是塑料光纤发展的首要关键问题，为弥补此不足，亦可探索其放大器的制作。2 阶跃型塑料光纤2.1 塑料光纤纤芯采用含氟自由基作为引发剂，以本体法聚合甲基丙烯酸甲酯，得到大分子链端不含引发剂端基的聚甲基丙烯酸甲酯。从而在以此为纤芯材料的塑料光纤中避免了端基所引起的光学损耗。实验中A试样以0.01mol/L的偶氮二异丁腈作为引发剂， B试样则以0.01mol/L的含氟自由基作为引发剂，分别引发甲基丙烯酯甲酯聚合得到聚甲丙烯酸甲酯，然后分别拉制成塑料光纤，并用截断法测量各试样在氦氖激光器光源632.8nm波长下的光学衰减。反应所采用的甲基丙烯酸甲酯单体经过精馏、过滤，加入分子量调节剂，于100℃下的恒温水浴中反应完全。制得聚甲基丙烯酸甲酯光学纤芯预制棒，再拉制成纤芯直径为0.6mm的塑料光纤。2.2 塑料光纤包层以安息香乙醚作为光引发剂，引发聚合MMA及丙烯酸甲酯（MA）涂层分别作为塑料光纤的包层。在相同的引发剂含量下，紫外光引发聚合MMA的涂层所需时间较MA多，可能是由于MMA的1，1’-二取代的作用，在形成大分子链时取代基之间相互作用引起的聚合体空间张力，导致聚合反应的△H值降低，从而降低了MMA光引发聚合反应速率。随着光引发剂浓度的提高，涂层材料的光透过率有明显的下降，塑料光纤的衰减没有随之而显著上升。这是因为塑料光纤在传输光时，大部分的光由塑料光纤的纤芯传输，光纤的包层中只传输几百之几的光，所以光纤包层的光透过率对塑料光纤的衰减影响不大。3 梯度型塑料光纤根据对各种方法的对比，可以发现界面-凝胶共聚法是目前世界上最先进的方法。于是我们采用界面-凝胶共聚法，制备掺杂型和共聚型的梯度型塑料光纤棒。我们利用甲基丙烯酸甲酯（MMA）和溴苯（BB）作为单体M1和M2，再加入引发剂和链转移剂，混合均匀后加入聚甲基丙烯酸甲酯细管中，于适当的温度下反应，并在较高的温度下进行固化。

参数	MMA	PMMA	BB
分子量	100.1		1.57
密度	0.94	1.19	1.5
折射率	1.42	149	1.56

由表1可见，BB的折射率、分子体积均大于MMA，在PMMA管内壁凝胶层中，MMA因为其分子体积小，与PMMA溶度参数相近，比BB容易进入凝胶层。在起始形成的凝胶层中，MMA比BB扩散得多，因而溶液中的MMA浓度比BB降低得快；在后期形成的凝胶层中，BB的含量增加，在管的中心点达到最大值。由于BB的折射率比MMA大，根据折射率的加和性原理，可以认为沿PMMA管的径向分布，由外向里，逐渐增加。所制得的梯度型塑料光纤棒的折射率为棒外缘折射率n（r=2.5mm）=1.490 棒中心的折射率n0=n（r=0）=1.498 n（r）=1.498（ l-1/2×0.0016r(平方)）=1.498（1-0.0008r(平方)）梯度型棒的折射率分布函数为 n（r）=1.498（1-0.0008r(平方)）4 塑料光纤放大器本文采用的氩离子连续激光输出的泵浦激光光斑直径约为2mm，它直接通过一直径为2mm的自聚焦透镜耦合到光纤中。氦氖激光器输出的激光经过光衰减器作为信号光，并经全反射镜的反射也通过自聚焦透镜耦合入光纤中，氦氖激光器输出激光的光斑直径小于1mm；光纤和自聚焦透镜之间用MMA的预聚液粘合，以减少它们之间的反射损耗。光纤另一端输出的光信号经过单色仪选频后被光电倍增管所检测。氦氖激光器其输出的激光波长为632.8nm，初始功率为2mW。为得到染料掺杂浓度对放大倍数的影响，在泵浦激光器功率为10W，信号功率为0.01mW时，采用各种不同掺杂浓度的50cm长POF得到了不同的放大倍数。5 结论（1）使用含氟自由基引发聚合甲基丙烯酸甲酯作塑料光纤纤芯材料，从而得到在国内比较领先的，具有较低损耗的塑料光纤（在670nm波长时最低损耗为139dB/km）。（2）将紫外光固化方法引入塑料光纤包层的涂覆工艺，利用其快速、方便等优点，可得到性能较传统涂覆包层好的塑料光纤。（3）制得了梯度型塑料光纤棒，其折射率分布呈抛物线分布。（4）研究了在通信领域中有实用意义的连续波塑料光纤放大器，利用若丹明作为光放大介质。首次得到具有最大光放大作用35倍（相当于15dB增益）的连续波塑料光纤放大器。摘自《电线电缆》

上一篇：波分复用在光纤网中的应用

下一篇：我国“863”光纤通信的研发进展与发展展望