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光纖材料

編輯:   瀏覽:2276   發布時間:2012-09-28

  以SiO2材料為主的光纖,工作在0.8μm-1.6μm的近紅外波段,目前所能達到的最低理論損耗在1550nm波長處為0.16dB/km,已接近石英光纖理論上的最低損耗極限。如果再將工作波長加大,由于受到紅外線吸收的影響,衰減常數反而增大。因此,許多科學工作者一直在尋找超長波長(2μm以上)窗口的光纖材料。這種材料主要有兩種,即非石英的玻璃材料和結晶材料,晶體光纖材料主要有AgC1、AgBr、KBr、CsBr以及KRS-5等,目前AgC1單晶光纖的最低損耗在10.6μm波長處為0.1dB/km。因此,需要尋求新型基體材料的光纖,以滿足超寬帶寬、超低損耗、高碼速通信的需要。

  氟化物玻璃光纖是當前研究最多的超低損耗遠紅外光纖,它是以ZrF4-BaF2、HfF4-BaF2兩系統為基體材料的多組分玻璃光纖,其最低損耗在2.5μm附近為1×10(的負三次方)dB/km,無中繼距離可達到1×10(的5次方)km以上。1989年,日本NTT公司研制成功的2.5μm氟化物玻璃光纖損耗只有0.01dB/km,目前ZrF4玻璃光纖在2.3μm處的損耗達到外0.7dB/km,這離氟化物玻璃光纖的理論最低損耗1×10(的負三次方)dB/km相距很遠,仍然有相當大的潛力可挖。能否在該領域研制出更好的光纖,對于開辟超長波長的通信窗口具有深遠的意義。

  硫化物玻璃光纖具有較寬的紅外透明區域(1.2-12μm),有利于多信道的復用,而且硫化物玻璃光纖具有較寬的光學間隙,自由電子躍遷造成的能量吸收較少,而且溫度對損耗的影響較小,其損耗水平在6μm波長處為0.2dB/km,是非常有前途的光纖。而且,硫化物玻璃光纖具有很大的非線性系數,用它制作的非線性器件,可以有效地提高光開關的速率,開關速率可以達到數百Gb/s以上。

  重金屬氧化物玻璃光纖具有優良的化學穩定性和機械物理性能,但紅外性質不如鹵化物玻璃好,區域可透性差,散射也大,但若把鹵化物玻璃與重金屬氧化物玻璃的優點結合起來,制造成性能優良的鹵-重金屬氧化物玻璃光纖具有重要的意義。日本Furukawa電子公司,用VAD工藝制得的GeO2-Sb2O3系統光纖,損耗在2.05μm波長處達到了13dB/km,如果經過進一步脫OH-的工藝處理,可以達到0.1dB/km。

  聚合物光纖自19世紀60年代美國杜邦公司首次發明以來,取得了很大的發展。1968年杜邦公司研制的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)階躍型塑料光纖(SI POF),其損耗為1000dB/km。 1983年,NTT公司的全氘化PMMA塑料光纖在650nm波長處的損耗降低到20dB/km。由于C-F鍵諧波吸收在可見光區域基本不存在,即使延伸到1500nm波長的范圍內其強度也小于1dB/km。全氟化漸變型PMMA光纖損耗的理論極限在1300nm處為0.25dB/km,在1500nm處為0.1dB/km,有很大的潛力可挖。近年來,Y.KOIKE等以MMA單體與TFPMA(四氟丙基丙烯酸甲酯)為主要原材料,采用離心技術制成了漸變折射率聚合物預制棒,然后拉制成GI POF(漸變折射率聚合物光纖),具有極寬的帶寬(>1GHz.km),衰減在688nm波長處為56dB/km,適合短距離通信。國內有人以MMA及BB(溴苯)、BP(聯苯)為主要原材料,采用IGP技術成功地制備了漸變型塑料光纖。日本NTT公司最近開發出氟化聚酰亞胺材料(FULPI)在近紅外光內有較高的透射性,同時還具有折射率可調、耐熱及耐濕的優點,解決了聚酰亞胺透光性差的問題,現已經用于光的傳輸。聚碳酸酯、聚苯乙烯的研究也在不斷的進行中,相信在不久的未來更好性能的聚合物光纖材料得到開發和利用。

  特殊的環境對光纖有特殊的要求,石英光纖的纖芯和包層材料具有很好的耐熱性,耐熱溫度達到400-500℃,所以光纖的使用溫度取決于光纖的涂覆材料。目前,梯型硅氧烷聚合物(LSP)涂層的熱固化溫度達400℃以上,在600℃的光傳輸性能和機械性能仍然很好。采用冷的有機體在熱的光纖表面進行非均勻成核熱化學反應(HNTD),然后在光纖表面進行裂解生成碳黑,即碳涂覆光纖。碳涂覆光纖的表面致密性好,具有極低的擴散系數,而且可以消除光纖表面的微裂紋,解決了光纖的“疲勞”問題。


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