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聚合物光纤自19世纪60年代美国杜邦公司首次发明以来,取得了很大的发展。1968年杜邦公司研制的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)阶跃型塑料光纤(SI POF),其损耗为1000dB/km。 1983年,NTT公司的全氘化PMMA塑料光纤在650nm波长处的损耗降低到20dB/km。由于C-F键谐波吸收在可见光区域基本不存在,即使延伸到1500nm波长的范围内其强度也小于1dB/km。全氟化渐变型PMMA光纤损耗的理论极限在1300nm处为0.25dB/km,在1500nm处为0.1dB/km,有很大的潜力可挖。近年来,Y.KOIKE等以MMA单体与TFPMA(四氟丙基丙烯酸甲酯)为主要原材料,采用离心技术制成了渐变折射率聚合物预制棒,然后拉制成GI POF(渐变折射率聚合物光纤),具有极宽的带宽(>1GHz.km),衰减在688nm波长处为56dB/km,适合短距离通信。国内有人以MMA及BB(溴苯)、BP(联苯)为主要原材料,采用IGP技术成功地制备了渐变型塑料光纤。日本NTT公司最近开发出氟化聚酰亚胺材料(FULPI)在近红外光内有较高的透射性,同时还具有折射率可调、耐热及耐湿的优点,解决了聚酰亚胺透光性差的问题,现已经用于光的传输。聚碳酸酯、聚苯乙烯的研究也在不断的进行中,相信在不久的未来更好性能的聚合物光纤材料得到开发和利用。
特殊的环境对光纤有特殊的要求,石英光纤的纤芯和包层材料具有很好的耐热性,耐热温度达到400-500℃,所以光纤的使用温度取决于光纤的涂覆材料。目前,梯型硅氧烷聚合物(LSP)涂层的热固化温度达400℃以上,在600℃的光传输性能和机械性能仍然很好。采用冷的有机体在热的光纤表面进行非均匀成核热化学反应(HNTD),然后在光纤表面进行裂解生成碳黑,即碳涂覆光纤。碳涂覆光纤的表面致密性好,具有极低的扩散系数,而且可以消除光纤表面的微裂纹,解决了光纤的“疲劳”问题。
新型结构的光纤
光纤的结构决定了光纤的传输性能,合理的折射率分布可以减少光的衰减和色散的产生。为了改善光纤的波导性能,特别是既想获得低损耗,又想具有低色散,以适应长距离、大容量通信的要求,可以对光纤的结构进行设计,控制折射率的分布。如采用三角形折射率分布的结构:区配包层、凹陷包层、四包层结构,加大波导色散,从而使零色散波长产生位移,设计出了DSF(色散位移光纤),即G.653光纤,它把零色散波长搬到1550nm的最低损耗窗口,使光纤的损耗特性与色散特性得到了优化组合,提高了光纤通信系统的传输性能。
G.653光纤在1550nm处的色散为零,给WDM(波分复用)系统带来了严重的FWM(四波混频)效应,为了克服DSF的不足,人们对DSF进行了改进,通过设计折射率的剖面,对零色散点进行位移,使其在1530-1565nm范围内,色散的绝对值在1.0-6.0ps/(nm.km),维持一个足够的色散值,以抑制FWM、SPM(自相位调制)及XPM(交叉相位调制)等非线性效应,同时色散值也足够小,以保证单通道传输速率为10Gb/s,传输距离大于250km时无需进行色散补偿。这种光纤即为NZDSF(非零色散位移光纤),ITU-T称之为G.655光纤。
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