三、光導(dǎo)纖維的分類與制備工藝情況

    1.光導(dǎo)纖維的分類

    1.1按材料組成分類

    光導(dǎo)纖維按材料組成可分為玻璃石英和塑料光導(dǎo)纖維。光導(dǎo)纖維按其芯材的不同，可分為石英系光纖、多組分玻璃光纖和塑料光纖。塑料光導(dǎo)纖維具用模量低、直徑大、彎曲特性好、不易破斷、重量輕、色散小、成本低等許多優(yōu)點。POF（塑料光導(dǎo)纖維）要求聚合物具用極優(yōu)良的透明性、適當(dāng)?shù)恼凵渎�；芯材和皮層接口粘接性良好；光學(xué)上要求等向性，在可見光區(qū)不吸收、不散射；芯材折射率高，皮層低；另外還要求為非晶態(tài)、有耐高溫和強(qiáng)韌性。

    確實，制造有機(jī)導(dǎo)光纖維的內(nèi)芯和涂層材料很多，有的在聚甲基丙烯酸甲酯纖維上覆蓋一層聚乙烯或其它不同折射率的材料(如聚四氟乙烯)，還有的采用聚丙烯腈樹脂覆蓋腈綸芯絲。

    1.2按纖維結(jié)構(gòu)分類

    按纖維結(jié)構(gòu)可分為皮芯型和自聚集型。光導(dǎo)纖維在結(jié)構(gòu)上大體分為兩類。一類是芯皮型結(jié)構(gòu)光導(dǎo)纖維。取下一截這種結(jié)構(gòu)的光導(dǎo)纖維，把它放在顯微鏡下觀察。斷面中央有一根芯，直徑只有幾十微米，芯的四周是一圈包皮。芯是用折射率高的透明玻璃材料做成的，包皮則是用折射率低的玻璃或塑料做成的。另一類光導(dǎo)纖維叫自聚焦纖維，它傳導(dǎo)光線的工作原理和芯皮型結(jié)構(gòu)光導(dǎo)纖維不同。這類光導(dǎo)纖維好像是由許多微型透鏡組成的，能迫使入射光線逐漸自動地向纖維的中心軸方向靠攏，進(jìn)行聚焦，由此保證入射光線不會從纖維材料中漏出去。

    根據(jù)結(jié)構(gòu)和光傳輸特點，塑料光導(dǎo)纖維通常分兩種類型，即全反射型和自聚焦型。全反射型光導(dǎo)纖維由高折射率的芯材和低折射率的包層構(gòu)成，兩者之間能形成良好的光學(xué)接口，且均為透明塑料，其直徑范圍為幾十至l000pm。

    1.3按形狀和柔性分類

    按形狀和柔性分為可撓性和不可撓性光導(dǎo)纖維；

    1.4按傳遞光的波長分類

    按傳遞光的波長分為可見光、紅外線、紫外線、激光等光導(dǎo)纖維。

    1.5按化學(xué)組成分類

    光導(dǎo)纖維按化學(xué)組成分為熔石英玻璃光纖、氟化物玻璃光纖和硫化物玻璃光纖等。

    1.6按應(yīng)用分類

    按應(yīng)用又分為通信光纖，主要用于光纖通信代替同軸電纜和微波通信。

    據(jù)悉，傳感光纖，用于制造光纖傳感器，具有靈敏度高、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點；傳光光纖，用于傳輸激光，已在激光加工、激光醫(yī)療等設(shè)備上發(fā)揮了作用；激光光纖，可用作高增益的光纖激光器和放大器。光學(xué)上把具有一定頻率、一定的偏振狀態(tài)和傳播方向的光波稱做光波的一種模式。只允許傳輸一個模式光波的光導(dǎo)纖維稱為單模光導(dǎo)纖維；允許同時傳輸多個模式光波的光導(dǎo)纖維稱為多模光導(dǎo)纖維。

    2.光導(dǎo)纖維的制備工藝

    根據(jù)光線從光密介質(zhì)（高折射率）射入光疏介質(zhì)(低折射率)時在界面處向光密介質(zhì)內(nèi)反射的原理，光線通過光纖時經(jīng)反復(fù)反射向前輸送。由于制造方法的不同，全反射型光導(dǎo)纖維又分為多模光纖和單模光纖。塑料光纖制備的工藝流程：單體精制→聚合→紡絲→包層和拉伸→光纜加工。

    在眾多的透明塑料中，只有那些拉抻時不產(chǎn)生雙折射和偏光的品種才適合制造光纖。用于生產(chǎn)芯子的塑料主要有聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、重氫化聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等。用于生產(chǎn)包層的塑料主要有多氟烷基側(cè)鏈的聚甲基丙烯酸酯類、偏氟乙烯一四氟乙烯共聚物、有機(jī)硅樹脂、尼龍以及液晶等。各種不同類型的光纖成型方法又各有差異。全反射型光導(dǎo)纖維目前有棒管法、沉積法和復(fù)合紡絲法3種加工方法。

    2.1棒管法

    棒管法是將芯料高聚物制成棒狀，外面套上包層材料管，然后再一起加熱到高彈態(tài)進(jìn)行拉伸制成光纖；

    2.2沉積法

    沉積法是將包層材料溶解或熔化為液態(tài)，然后使芯子從中穿過。從而使其附著在芯材上形成包層；

    2.3復(fù)合紡絲法

    復(fù)合紡絲法則分別把芯子和包層兩種成纖高聚物溶融，用復(fù)合噴絲板紡絲成型。自聚焦型光纖是將具有不同折射率和聚合反應(yīng)速度的單體注入一垂直的聚合管中，在旋轉(zhuǎn)的情況下，通過光或熱激發(fā)使之發(fā)生共聚，聚合物從管壁向軸中心逐漸析出，隨著單體轉(zhuǎn)化為聚合物的轉(zhuǎn)化率上升，共聚物的折射率不斷變化，最終得到折射率由里至外逐漸下降呈拋物線分布的產(chǎn)物。

    除上述方法外，自聚焦型光纖還可用離子交換法、單體擴(kuò)散法和共混法制備。但自聚焦型光纖多處于實驗和試制階段，所以實用光纖仍以全反射型為主。界面凝膠共聚法是當(dāng)前研究最多且用途最為廣泛的POF的最新制備方法。為了得到折射率從中心軸到包層逐漸變化的材料，通常采用兩種不同折射率和反應(yīng)活性的單體如MMA和VPAC，在共聚前單體應(yīng)被很好地純化；用0.5N的NaOH溶液洗滌除去單體中的抑制劑，再用蒸餾水反復(fù)將剩余的NaOH洗凈，然后經(jīng)無水硫酸納干燥后減壓蒸餾，過濾。以過氧化苯甲酰和n一丁基硫醇作聚合引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑，在PM—MA管內(nèi)于80℃條件的馬福爐中反應(yīng)，在管內(nèi)壁附近形成凝膠層（內(nèi)壁溶解于單體而形成），由于在凝膠相中的聚合速度比單體液相快得多，所以聚合反應(yīng)將從管內(nèi)壁處開始，并且主要是MMA的聚合，故在包層附近折射率是低的。隨著共聚相逐漸加厚，單體相中聚合物含量也會慢慢增加。隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，折射率將不斷增加，從而給出從包層到中心軸折射率逐漸增大的分布。最后所得的實芯棒在減壓力下熱處理8小時，然后在230℃-250℃下拉成纖維即可得到塑料光纖。