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世界光導(dǎo)纖維的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)應(yīng)用與發(fā)展前景分析(下)
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http://shiquanmuye.com 發(fā)稿日期:2008-7-1
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1.光導(dǎo)纖維的應(yīng)用
光導(dǎo)纖維的特性決定了其廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。由光導(dǎo)纖維制成的各種光導(dǎo)線﹑光導(dǎo)桿和光導(dǎo)纖維面板等,廣泛地應(yīng)用在工業(yè)﹑國(guó)防﹑交通﹑通訊﹑醫(yī)學(xué)和宇航等領(lǐng)域。特別是便宜和易于使用的塑料光纖已受到人們的青睞。用塑料光纖制的光纜比普通電纜更為快捷地傳送信息,并幾乎可提供無(wú)限容量來(lái)滿足信息時(shí)代的需要。與石英光纖相比,POF(光導(dǎo)纖維)具有:同批量生產(chǎn)時(shí)制造成本要便宜得多,僅為石英光纖的一半;更易端接(其纖芯大約為1mm),且端接成本少。通常聯(lián)接一個(gè)石英光纖接口需數(shù)十或上百美元,而相應(yīng)的POF接口僅需幾美分;極好的韌性,重量輕,易于加工,對(duì)振動(dòng)不敏感,在彎曲場(chǎng)合更適用;新型廉價(jià)的光源、檢測(cè)器和聯(lián)接器更便于發(fā)揮POF的優(yōu)勢(shì),如紅色垂直腔而發(fā)光激光器(VC-SELS)隨時(shí)準(zhǔn)備取代昂貴的近紫外發(fā)光二極管(LED),并提供高得多的數(shù)據(jù)傳輸速度。
1.1通信領(lǐng)域
光導(dǎo)纖維最廣泛的應(yīng)用在通信領(lǐng)域,即光導(dǎo)纖維通信。自20世紀(jì)60年代以來(lái),由于在光源和光纖方面取得了重大的突破,使光通信獲得異常迅速的發(fā)展。作為光源的激光方向性強(qiáng)﹑頻率高,是進(jìn)行光通信的理想光源;光波頻帶寬,與電波通信相比,能提供更多的通信通路,可滿足大容量通信系統(tǒng)的要求。因此,光纖通信與衛(wèi)星通信一并成為通信領(lǐng)域里最活躍的兩種通信方式。
1.2醫(yī)學(xué)領(lǐng)域
在醫(yī)學(xué)上,光導(dǎo)纖維可以用于食道﹑直腸﹑膀胱﹑子宮﹑胃等深部探查內(nèi)窺鏡(胃鏡﹑血管鏡等)的光學(xué)組件和不必切開(kāi)皮肉直接插入身體內(nèi)部,切除癌瘤組織的外科手術(shù)激光刀,即由光導(dǎo)纖維將激光傳遞至手術(shù)部位。
1.3照明和光能傳送領(lǐng)域
在照明和光能傳送方面,利用光導(dǎo)纖維進(jìn)短距離可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)光源多點(diǎn)照明,光纜照明,可利用塑料光纖光纜傳輸太陽(yáng)光作為水下﹑地下照明。由于光導(dǎo)纖維柔軟易彎曲變形,可做成任何形狀,以及耗電少﹑光質(zhì)穩(wěn)定﹑光澤柔和﹑色彩廣泛,是未來(lái)的最佳燈具,如與太陽(yáng)能的利用結(jié)合起來(lái)將成為最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的光源。今后的高層建筑﹑禮堂﹑賓館﹑醫(yī)院﹑娛樂(lè)場(chǎng)所﹑甚至家庭依據(jù)都可直接使用光導(dǎo)纖維制成的天花板或墻壁,以及彩織光導(dǎo)纖維字畫等,也可用于道路﹑公共設(shè)施的路燈﹑廣場(chǎng)的照明和商店櫥窗的廣告。此外,還可用于易燃﹑易爆﹑潮濕和腐蝕性強(qiáng)的環(huán)境中不宜架設(shè)輸電線及電氣照明的地方作為安全光源。
1.4國(guó)防軍事領(lǐng)域
在國(guó)防軍事上,光導(dǎo)纖維也有廣泛的應(yīng)用,可以用光導(dǎo)纖維來(lái)制成纖維光學(xué)潛望鏡,裝備在潛艇﹑坦克和飛機(jī)上。光纖通訊的另一特點(diǎn)是其保密性好、不受干擾且無(wú)法竊聽(tīng),這一優(yōu)點(diǎn)使其廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。在國(guó)防軍事上,可以用光導(dǎo)纖維來(lái)制成纖維光學(xué)潛望鏡,裝備在潛艇、坦克和飛機(jī)上,用于偵察復(fù)雜地形或深層屏蔽的敵情。
1.5工業(yè)領(lǐng)域
在工業(yè)上,可傳輸激光進(jìn)行機(jī)械加工;制成各種傳感器用于測(cè)量壓力、溫度、流量、位移、光澤、顏色、產(chǎn)品缺陷等,也可用于工廠自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、機(jī)器內(nèi)及機(jī)器間的信號(hào)傳送、光電開(kāi)關(guān)、光敏組件等。
此外,光纜可不受雷電的侵?jǐn)_而正常工作,從而保護(hù)與之聯(lián)結(jié)的家電和精密儀器免遭雷擊損壞。如美國(guó)杜邦公司的光纖有80%用于汽車工業(yè),可用于前燈、尾燈、開(kāi)關(guān)和儀表盤的照明以及制動(dòng)器的監(jiān)控等。在自控領(lǐng)域,塑料光纖組成的控制線路可防止噪聲的產(chǎn)生及因外部噪聲引起的誤動(dòng)作,在解決設(shè)備的抗電磁干擾方面效果顯著。此外,光纖技術(shù)還可用于閱讀穿孔卡片、光開(kāi)關(guān)、飛點(diǎn)析像器、圖像的縮小和放大、火焰及高溫監(jiān)控、道路標(biāo)志、裝飾照明等。
熒光POF是在芯材中摻人一定量的熒光劑,其入射端面輸入特定波長(zhǎng)的光,這種光為熒光劑所吸收,然后發(fā)出另一特定波長(zhǎng)的光,由POF出射端面輸出?捎脽晒釶OF制作特殊的光纖傳感器或功率放大器,熒光POF極具發(fā)展?jié)摿。偶極性有機(jī)材料比無(wú)機(jī)材料有更大的非線性光學(xué)效應(yīng)。帶偶極特性有機(jī)材料同芯材混合,用垂直機(jī)頭牽引擠出成型,并在靠近模頭處設(shè)置高強(qiáng)直流電場(chǎng),這樣處于粘流態(tài)聚合物中的偶極性有機(jī)物獲得電場(chǎng)取向,隨著粘流態(tài)聚合物的冷卻成型,非線性有機(jī)材料偶極取向固定,從而獲得非線性POF。這種非線性POF可制作電光及非線性光學(xué)器件。
1.6其他領(lǐng)域
光導(dǎo)纖維還可用于火車站、機(jī)場(chǎng)、廣場(chǎng)、證券交易場(chǎng)所等大型顯示屏幕,短距離通訊和數(shù)據(jù)傳輸,將光電池纖維布與光導(dǎo)纖維布巧妙地結(jié)合在一起可制成夜間放光的夜行衣。
2.光導(dǎo)纖維的發(fā)展前景
近年來(lái)塑料光導(dǎo)纖維得到了迅速的發(fā)展,以聚苯乙烯為芯、有機(jī)玻璃為外皮是最簡(jiǎn)單的一種。與石英光導(dǎo)纖維相比,塑料光導(dǎo)纖維柔軟、易加工、質(zhì)量輕、價(jià)廉,廣泛應(yīng)用在某些設(shè)備或建筑內(nèi)部傳遞光信號(hào),或用作裝飾與廣告陳列室等等;還可用作光傳導(dǎo)器。而最近幾年來(lái),從低損耗POF成為研究熱點(diǎn)到現(xiàn)今GI型POF成為研究生產(chǎn)重點(diǎn),每種POF的研制成功都提高了POF的某些性能,擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍,迄今POF已廣泛應(yīng)用于光學(xué)器具、汽車、情報(bào)辦公機(jī)器、裝飾廣告等;還在低碼速LAN中和家庭信息網(wǎng)絡(luò)中得到應(yīng)用,并將與無(wú)機(jī)纖維一起取代同軸電纜作為傳輸介質(zhì)以及飛速發(fā)展的數(shù)字化家庭音響系統(tǒng)等;此外還用于防爆安全光制導(dǎo)、醫(yī)學(xué)窺鏡等。此外,POF在今后的發(fā)展過(guò)程中還需在耐熱性、提高最佳傳輸波長(zhǎng)、細(xì)徑化、功能化等方面得到發(fā)展。如日本旭硝子公司與慶應(yīng)大學(xué)共同開(kāi)發(fā)了傳輸速度很高的塑料光導(dǎo)纖維,不久即可上市。這種光導(dǎo)纖維是用非晶質(zhì)透明全氟樹脂制成的,直徑是石英制玻璃光導(dǎo)纖維的30倍左右,但其性能優(yōu)于石英材料的光導(dǎo)纖維,并且比較柔軟。在信息傳輸速度上,它比聚甲基丙酸甲酯(PMMA)塑料制光導(dǎo)纖維約快10倍。這種新型光導(dǎo)纖維適合于構(gòu)筑辦公室和家庭內(nèi)部的局部通信網(wǎng)路,傳輸高清晰度的電視圖像等信號(hào)。21世紀(jì)POF市場(chǎng)中心將由日本移回美國(guó),GI型POF將在信息高速公路中獲得充分發(fā)展。中國(guó)POF的發(fā)展與國(guó)際發(fā)展水平相差較遠(yuǎn),應(yīng)借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)和最新成果,選定POF材料品種和生產(chǎn)路線,進(jìn)行國(guó)際合作,以求早日趕上國(guó)際水平。
五、結(jié)束語(yǔ)
中國(guó)光導(dǎo)纖維產(chǎn)量1999年為430萬(wàn)千米,滿足了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的一半,但80%~90%靠進(jìn)口。另外,保偏光纖、有源光纖、紅外光纖等特光纖材料尚未產(chǎn)業(yè)化。中國(guó)光導(dǎo)纖維2005年需求量達(dá)到了1400萬(wàn)千米左右,光導(dǎo)纖維預(yù)制體300噸,中國(guó)2006-2007年光導(dǎo)纖維需求量仍然呈現(xiàn)出上升態(tài)勢(shì),預(yù)計(jì)2010年中國(guó)光導(dǎo)纖維需求量2000萬(wàn)千米左右。
值得一提的是:用光波作載波進(jìn)行信息傳送,最具吸引力的地方就是光波頻率極高,能攜帶的信息量極大。光導(dǎo)纖維是由高折射率、高透明度的芯子和低折射率的皮層所組成,當(dāng)入射進(jìn)光纖芯子的光與軸線夾角小于全反射臨界角時(shí),光線在芯皮界上發(fā)生全反射,因此載波光得以在芯子中曲徑前進(jìn),而不穿出包層。它與普通通訊電纜相比,具有信息容量大、重量輕(塑料光纖比重一般僅為1左右)、占有空間小、耦合損耗低、串話少、保密性極強(qiáng)、價(jià)格低、加工方便等優(yōu)點(diǎn),因此,光纖通訊取代電纜和微波通訊是當(dāng)今通訊技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。另外,POF必將成為光纖人戶和到桌面工程理想的首選材料,在信息高速公路工程中產(chǎn)生舉足輕重的作用,具用廣闊的應(yīng)用前景和巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
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