降低PMMA塑料光纤损耗的初步研究

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光纤通信是近代信息传输技术革命的标志，自从1977年美国加利福尼亚州通用电话公司安装第一台光纤通信之后，至今世界各国已普通使用。目前随着以光纤入户（FTTH）为代表的高速多媒体构想正在变为现实，塑料光纤以其质轻、柔韧性好和连接容易等优点更倍受重视。然而塑料光纤损耗较大的缺点限制了它在通信系统中的广泛应用。在本文中，我们针对降低塑料光纤损耗作了初步研究。　　2塑料光纤损耗分析造成塑料光纤损耗的因素很多，主要包括塑料光纤材料本身的固有因素（本征损耗）和光纤加工技术不完善等造成的外在因素，详见表1.其中本征损耗是由材料本身所引起的，决定着该塑料光纤的损耗下限；而外在因素则可以通过改进工艺来降低或消除|1.塑料光纤总损耗等于表1中各因素的损耗之和，其中最主要的损耗是C+H键谐波吸收。　　表1塑料光纤的光损耗因素本征损耗外因损耗吸收散射吸收散射C一H谐波电子转移瑞利散射过渡金属离子有机杂质尘埃和气泡；芯径波动芯-包层界面缺陷方位双折射针对以上塑料光纤损耗分析，我们研究了不同引发剂、加入抗氧性单体和包层工艺对PMMA阶跃型塑料光纤损耗的影响3引发剂对塑料光纤损耗的影响聚合反应所采用的一般引发剂使高分子链端带入杂质端基使塑料光纤损耗增加。考虑到这种损耗因素，我们尝试采用新型含氟自由基引发剂制备光纤材料来降低塑料光纤损耗。　　我们分别利用含氟自由基和过氧化二苯甲酰（BPO）引发聚合MMA制备PMMA，用有机硅树脂溶剂涂覆法进行包层，所制备的塑料光纤透光率（m长，650nm）分别为77. 6%.本课题组范明海分别利用含氟自由基和偶氮二异丁腈引发MMA制备PMMA材料，制成塑料光纤|21，其损耗如，最低损耗分别为310dB/km和SSklB/km很明显，含氟自由基提高了PMMA纯度，降低了PMMA塑料光纤损耗。　　在以过氧化二苯甲酰（BPO）引发MMA聚合过程中，BPO先分解形成苯自由基，然后自由基引发单体生成单体自由基，继续反应就形成高分子长链，其化学反应式如。从上述反应式来看，使用一般的引发剂不可避免地要在大分子链端引入引发剂的端基，从而增大PMMA的光损耗。　　含氟自由基是用电子加速器加速电子于室温下照射全氟有机化合物（典型为全氟化烷烃）而得到的含氟自由基。含氟自由基在室温下可以长期保持活性，而且引发聚合后沉淀于反应容器底部，可以回收反复使用，是一种具有较大应用前景的新型引发剂|31.含氟自由基引发MMA的化学反应式如，首先过氧化含氟自由基在氮气作用下转换为含氟自由基，含氟自由基与MMA形成电荷转移络合物（CTC），CTC分解而成的引发自由基引发单体进行聚合反应，产生PMMA聚合物从中BPO引发MMA的反应式和中含氟自由基引发MMA的化学反应式可以看到，前者反应时最终大分子链端存在苯环端基，而含氟自由基引发MMA聚合反应时，大分子链端则不存在引发剂端基，即可避免端基的光吸收损耗。因此利用这一原理，我们就得到了纯度更高、光损耗更低的塑料光纤用PMMA芯材。　　4抗氧单体对塑料光纤损耗的影响我们知道聚合物在高温时接触氧气会发生氧化降解。变黄等现象。在PMMA挤出成纤过程中接触氧气也会发生该现象，导致所制备的塑料光纤损耗增加。柔韧性降低。因此塑料光纤的生产过程中必须排除氧气的干扰，需要在生产全过程用惰性气体对聚合物材料进行保护；或在聚合物中加入对塑料光纤损耗影响不大的抗氧性单体，改善聚合物材料本身抗氧性。　　为PMMA的红外光谱。我们所选用的一种透光率与PMMA相似的抗氧性单体，其红外光谱见。　　抗氧性单体聚合物红外光谱囹数）抗氧性单体合成三元共聚物，并制备成塑料光纤（1m长、有机硅涂层）其透光率（650nm）见表2可以发现，抗氧性单体显著提高了塑料光纤的透光率。主要因为抗氧性单体降低了聚合物合成、挤出拉丝过程中氧气对聚合物氧化降解作用，从而提高了聚合物的透明性。同时也说明塑料光纤的生产过程中必须排除氧气干扰。　　表2抗氧性单体对塑料光纤透光率的影响抗氧性单体含量（%质量分数）透光率（％）5包层材料与包层工艺对塑料光纤损耗的影响对于阶跃型塑料光纤，其芯材外周需要涂覆一层折射率比芯材低的透明树脂材料。包层材料与包层工艺对塑料光纤损耗的影响非常大。目前塑料光纤的包层方法主要有溶剂涂覆法、紫外光固化涂覆法、共挤涂覆法等141.我们研究了不同涂覆法对塑料光纤损耗的影响，在我们的实验中主要选择这样几种材料：用透明的有机硅（n= 1.40）的乙醇溶液进行溶剂涂覆；用低折射率的氟化丙烯酸酯的预聚物（n= 1.41）进行紫外光涂覆|6|；用氟树脂“=1.3~1.41）进行共挤涂覆。　　这3种涂覆法制备的塑料光纤性能见表3.这里塑料光纤损耗是用截断法测量，透光率测量所用光纤长1m，波长为650mm可以发现，溶剂涂覆法的性能最差，这因为溶剂的挥发会造成塑料光纤芯材与包层之间产生微小的气隙，导致光纤的散射与漏光，从而增加光纤损耗；紫外光固化涂层虽然没有溶剂的挥发问题，但它是在芯材挤出后再涂覆的，在涂覆前氧气必然对芯材产生氧化，同时还可能粘上灰尘，也会增加光纤的损耗；共挤涂覆法是与光纤芯材挤出同步进行的，没有以上两种方法所存在的问题，所以制备的塑料光纤损耗最低。最后，我们通过调整配方，优化工艺制备出最低损耗为192dB/km（650nm）的低损耗塑料光纤。　　涂覆法透光率（％）有机硅溶剂涂覆紫外光固化涂覆共挤氟树脂涂覆6结论通过我们的实验研究，发现通过含氟自由基引发的MMA聚合反应，能明显地降低塑料光纤损耗；同时通过加入抗氧性单体，减少了氧气对塑料光纤的氧化，提高了塑料光纤的透光性；而选择共挤氟树脂包层，则解决了光纤的漏光和氧化的问题。　　通过采用以上这些材料和工艺，我们制备出了最低损耗为192dB/km的塑料光纤，与国外同类产品损耗水平（200dB/km左右）相当。　　致谢：感谢国家“教育行动计划”项目对本课题的大力支持。