降低塑料光纤传输损耗 来自蜘蛛网的结构变革

　　新一代塑料光纤及其功能开发

　　过去几十年的塑料光纤都是由实芯构成并通过全内反射机理传光的，一直被材料损耗大、因而光纤损耗大这个问题所困扰。新一代塑料光纤采用蜘蛛网结构包层空芯布拉格光纤的功能包括：传输可见至近红外光的塑料光纤、红外塑料光纤、传输太赫兹波塑料光纤、保持圆偏振态单模塑料光纤。

　　此外，利用塑料和蜘蛛网结构空芯布拉格光纤，可以设计传送太阳光的空芯波导，用于太阳光照明等，它具有比原来实芯塑料光纤或光导管低得多的传输损耗，显著提高传输效率；可以设计用于充气空芯布拉格非线性光纤，实现飞秒激光的高次谐波产生、受激转动拉曼散射、光孤子产生等，在损耗、单模性和传输波长范围等性能方面，超越现有各种空芯光子带隙光纤；高强度、易弯曲、抗冲击、延伸率大和长寿命的塑料光纤，可以在医疗系统和光纤制导技术方面发挥作用。

　　制作技术

　　塑料光纤的制作技术，大多采用连续挤出法和预制棒法。前者效率高，适合大批量工业生产；后者适合制作渐变折射率型(GI)塑料光纤、光子晶体光纤和实验室试制样品。预制棒法虽然不是连续工艺，但灵活、多样、方便，例如制作各种聚合物微结构光纤预制棒，除使用毛细管堆积法外，还可采用钻孔法、单体或预聚物注塑成型法、挤出法等。

　　蜘蛛网结构包层空芯塑料光纤，既可以采用挤出法，也可以采用预制棒法。从大批量工业生产角度，应采用连续挤出法。连续挤出法在工业生产阶跃型塑料光纤的几十年历史中，是成熟的。但要生产布拉格空芯光纤，主要技术难点是包层高折射率材料厚度仅为光波长的几分之一，而现在挤出模具挤出料的最小厚度一般为0.5mm，因此在短波段，挤出模具尺寸要比光纤尺寸放大几百倍至上千倍。如果模具挤出料的最小厚度可以降至0.3mm，甚至0.1mm(国外已能做成产品)，这个难点就能消除。另一方面，从光纤设计上，可以寻找低损耗蜘蛛网结构包层空芯塑料光纤的其他束缚机理，增大高折射率包层的厚度，问题也可解决。预计批量连续化生产蜘蛛网结构包层空芯塑料光纤，是一定能够实现的。

　　我们实验室正在采用预制棒法制作蜘蛛网结构包层空芯塑料光纤，不久就能实现。

　　利用各种塑料和蜘蛛网结构包层构成的新一代空芯塑料光纤，开拓了在各种光波长、低损耗、单模、宽传输频率范围(1～2个倍频程)、大芯径、易弯曲和低成本的光纤，实现长距离、高速率信息传输；利用耐热聚合物，可以构成医用激光治疗仪、激光加工等所需要的传能光纤，特别在红外区，既具有低损耗又易弯曲的塑料光纤，可以消除现有红外光纤的普遍缺憾。像光纤直径大于几个毫米还具有弯曲性能的太赫兹低损耗波导，塑料光纤可能是一种不可替代的光纤。