文档介绍：微/纳米塑料光纤的制备彭伟华导师:张国权 2120130175 目录 1 1 研究背景 2 2 MNFs 特性 3 3 制备方法 4 4 应用展望 1 研究背景微纳光纤技术的发展?光纤的广泛应用光纤应用光通信非线性光学传感功率传输天文研究安全监测研究背景?光波导的历史 19 世纪, D. Colladon and J. Tyndall 观察到光在水与空气的分界面上做全反射,从而导致光随水流而弯曲的现象。 1880 年发明了光导管。 1887 年,英国物理学家 C. V. Boys 最早从熔融的矿物质中拉制出很细的玻璃光纤,直径小于 1μm,被誉为“最细的玻璃丝”,现在的微纳米光纤 1959 年 Narinder 最早将这种玻璃丝用于光的传导。 1960 年 T. Maiman 发明了第一台激光器。 1966 年 C. Kao 和 G. Hockham 提出了在高纯度的玻璃里实现低损耗传输光的可能性,这大大推进了光通信产业中纤维光学的确立。 20 世纪 70 年代,纤维光学研究行业繁荣发展。 1999 年,J. Bures 和报道了关于亚波长直径的超细纤维的理论工作。 2003 年,童利民等人用实验的方法制备了 MNFs, 并将其用于低损耗的光学传输。光波导的历史 2 MNFs 特性微纳米光纤(Micro-/ Nano fibers - MNFs ) ?标准玻璃光纤由两部分组成:一个固体的圆柱形纤芯,周围是折射率相对较低的包层。一个标准单模通信光纤,比如康宁的 SMF28, 其裸光纤和纤芯的直径分别为 125 μm 和9μm。图 1 标准光纤中依靠全反射的光波导(a) 芯径相对大的光纤(b) 芯径相对小的光纤。如图(a), 由于全反射作用,光沿着光纤轴向在光纤内部传输。在反射区域,光入射到交界面,一小部分光进入了高折射率纤芯的分界线,在包层中产生倏逝场,最后又返回到纤芯中,这就使反射光在轴线的方向产生了一个很微小的位移,我们称之为古斯-汉欣位移。当光纤直径减小时,光就会更频繁地进入分界线,与此同时芯径外面的倏逝场就会增加,如图(b) 所示。 MNFs 特性? MNFs 图 2 芯径小于传输光波长的 MNFs 中的光波导当光纤芯径小于光波波长时,就会有相当一部分的光功率传送到芯径以外。如图 2所示,由于光纤的芯径不够粗,从而通过入射光和反射光不能产生一个稳定的电磁场,这就意味着射线光学不再适用。对于一个芯径小于光波波长的光纤来说,芯层和包层间的高折射率差会使光在一定程度上得到很好的约束,对于 MNFs, 环境中的低折射率介质如空气、水和某种气体和液体等通常被看作其包层。 MNFs 特性?塑料光纤(Plastic Optical Fiber - POF) 的优缺点优点: ?抗电磁干扰?制造成本低?耦合效率高?柔韧性好?对应力很敏感, 并且热光系数为负?与有机物有着极好的相容性 POF 缺点: ?传输损耗大?耐热性差,一般范围是-40~80 ℃?带宽小?缺乏行业标准, 供应商较少 3 制备方法? MNFs 在制备方面的问题化学生长法刻蚀法损耗比较大表面粗糙度较大直径均匀度较差损耗比较大耗费大量时间和精力制作步骤冗长制备方法通过高温拉锥法制备的微纳米光纤表面质量高、操作简单、均匀性好、传输损耗低,有效地解决了上述两种方法的问题。拉锥技术是用拉锥的方法将大体积的材料拉成细光纤的一种方法。如下图所示,这种技术可以应用于玻璃和塑料等多种材料,只要这种材料具有适合拉锥的粘度即可。拉锥技术示意图制备方法?飞箭拉制细光纤?火焰扫描拉制光纤