文档介绍：微/纳米塑料光纤的制备
彭伟华
导师：张国权
2120130175

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目录
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研究背景
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MNFs特性
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制备方法
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应用展望
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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
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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。
。
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
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.
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
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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125μm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。
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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。
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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
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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
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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
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制备方法
飞箭拉制细光纤
火焰扫描拉制光纤
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