《塑料光纤传感器》PPT课件

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1、塑料光纤传感器塑料光纤(polymeropticalfiber,简写为POF)是由高折射率的聚合物材料为纤芯和低折射率的聚合物材料为包层所构成的光纤。作为塑料光纤的聚合物纤芯材料主要有PMMA，PS，PC等最成熟和广泛商业化应用（光纤传感、局域网、光纤到户、照明等）和在汽车、军事上应用的，主要是低损耗PMMA塑料光纤。光纤光缆实物图11-11-2007DashengPOF3塑料光纤与其它传输介质比较传输介质双绞线同轴电缆石英光纤塑料光纤价格高一般贵一般损耗高高最低稍高连接容易较容易难非常容易处理容易容

2、易需要培训容易柔韧性柔韧柔韧易碎柔韧工作媒介电电红外可见光数值孔径低高带宽低低最高高电磁干扰高低没有没有单段最大距离100米185米几十公里几百米1964年美国Dupont(杜邦)公司最早开始研究，随后日本、德国、法国、韩国等纷纷投入大量资金进行研究开发。早期的塑料光纤由于受到制作工艺和条件的限制，损耗较大，应用一直受到限制。1980年以后，低损耗的塑料光纤的基础和应用研究日趋活跃，并逐渐进入商业应用。一塑料光纤的工作原理、类型二塑料光纤的制备、特性三塑料光纤传感器主要内容一塑料光纤工作原理、类型和石

3、英光纤一样，塑料光纤传光也是利用光的全反射原理，光纤纤芯是光密介质，包层是光疏介质，这样，只要一个光线射入的角度合适，那么这束光线就会在光纤内部不停地进行全反射而传向另一端。塑料光纤结构图塑料光纤的芯材和皮材必须满足以下几个条件：（1）两者都是透明的无定形聚合物，具有耐高温度和强韧性；（2）两者的折射率之差应满足n芯-n皮≥0.05的条件，以确保有一定的受光角；（3）两者具有良好的匹配性，界面黏结性良好。纤芯材料主要是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚苯乙烯（PS）。（1）低损耗塑料光纤由于聚甲基丙烯酸

4、甲酯(PMMA)中含有大量的pH键产生高次谐波和电子跃迁损耗，固有损耗主要取决于分子振动吸收和瑞利散射，其损耗不能显著降低。用氘取代C—H中的H是降低损耗的重要途径，氘化的主要作用是降低分子振动吸收，氘代度越高，损耗水平越低。由于氘化单体的聚合速率较缓慢，聚合物的内应力小，所以氘化也能降低瑞利散射。塑料光纤的类型（2）耐热塑料光纤普通的塑料光纤耐热性不高，如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚苯乙烯（PS）芯材的长期使用温度要求在80℃以下，而无机光纤至少可在100℃以上的温度下使用。因此，提高塑料光纤的

5、耐热性就成了塑料光纤的研究热点之一。通常采用三种方法提高塑料光纤的耐热性：①保护层法，在塑料光纤外套塑或涂覆一层保护层，阻碍氧气在芯皮材中传输，防止芯皮材在高温下氧化，并在一定程度上阻碍塑料光纤的变形；②清洗法，芯皮材采用溶剂清洗，清除残余单体和低分子量副产物等；③选用玻璃化温度高的芯皮材。前两种方法都是辅助方法，只有第三种方法才是最有效的方法。（3）耐湿塑料光纤塑料光纤与无机光纤相比容易吸潮，而水能增强芯材聚合物C—H的振动吸收，使光纤的损耗增大。将脂肪环、苯环和长链烷基引入芯材聚合物中，能提高塑料

6、光纤的耐湿性。另外，改善包层或增加包层数也可以改善塑料光纤的耐湿性。（4）荧光塑料光纤荧光塑料光纤是在芯材中掺入一定量的荧光剂，其入射端面输入特定波长的光，这种光为荧光剂所吸收，然后发出另一特定波长的光，由塑料光纤出射端面输出。荧光塑料光纤可制成特殊的光纤传感器，也可制作成功率放大器。（5）非线性塑料光纤采用偶极性有机材料同芯材混合，用垂直机头牵引挤出成型，并在靠近模头处设置高强直流电场，这样处于黏流态聚合物中的偶极性有机物获得电场取向，随着黏流态聚合物的冷却成型，非线性有机材料偶极取向固定，从而获得

7、非线性塑料光纤。这种非线性塑料光纤可制作成电光及非线性光学器件，是一种新型的塑料光纤。(1)棒管法将光纤的芯材和鞘材分别制成严格匹配的棒和管，在加热和抽真空情况下将两者紧紧复合在一起拉制成丝。最常用的是界面凝胶共聚合法。二塑料光纤的制备、特性1塑料光纤的制备(2)共挤法所谓共挤法工艺是在拉制塑料光纤过程中使用两台挤出机：一台挤出芯材、另一台挤出鞘材，两台挤出机通过同一模头熔融挤出成型，再经牵引收卷即拉制成塑料光纤。塑料光纤挤出机(3)涂覆法涂覆法是将挤出的纤芯通过鞘料的溶液，将溶剂去除后，鞘层包覆于芯

8、层而成光纤的方法。涂覆法工艺流程图(4)连续聚合纺丝法连续聚合纺丝法是目前最先进的光纤拉丝工艺，其先进性在于从单体聚合到纺丝成型全部在密封系统内进行，大大减少了外界环境污染，从而使光纤的透光率得以大幅提高，其工艺流程如图所示。连续聚合纺丝法工艺流程图(1)光学特性2塑料光纤的特性塑料光纤是一种纤维状长链分子，是用单体聚合而成，其密度均匀性较难达到，因而有较大的光学损耗。一般而言，塑料光纤的光吸收系数在0.008~0.0018/cm之间，光损耗值在200~