传递信息的使者-光导纤维（一）

邢声远

    光导纤维又称导光纤维﹑光学纤维，是一种把光能闭合在纤维中而产生导光作用的纤维。它能将光的明暗﹑光点的明灭变化等信号从一端传送到另一端。光导纤维是由两种或两种以上折射率不同的透明材料通过特殊复合技术制成的复合纤维。它的基本类型是由实际起着导光作用的芯材和能将光能闭合于芯材之中的皮层构成。光导纤维有各种分类方法：按材料组成万分可分为玻璃﹑石英和塑料光导纤维；按形状和柔性分为可挠性和不可挠性光导纤维；按纤维结构分为皮芯型和自聚集型（又称梯度型）；按传递性分为传光和传象光导纤维；按传递光的波长分为可见光﹑红外线﹑紫外线﹑激光等光导纤维。

    众所周知，玻璃是一种宁折不挠的硬性材料，它既不耐冲击，又不能拗屈。但把玻璃抽成细丝后，它就会一反常态地变得柔软耐磨，可挠易弯， 还具有不燃烧﹑耐腐蚀﹑隔热﹑吸音﹑强度大的特点。如经树脂涂层和印染处理，还可作为室内装饰用布。人们又发现，玻璃纤维的细度越细，则柔韧性越好，合股线的强力也就越高。又由于玻璃的透光性能好，还有传递光能的作用，因此，从70年代起，人们就成功地将二氧化硅玻璃纤维用于光通讯技术。这是第一代光导纤维，它是用二氧化硅玻璃纤维做芯线，线外用甲基丙烯酸酯涂膜，以增强光导纤维的机械强度和防止光能散射。通讯的原理是用玻璃纤维接受光讯号﹑再传导给光调制器﹑并经光探测器和光接受机，通过接口件转换成电磁讯号。这种光导纤维的重量只有普通电话电缆的千分之一。而且这种通讯方法具有容量大﹑抗干扰性好﹑能量衰耗小等特点，但是，这种光导纤维的抽丝和对接难度大，推广应用困难。于是，1964年美国首先研制成功了第二代光导纤维，它采用合成材料做芯线（如用重氢取代氢离子的聚甲基丙烯酸甲酯做芯线），外层涂料用聚乙烯或聚四氟乙烯。也有采用丙烯腈做芯线，用聚苯乙烯做涂料的光导纤维。这种光导纤维的芯线透射率高，涂层折射率低，光能损耗低于20dB，而且加工技术简单，可加工极细的光导纤维，目前应用的细度可达0.005mm以下，可方便地根据需要来加工导线的长度，这样可减少接头的损耗，而且柔软度优于玻璃纤维，便于推广使用。

    光导纤维一般以束﹑缆﹑板﹑管等形式使用。制造有机导光纤维的内芯和涂层材料很多，有的在聚甲基丙烯酸甲酯纤维上覆盖一层聚乙烯或其他不同折射率的材料（如聚四氟乙烯），还有的采用聚丙烯腈树脂覆盖腈纶芯丝。

    在选择光导纤维的基材时，一般要求芯料的透光率高，而涂层材料要求折射率低，并且要求芯料和涂料的折射率相差越大越好。在热性能方面，要求两种材料的热膨胀系数相接近，若相差较大，则形成的光导纤维产生内应力，使透光率和纤维强度降低。另外，要求两种材料的软化点和高温下的粘度都要相接近，否则，会导致芯料和涂层材料结合不均匀，将会影响到纤维的导光性能。

    影响光导纤维使用性能的因素很多，光导纤维的集光能力﹑透光性﹑分辨率和对比度是影响光导线传像能力的主要指标。数值孔径用于表示光导纤维集光能力的大小和接收光的多少，而数值孔径的大小直接与光导纤维芯料和涂层的折射率有关，芯料与涂层的折射率相差越大，则集光能力就越强，光导纤维的透光性则与所使用的材料﹑数值孔径及纤维的几何尺寸有关，并随着纤维长度的增加而很快地下降。图像的清晰程度是由分辨率决定的， 而分辨率与光导纤维的直径成反比，因此光导纤维的直径尽可能地细。影响光导纤维对比度的因素主要有纤维的集光能力﹑透光能力﹑分辨能力和涂层的厚度。但涂层厚薄的程度宜适中，涂层厚度太厚会产生光的相互干扰，太薄则会漏光。

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