玻璃光纖由細(xì)小的玻璃纖維構(gòu)成，這些玻璃纖維在特定應(yīng)用的護(hù)套（如不銹鋼）內(nèi)捆綁在一起，以實(shí)現(xiàn)耐用性和耐高溫。它們連接到某些光電傳感器并將光從傳感頭引導(dǎo)到目標(biāo)。

玻璃纖維是所有光纖技術(shù)的核心。這種纖細(xì)、柔韌、透明的材料的直徑大約相當(dāng)于一根人發(fā)。光在光纖纖芯中傳輸，在光纖束末端射出光線或形成圖像。

光能進(jìn)行這樣的傳輸是因?yàn)槭褂昧苏凵渎什煌膬煞N材料。玻璃纖維由高折射率的纖芯和低折射率的包層組成。根據(jù)全內(nèi)反射（TIR）原理，當(dāng)光線以小于極限角的角度入射到纖芯和包層之間的邊界時(shí)會被反射，光可以這樣沿著光纖傳輸?shù)侥┒恕?/span>

玻璃光纖具有令人印象深刻的溫度范圍，低至 -40°F 至高達(dá) +900°F。玻璃纖維的主要應(yīng)用是通信、傳感器和測量系統(tǒng)。某些類型的玻璃光纜還可以在腐蝕和潮濕環(huán)境等惡劣環(huán)境中使用。

近年來，隨著材料科學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，出現(xiàn)了空芯光纖的產(chǎn)品新形式。其實(shí)早在上世紀(jì)60年代就有人曾經(jīng)提出過空芯光纖的設(shè)想。但是，那時(shí)候的材料技術(shù)還不成熟，所以無法實(shí)現(xiàn)。直到2000年前后，研發(fā)人員開發(fā)了多孔光纖和微結(jié)構(gòu)光纖的產(chǎn)品。這種光纖的纖芯是中空的，充滿了空氣。光纖的包層，是大量的空氣孔，按周期性排列，全部具有精確設(shè)定的孔徑大小、孔間距和周期。

圖 空芯光纖的各種截面

采用空芯光纖，光信號的傳播速度將會比傳統(tǒng)玻芯光纖提升47%左右。這對于高頻率的金融證券交易，以及遠(yuǎn)程醫(yī)療、工業(yè)制造等行業(yè)場景，這個(gè)時(shí)延改善具有重要的意義。

然而，玻璃光纖需要專業(yè)技術(shù)人員安裝，玻璃光纖的纖芯直徑非常小，因此將光耦合到纖芯區(qū)域（例如光源）的技術(shù)要求較高。玻璃光纖很脆弱，如果處理不當(dāng)，更容易斷裂；此外，光纖端接的工具和設(shè)備通常很昂貴，安裝成本較高。

因此，近年來又開發(fā)了以PMMA樹脂為芯材的塑料光纖（POF），皮層材料選用氟材料或含氟聚合物。POF的出現(xiàn)很好地解決了上述問題：POF 的材料成本低廉，并且相關(guān)組件的安裝并不昂貴。它柔韌而堅(jiān)固，能夠進(jìn)一步彎曲而不會斷裂；使用塑料光纖的網(wǎng)絡(luò)可由未經(jīng)培訓(xùn)的人員安裝。即使是家庭用戶也可以處理和安裝這些光纖；塑料光纖使用肉眼容易看到的無害綠光或紅光。

日本是世界上最大的POF生產(chǎn)國，德國成功將POF應(yīng)用到汽車中的多媒體總線系統(tǒng)。我國在POF領(lǐng)域的探索歷程也十分艱辛，同樣受到發(fā)達(dá)國家的技術(shù)封鎖。目前，中科院理化技術(shù)研究所是該領(lǐng)域的先驅(qū)，

一代材料，一代創(chuàng)新。新材料領(lǐng)域的自主創(chuàng)新往往是其他領(lǐng)域開展創(chuàng)新實(shí)踐的重要前提條件之一。正是這些材料領(lǐng)域的研究發(fā)現(xiàn)，支撐了我們?nèi)粘Ｐ畔⒔涣鱾鬟f的重要使命。

參考資料

[1]王敏敏,王榮康,王春艷.塑料光纖研發(fā)和生產(chǎn)進(jìn)展[J].上海塑料,2023,51(06):14-17.DOI:10.16777/j.cnki.issn.1009-5993.2023.06.002.