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梯度折射率塑料光纤关键设备的研制

作　者: 张光
导　师: 常丹华；于荣金
学　校: 燕山大学
专　业: 电路与系统
关键词: 塑料光纤损耗梯度折射率包层拉丝机
分类号: TN818
类　型: 硕士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

虽然，石英光纤作为光导介质占据着光通信的主要市场。随着大容量的数据通信系统及汽车等工业的迅速发展，塑料光纤以其芯径大、柔韧性好，连接方便等优点在国际上引起极大的关注。视频电子标准协会（VESA）开展家庭网络标准化作业，分析表明家庭网络必须具备100Mbit/s以上的数据传送速率。若利用铜线电缆，只能传送4.5米的距离，电缆重（70g/m），价格高；更重要的是噪声很大，在100Mbit/s以上传送速度下，电磁辐射噪声远超过FCC的规定值。而光纤正好相反，特别是几乎无噪声干扰。石英玻璃光纤：宽带低衰减，可以在长距离通信干线上传输，但在光纤入户时却存在不可逾越的困难。短距离分布型网络（局域网、入户网等）光纤化势在必行，铜线电缆和石英光纤在这种网络中不是最合适的传输介质。聚合物光纤（POF）有着石英光纤无可比拟的优点：容易制作、价格低廉、可塑性强、重量轻、施工方便等。所以聚合物光纤成为光纤入户过程中的首选材料。但是塑料光纤损耗大的缺点一直制约着其在各种领域的广泛应用。数据通信的高速增长和趋向网络的分布计算需要网络介质具有高的数据通过能力。日本庆应大学的研究者提出的梯度折射率聚合物光纤（GIPOF）方案是既增加POF带宽又保持其大芯径特点的有效手段，被认为是POF技术方面取得的最显著进展。为了满足日益发展的塑料光纤的市场需要，本文根据省科委课题“梯度折射率塑料光纤”及国家自然科学基金项目“塑料光纤放大器的研究”要求，分析了塑料光纤的损耗机理。研究了塑料光纤从材料合成到光纤成丝的整个工业过程。探讨聚合方式对塑料光纤性能的影响。使用各种包层涂覆工艺涂覆塑料光纤包层，并将紫外光聚合工艺应用到POF的包层涂覆中，从而获得性能优异的塑料光纤。鉴于经费比较紧张的现状，我们自制了聚合釜、高速离心回转聚合装置等设备，设备虽然比较简陋，但基本能完成实验工作，实验结果还是比较令人满意的。但同时也不可避免的存在着很多不足，比如拉制出的塑料光纤的各种光学性能、机械性能等暂时都无法测试，另外，拉丝机中对炉子温度、光纤直径以及电机转速的控制精度有待提高，只有这样，才能拉制出性能比燕山大学工学硕士学位论文较优良的塑料光纤，GIPOF的产业化还有一段艰难的路要走。但无论如何，我们可以肯定的说，塑料光纤的前景是非常美好的，加大对塑料光纤的研究力度很有意义。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-9
第1章绪论  9-16
  1．1 POF技术的发展及国内外概况  9-10
  1．2 POF应用  10-13
    1．2．1 POF在局域网中的应用  10-12
    1．2．2 POF在汽车工业中的应用  12-13
    1．2．3 POF在其他领域中的应用  13
  1．3 塑料光纤放大器的历史  13-14
  1．4 本文的目的、意义及内容  14-16
第2章 POF损耗微观机理  16-30
  2．1 POF结构材料与制造工艺  16-21
    2．1．1 POF结构  16-18
    2．1．2 POF材料  18-20
    2．1．3 POF制作工艺  20-21
  2．2 POF特点  21-23
  2．3 POF损耗种类  23
  2．4 造成POF光损耗的主要因素  23-29
    2．4．1 与波长无关的损耗  26-27
    2．4．2 与波长有关的损耗  27-29
  2．5 本章小结  29-30
第3章 POF材料合成及设备、工艺技术的研究  30-41
  3．1 POF材料聚合方式的选择  30-34
    3．1．1 聚合方式的选择  30-32
    3．1．2 本体聚合  32-34
  3．2 材料合成  34-40
    3．2．1 聚合过程中氧的去除  34-35
    3．2．2 原料的制备  35-37
    3．2．3 塑料光纤预制棒的制备  37-40
  3．3 本章小结  40-41
第4章梯度折射率塑料光纤预制棒包皮管的制作  41-53
  4．1 系统简介  41-42
  4．2 系统组成  42-47
    4．2．1 高速离心回转系统  42
    4．2．2 加热及恒温控制系统  42-43
    4．2．3 机械传动系统  43-47
  4．3 系统转速的确定  47-52
    4．3．1 包皮管壁厚的确定  47-48
    4．3．2 聚合  48-49
    4．3．3 回转速度的确定  49-52
  4．4 本章小结  52-53
第5章 POF拉丝工艺  53-68
  5．1 梯度折射率塑料光纤的制造方法  53-56
    5．1．1 梯度折射率塑料光纤  53-54
    5．1．2 梯度折射率塑料光纤的制造方法  54-56
  5．2 塑料光纤的拉制  56-67
    5．2．1 塑料光纤拉丝机的控温原理  56-63
    5．2．2 塑料光纤的控制  63-67
  5．3 PMMA纤芯POF的包层涂覆  67
  5．4 本章小结  67-68
第6章存在的问题及改进措施  68-81
  6．1 加热炉的问题  68-72
    6．1．1 系统的总体结构  68-69
    6．1．2 硬件组成  69-70
    6．1．3 控制系统的算法设计  70-72
  6．2 光纤直径的控制问题  72-79
    6．2．1 系统基本工作原理  72-74
    6．2．2 系统的总体结构及设计  74-79
    6．2．3 结论  79
  6．3 塑料光纤预制棒聚合方法的选择  79
  6．4 塑料光纤的包层涂覆问题  79-80
  6．5 本章小结  80-81
结论  81-83
参考文献  83-88
致谢  88

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