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聚合物光纤具有良好的弯曲性能,重量轻,易于连接,安装和维护成本低,而且用它组成商业和军事网络可保证安全保密,所以可望在局域网、信息设备家庭网络,以及汽车、飞机和军事网络中得到大量的应用。特别是梯度折射率聚合物光纤(Graded Index Polymer Optical Fiber,简称GI-POF),该种光纤沿径向从芯轴中心到边缘折射率呈二次方分布,从而减小了模式色散,保证了GI-POF有很高的传输带宽。
本论文是上海市科委光科技行动专项项目“梯度折射率聚合物光纤的研究”的一部分,结合梯度折射率聚合物光纤预制棒的研制,研究热拉伸成纤工艺设备及技术。
设计研发了两段式的加热炉及其精密温度控制系统、光纤直径反馈控制系统、和抽真空装置组成的聚合物光纤热拉伸成纤工艺设备。
在成纤研究中,首先通过测定熔融指数来确定不同分子量和分子量分布的预制棒所需要的拉丝温度。同时通过实验证明,拉丝起头时的温度比拉丝温度高10℃是合适的,不会导致预制棒过热产生气泡,同时效率也较高。然后对真空度的影响进行了研究。实验证明,在拉丝过程中把真空度控制在0.3bar～0.5bar是合适的,得到实心光纤。真空度太低,预制棒的中空部分不能完全闭合,在光纤中残留气线。真空度过高,中空部分不规则的快速收缩,会导致有大的真空泡残留。最后对得到光纤的直径进行了测量和统计。
对拉制得到的光纤进行了折射率分布和带宽、衰减的测试,以分析拉丝过程和预制棒各个参数对光纤性能的影响。通过测试和对比预制棒和光纤中的折射率分布,表明经过高温的拉制过程之后,折射率分布指数α和△都发生了明显的变化,α变大,△变小,表明拉制过程中小分子折射率调节剂的扩散是存在的。通过测定GI-POF的带宽发现,α值对带宽的影响明显,当光纤中的α在2.1～2.3时带宽最大,且最高带宽可达57.2GHz·m,性能优良。通过测试聚合物光纤的衰减,测得GI-POF衰减在600～900dm/km之间,说明衰减还有进一步改进的余地。