世界光导纤维的开发生产应用与发展前景分析（下）

主要内容：光导纤维,光导纤维开发,光导纤维生产,光导纤维应用,光导纤维发展前景

    四、光导纤维的应用与发展前景分析
    1.光导纤维的应用
    光导纤维的特性决定了其广阔的应用领域。由光导纤维制成的各种光导线﹑光导杆和光导纤维面板等，广泛地应用在工业﹑国防﹑交通﹑通讯﹑医学和宇航等领域。特别是便宜和易于使用的塑料光纤已受到人们的青睐。用塑料光纤制的光缆比普通电缆更为快捷地传送信息，并几乎可提供无限容量来满足信息时代的需要。与石英光纤相比，POF（光导纤维）具有：同批量生产时制造成本要便宜得多，仅为石英光纤的一半；更易端接(其纤芯大约为1mm)，且端接成本少。通常联接一个石英光纤接口需数十或上百美元，而相应的POF接口仅需几美分；极好的韧性，重量轻，易于加工，对振动不敏感，在弯曲场合更适用；新型廉价的光源、检测器和联接器更便于发挥POF的优势，如红色垂直腔而发光激光器(VC-SELS)随时准备取代昂贵的近紫外发光二极管(LED)，并提供高得多的数据传输速度。
    1.1通信领域
    光导纤维最广泛的应用在通信领域，即光导纤维通信。自20世纪60年代以来，由于在光源和光纤方面取得了重大的突破，使光通信获得异常迅速的发展。作为光源的激光方向性强﹑频率高，是进行光通信的理想光源；光波频带宽，与电波通信相比，能提供更多的通信通路，可满足大容量通信系统的要求。因此，光纤通信与卫星通信一并成为通信领域里最活跃的两种通信方式。
    1.2医学领域
    在医学上，光导纤维可以用于食道﹑直肠﹑膀胱﹑子宫﹑胃等深部探查内窥镜（胃镜﹑血管镜等）的光学组件和不必切开皮肉直接插入身体内部，切除癌瘤组织的外科手术激光刀，即由光导纤维将激光传递至手术部位。
    1.3照明和光能传送领域
    在照明和光能传送方面，利用光导纤维进短距离可以实现一个光源多点照明，光缆照明，可利用塑料光纤光缆传输太阳光作为水下﹑地下照明。由于光导纤维柔软易弯曲变形，可做成任何形状，以及耗电少﹑光质稳定﹑光泽柔和﹑色彩广泛，是未来的最佳灯具，如与太阳能的利用结合起来将成为最经济实用的光源。今后的高层建筑﹑礼堂﹑宾馆﹑医院﹑娱乐场所﹑甚至家庭依据都可直接使用光导纤维制成的天花板或墙壁，以及彩织光导纤维字画等，也可用于道路﹑公共设施的路灯﹑广场的照明和商店橱窗的广告。此外，还可用于易燃﹑易爆﹑潮湿和腐蚀性强的环境中不宜架设输电线及电气照明的地方作为安全光源。
    1.4国防军事领域
    在国防军事上，光导纤维也有广泛的应用，可以用光导纤维来制成纤维光学潜望镜，装备在潜艇﹑坦克和飞机上。光纤通讯的另一特点是其保密性好、不受干扰且无法窃听，这一优点使其广泛应用于军事领域。在国防军事上，可以用光导纤维来制成纤维光学潜望镜，装备在潜艇、坦克和飞机上，用于侦察复杂地形或深层屏蔽的敌情。
    1.5工业领域
    在工业上，可传输激光进行机械加工；制成各种传感器用于测量压力、温度、流量、位移、光泽、颜色、产品缺陷等，也可用于工厂自动化、办公自动化、机器内及机器间的信号传送、光电开关、光敏组件等。
    此外，光缆可不受雷电的侵扰而正常工作，从而保护与之联结的家电和精密仪器免遭雷击损坏。如美国杜邦公司的光纤有80％用于汽车工业，可用于前灯、尾灯、开关和仪表盘的照明以及制动器的监控等。在自控领域，塑料光纤组成的控制线路可防止噪声的产生及因外部噪声引起的误动作，在解决设备的抗电磁干扰方面效果显著。此外，光纤技术还可用于阅读穿孔卡片、光开关、飞点析像器、图像的缩小和放大、火焰及高温监控、道路标志、装饰照明等。
    荧光POF是在芯材中掺人一定量的荧光剂，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POF出射端面输出。可用荧光POF制作特殊的光纤传感器或功率放大器，荧光POF极具发展潜力。偶极性有机材料比无机材料有更大的非线性光学效应。带偶极特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，这样处于粘流态聚合物中的偶极性有机物获得电场取向，随着粘流态聚合物的冷却成型，非线性有机材料偶极取向固定，从而获得非线性POF。这种非线性POF可制作电光及非线性光学器件。
    1.6其他领域
    光导纤维还可用于火车站、机场、广场、证券交易场所等大型显示屏幕，短距离通讯和数据传输，将光电池纤维布与光导纤维布巧妙地结合在一起可制成夜间放光的夜行衣。
    2.光导纤维的发展前景
    近年来塑料光导纤维得到了迅速的发展，以聚苯乙烯为芯、有机玻璃为外皮是最简单的一种。与石英光导纤维相比，塑料光导纤维柔软、易加工、质量轻、价廉，广泛应用在某些设备或建筑内部传递光信号，或用作装饰与广告陈列室等等；还可用作光传导器。而最近几年来，从低损耗POF成为研究热点到现今GI型POF成为研究生产重点，每种POF的研制成功都提高了POF的某些性能，扩展了其应用范围，迄今POF已广泛应用于光学器具、汽车、情报办公机器、装饰广告等；还在低码速LAN中和家庭信息网络中得到应用，并将与无机纤维一起取代同轴电缆作为传输介质以及飞速发展的数字化家庭音响系统等；此外还用于防爆安全光制导、医学窥镜等。此外，POF在今后的发展过程中还需在耐热性、提高最佳传输波长、细径化、功能化等方面得到发展。如日本旭硝子公司与庆应大学共同开发了传输速度很高的塑料光导纤维，不久即可上市。这种光导纤维是用非晶质透明全氟树脂制成的，直径是石英制玻璃光导纤维的30倍左右，但其性能优于石英材料的光导纤维，并且比较柔软。在信息传输速度上，它比聚甲基丙酸甲酯（PMMA）塑料制光导纤维约快10倍。这种新型光导纤维适合于构筑办公室和家庭内部的局部通信网路，传输高清晰度的电视图像等信号。21世纪POF市场中心将由日本移回美国，GI型POF将在信息高速公路中获得充分发展。中国POF的发展与国际发展水平相差较远，应借鉴国外经验和最新成果，选定POF材料品种和生产路线，进行国际合作，以求早日赶上国际水平。
    五、结束语
    中国光导纤维产量1999年为430万千米，满足了国内市场的一半，但80％~90％靠进口。另外，保偏光纤、有源光纤、红外光纤等特光纤材料尚未产业化。中国光导纤维2005年需求量达到了1400万千米左右，光导纤维预制体300吨，中国2006-2007年光导纤维需求量仍然呈现出上升态势，预计2010年中国光导纤维需求量2000万千米左右。
    值得一提的是：用光波作载波进行信息传送，最具吸引力的地方就是光波频率极高，能携带的信息量极大。光导纤维是由高折射率、高透明度的芯子和低折射率的皮层所组成，当入射进光纤芯子的光与轴线夹角小于全反射临界角时，光线在芯皮界上发生全反射，因此载波光得以在芯子中曲径前进，而不穿出包层。它与普通通讯电缆相比，具有信息容量大、重量轻（塑料光纤比重一般仅为1左右）、占有空间小、耦合损耗低、串话少、保密性极强、价格低、加工方便等优点，因此，光纤通讯取代电缆和微波通讯是当今通讯技术的发展趋势。另外，POF必将成为光纤人户和到桌面工程理想的首选材料，在信息高速公路工程中产生举足轻重的作用，具用广阔的应用前景和巨大的社会和经济效益。