光纖材料

以SiO2材料為主的光纖，工作在0.8μm-1.6μm的近紅外波段，目前所能達到的最低理論損耗在1550nm波長處為0.16dB/km，已接近石英光纖理論上的最低損耗極限。如果再將工作波長加大，由于受到紅外線吸收的影響，衰減常數反而增大。因此，許多科學工作者一直在尋找超長波長(2μm以上)窗口的光纖材料。這種材料主要有兩種，即非石英的玻璃材料和結晶材料，晶體光纖材料主要有AgC1、AgBr、KBr、CsBr以及KRS-5等，目前AgC1單晶光纖的最低損耗在10.6μm波長處為0.1dB/km。因此，需要尋求新型基體材料的光纖，以滿足超寬帶寬、超低損耗、高碼速通信的需要。

氟化物玻璃光纖是當前研究最多的超低損耗遠紅外光纖，它是以ZrF4-BaF2、HfF4-BaF2兩系統為基體材料的多組分玻璃光纖，其最低損耗在2.5μm附近為1×10(的負三次方)dB/km，無中繼距離可達到1×10(的5次方)km以上。1989年，日本NTT公司研制成功的2.5μm氟化物玻璃光纖損耗只有0.01dB/km，目前ZrF4玻璃光纖在2.3μm處的損耗達到外0.7dB/km，這離氟化物玻璃光纖的理論最低損耗1×10(的負三次方)dB/km相距很遠，仍然有相當大的潛力可挖。能否在該領域研制出更好的光纖，對于開辟超長波長的通信窗口具有深遠的意義。

硫化物玻璃光纖具有較寬的紅外透明區域(1.2-12μm)，有利于多信道的復用，而且硫化物玻璃光纖具有較寬的光學間隙，自由電子躍遷造成的能量吸收較少，而且溫度對損耗的影響較小，其損耗水平在6μm波長處為0.2dB/km，是非常有前途的光纖。而且，硫化物玻璃光纖具有很大的非線性系數，用它制作的非線性器件，可以有效地提高光開關的速率，開關速率可以達到數百Gb/s以上。

重金屬氧化物玻璃光纖具有優良的化學穩定性和機械物理性能，但紅外性質不如鹵化物玻璃好，區域可透性差，散射也大，但若把鹵化物玻璃與重金屬氧化物玻璃的優點結合起來，制造成性能優良的鹵-重金屬氧化物玻璃光纖具有重要的意義。日本Furukawa電子公司，用VAD工藝制得的GeO2-Sb2O3系統光纖，損耗在2.05μm波長處達到了13dB/km，如果經過進一步脫OH-的工藝處理，可以達到0.1dB/km。

聚合物光纖自19世紀60年代美國杜邦公司首次發明以來，取得了很大的發展。1968年杜邦公司研制的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)階躍型塑料光纖(SI POF)，其損耗為1000dB/km。 1983年，NTT公司的全氘化PMMA塑料光纖在650nm波長處的損耗降低到20dB/km。由于C-F鍵諧波吸收在可見光區域基本不存在，即使延伸到1500nm波長的范圍內其強度也小于1dB/km。全氟化漸變型PMMA光纖損耗的理論極限在1300nm處為0.25dB/km，在1500nm處為0.1dB/km，有很大的潛力可挖。近年來，Y.KOIKE等以MMA單體與TFPMA(四氟丙基丙烯酸甲酯)為主要原材料，采用離心技術制成了漸變折射率聚合物預制棒，然后拉制成GI POF(漸變折射率聚合物光纖)，具有極寬的帶寬(>1GHz.km)，衰減在688nm波長處為56dB/km，適合短距離通信。國內有人以MMA及BB(溴苯)、BP(聯苯)為主要原材料，采用IGP技術成功地制備了漸變型塑料光纖。日本NTT公司最近開發出氟化聚酰亞胺材料(FULPI)在近紅外光內有較高的透射性，同時還具有折射率可調、耐熱及耐濕的優點，解決了聚酰亞胺透光性差的問題，現已經用于光的傳輸。聚碳酸酯、聚苯乙烯的研究也在不斷的進行中，相信在不久的未來更好性能的聚合物光纖材料得到開發和利用。

特殊的環境對光纖有特殊的要求，石英光纖的纖芯和包層材料具有很好的耐熱性，耐熱溫度達到400-500℃，所以光纖的使用溫度取決于光纖的涂覆材料。目前，梯型硅氧烷聚合物(LSP)涂層的熱固化溫度達400℃以上，在600℃的光傳輸性能和機械性能仍然很好。采用冷的有機體在熱的光纖表面進行非均勻成核熱化學反應(HNTD)，然后在光纖表面進行裂解生成碳黑，即碳涂覆光纖。碳涂覆光纖的表面致密性好，具有極低的擴散系數