浅论光导纤维及其应用

　GOFG型导光束是一种玻璃光导纤维元件，它包含几千至几万根单光纤，其典型结构是圆柱形缆束，束的两端用胶合剂固定成硬端，中部为柔软可弯的缆束。

　　无机光学纤维是由折射率不同的两种光学玻璃拉制成的。这种上百余的纤维组合而成，外加保护管材料。两端是用金属材料制成的连接端。光导纤维可制成各种规格、尺寸。

　　产品特点：可见红外线传输率高；耐高温、耐潮湿、不受电磁波干扰；精度高、显示快、直观稳定可靠等。光导纤维本身生产技术性可靠，但是光导纤维制造工艺要求高。

　　光导纤维可制成公路、铁路、交通标志和信号；海洋、河流航标灯；机场灯塔；机场各种跑到灯；高障碍物报警灯；防燃防爆灯等特种照明、警告装置。

　　光导纤维可制成工矿企业的精密仪表，工控数据传输。火力发电厂作为自动化测温和测火焰信号的不可缺少的主要元件。

　　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。

　　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。

　　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）的光学元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。

　　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。

　　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， 用于侦察复杂地形或深层屏蔽的敌情。

　　在工业方面，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、光敏元件等。

　　此外，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制成夜间放光的夜行衣，不仅为夜行人起照明作用，还可提高司机的观察视距，能够有效地减少交通事故的发生。

　　光导纤维必将在通讯、国防、医疗、照明及各种技术传导的现有基础上出现新的突破，更广泛的普及应用于各个领域。

　　在选择光导纤维的基材时，一般要求芯料的透光率高，而涂层材料要求折射率低，并且要求芯料和涂料的折射率相差越大越好。在热性能方面，要求两种材料的热膨胀系数相接近，若相差较大，则形成的光导纤维产生内应力，使透光率和纤维强度降低。另外，要求两种材料的软化点和高温下的粘度都要相接近，否则，会导致芯料和涂层材料结合不均匀，将会影响到纤维的导光性能。

　　影响光导纤维使用性能的因素很多，光导纤维的集光能力、透光性、分辨率和对比度是影响光导线传像能力的主要指标。数值孔径用于表示光导纤维集光能力的大小和接收光的多少，而数值孔径的大小直接与光导纤维芯料和涂层的折射率有关，芯料与涂层的折射率相差越大，则集光能力就越强，光导纤维的透光性则与所使用的材料、数值孔径及纤维的几何尺寸有关，并随着纤维长度的增加而很快地下降。图像的清晰程度是由分辨率决定的， 而分辨率与光导纤维的直径成反比，因此光导纤维的直径尽可能地细。影响光导纤维对比度的因素主要有纤维的集光能力、透光能力、分辨能力和涂层的厚度。但涂层厚薄的程度宜适中，涂层厚度太厚会产生光的相互干扰，太薄则会漏光。

　　导光束与传统的光学系统比较：导光束具有结构甚简、体积微细、数值孔径大、传导光效率高、可将光能量或光信号任意弯曲的、长距离的直接传输到任意空间位置等特性。

　　单光纤的主要特性：

　　光纤直径：30μm~60μm数值孔径（NA）：0.56光接受角：67°。

　　单光纤传输不同波长的光损耗（如示意图1）。

　　导光束的主要特性：

• 普通导光束：

　　普通导光束的结构束的两端端面是经过光学研磨抛的光学平面。束的外护套可以是单一的塑料软管或塑料软管外套金属蛇皮管或者塑料软管外套带塑料外逃的金属蛇皮管。束的端截面也可以按客户的要求制成异性截面。如：“线型”、“正方型”、“矩型”、“六角型”等。

　　普通导光束的规格

单光纤直径（μm）

30.0

35.0

40.0

45.0

50.0

60.0

导光束长度（m）

0.3

0.5

0.8

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

导光束直径（mm）

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

4.0

5.0

6.0

导光束断头金属护套尺寸（mm）

A

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

4.0

5.0

6.0

B

3.5

3.5

3.5

5.0

5.0

5.0

8.5

8.5

C

6.5

6.5

6.5

8.5

8.5

8.5

12.0

12.0

D

10.0

10.0

10.0

10.0

10.0

10.0

10.0

10.0

E

25.0

25.0

25.0

25.0

25.0

25.0

25.0

25.0

　　备注：特殊规格可以面议。

　　导光束的允许弯曲半径（Rmin）：塑料软管护套的束：Rmin=45D

　　金属蛇皮管护套的束：Rmin=75D其中D：束的外径（mm）。

　　GOFG型导光束传导不同波长光的损耗（示意图1）

　　测试项目：

　　1、传光束光谱透过率

　　2、传光束光谱损耗

　　测试长度：1000mm

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图一