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用于高速数据通信的渐变折射率的聚合物光纤
TakaakiIshigure,EisukeNihei,andYasuhiroKoike

我们通过使用界面凝胶聚合技术成功地获得了具有高带宽（1GHzkm）和低损失（90dB/km，波长在0.572Plm）的渐变折射率的聚合物光纤，其中我们使用了惰性成分来获得二次折射率分布。这种具有高带宽的渐变折射率的聚合物光纤使在短距离网络中传输高速光学信号成为可能，而当我们使用阶跃折射率型商用聚合物光纤时，这是不可能的。
关键词：梯度折射率聚合物光纤，界面凝胶聚合技术，高带宽，损耗低

对于长距离光通信而言，由于其单高透明度和高带宽，单模玻璃光纤已被广泛使用。与此相反，对于短距离通讯，最近人们对聚合物光纤（POF's）的开发发生了相当大的兴趣。在短距离通讯（如局域网系统，互连，光纤到户终端领域和国内无源光网络concepts3）许多结口和两根光纤的连接将是必要的。单模光纤的纤芯直径约为5-10pLms，当一个连接了两个纤维，几微米的微量位移便会造成重大耦合损耗。该塑料光纤是这个问题很有希望的解决方案之一，因为商用塑料光纤通常直径很大，如1毫米。因此，塑胶光纤需要低传输损耗和高带宽才能被用作短距离通信媒体。然而，所有商用塑胶光纤都属于阶跃折射率（SI）的类型。因此，即使在短距离光通信中，阶跃折射率塑胶光纤将无法涵盖数百兆赫的带宽，在不久的将来，这在快速数据链或局域网系统中是必要的带宽，因为阶跃折射率塑胶光纤的带宽只有约5MHzkm。与此相反，渐变折射率聚合物光纤预计将有比阶跃折射率塑胶光纤具有更高的带宽，同时保持较大的直径。我们提出了一些GIPOF的共聚制备技术。在此，我们通使用了不同的技术得到具有低损耗，高带宽和良好灵活性的GIPOF。在此我们描述了GI的形成和该GIPOF的光学特性。
制备的渐变折射率
材料
直径10毫米的预制件，其折射率从中心轴逐渐减小到外围，是由界面凝胶聚合技术制备而成。在前面的界面凝胶聚合技术中，具有不同的折射率和反应性的67两种单体Ml和M2，是共聚而成的。例如，甲基丙烯酸甲酯（MMA）和醋酸乙烯酯（VB）中分别被选为Ml和M2单体。在界面凝胶聚合技术中，我们选用具有低折射率的Ml单体以及一个具有高折射率（而不是M2单体）的惰性成分来构成GI预制件。在这里，我们分别选用MMA和溴苯（BB）作为Ml单体和惰性成分，其属性如表1所示。

表1所使用的单体，均聚物，和惰性成分的属性
单体MMA（和光化学公司）纯化如下：我们用0.5N的氢氧化钠水溶液漂洗从单体中去除抑制剂，然后我们多次用蒸馏水冲出余下的氢氧化钠。单体经钙氢化物烘干后，通过孔径大小为0.2的膜过滤器过滤，然后再减压蒸馏。
BB（和光化学有限公司）的使用无需进一步净化。1,1-双（叔丁基过）3,5,5-三甲基（来自日本油脂公司）被用来作为一个引发剂，Nbutylmercaptan（和光化学有限公司）被用来作为链转移剂，二者都无需进一步净化。
渐变折射率的形成
正如我们上文所述，我们使用BB而不是M2单体作为具有高折射率的惰性充分。我们把特点数目的1,1-双（叔丁基过）3,5,5-三甲基和N-butylmercaptan的MA和BB单体混合物安置在我们的实验室制备的一聚（甲基丙烯酸甲酯）（有机玻璃）管，该管的内，外直径分别为10和6毫米。填满单体混合物的PMMA管被放置在90-95C的炉中达24小时。首先，PMMA管内壁略向单体混合物膨胀，，然后凝胶相在管内壁形成。该状态如图1（A）所示。在此，因为凝胶效应使凝胶里面的聚合反应速度比单体液相更快，聚合从管的内壁产生。

图1界面凝胶聚合技术示意图
随着聚合物相增厚，由于从管中进入单体液相的聚甲基丙烯酸甲酯均聚物的溶解和进入凝胶相的MMA分子与BB分子逐渐扩散，在液相中的单体分子的浓度逐渐在M2管中心区域增加。在此，由于BB的分子体积比MMA稍大，MMA分子可以比BB分子更容易扩散到凝胶相。因此，MMA单体中心区域的的BB浓度增加。这如图1（B）所示。接着，如图1（C）所示，聚合物相达成PMMA管的中心轴并得到GI预制棒。我们在110'C0.2Torr时对GI瓶坯热处理24小时，实现完全聚合。我们通过在160-190C下对预制棒热处理得到GI光纤。我们通过控制该纤维所采取的速度获得了所需直径的GIPOF。该实验中GIPOF的直径被控制在0.5毫米。
结果与讨论
渐变折射率预制棒的特征折射率分布
我们通过利用纵向干涉技术测得预制棒的折射率分布，如图2的曲线（A），（B）和（C）所示，其中no和nc分别是中心轴和距离中心轴距离为r处的折射率，Rp为预制棒的半径。所有的预制棒都有与PMMA管相对应的包层，并在核心区域含有近乎二次折射率分布。如果MMA/BB（MMA/BB，w