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蓬勃发展的智能纺织材料(四):光导纤维

发布时间:2020-10-26 23:28 作者:人生就是博尊龙

  自1977年美国加州通用电话公司启动全球第一套光纤通信系统以来,光纤在通讯领域的通讯传导功能为社会所熟识。随着光导纤维技术取得的快速发展和巨大成绩,很多领域把目光瞄准光纤这一新兴的技术特点、材料研发及应用研究,多领域的共同参与也促进了光导纤维技术的快速进步和在更广泛领域的应用。在众多应用中,以通讯、医疗、照明、装饰领域中的应用最为广泛。

  光导纤维是一种可将光能封闭在纤维中并使其以波导方式进行传输的光学复合纤维,亦称为智能光纤,由纤芯和包层2部分组成,具有优异的传输性能,可随时提供描述系统状态的准确信息。

  光导纤维按所使用的材质分类,可分为石英玻璃光纤和塑料光纤(POF)两大类,前者主要应用于较长距离的光通信领域,取代同轴电缆和微波通信,它又可分为石英光纤、氟化玻璃光纤和硫化玻璃光纤等,而后者按所使用的聚合物种类(包括芯鞘不同材质)又可分为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PSt)、含氟透明树脂和氘化PMMA等。

  从结构上分类,光纤是由传输的芯材和折射率等较低的围绕它的鞘材构成的,按其可传输的光模是单一或复数,又有单模光纤和多模光纤之分,而多模光纤又可分类为芯材折射率一定的阶段指数(SI)型或表芯型,以及折射率由光纤芯部中心向表面对称递减分布的渐变指数(GI)型或聚焦型。

  光纤通信因其传输容量大,保密性好等优点,现在已经成为当今最主要的有线通信方式,在数位时代里扮演非常重要的角色。将需传送的信息在发送端输入到发送机中,将信息叠加或调制到作为信息信号载体的载波上,然后将已调制的载波通过传输媒质传送到远处的接收端,由接收机解调出原来的信息,便实现了数据的传输和通讯。

  随着光导纤维制造技术的进步,也为医学应用带来了美好的前景。纤维内窥镜已应用临床多年,其中用光纤把激光导入体内进行诊断和治疗已广泛开展。将导光功能作为内窥镜的照明,可以开展小切口的微创手术。光导纤维辅助开展的微创手术,具有创口小、疼痛轻、恢复快、住院时间短、出血少的重要特点,在某些领域已经完全淘汰了创口大、出血多的传统手术。奥林巴斯公司还将光纤用于工业管道探伤检修内窥镜设备。

  石英光导纤维因其传输损耗小,主要应用于长距离的通信等领域,而POF则应用于百米以内的用途;普通玻璃光纤虽也有应用于短距离的电子计算机网络、胃镜等,但由于其脆性和使用过程易断裂(当其缆线°时即失去图像,再折成90°以上便断裂),因此逐渐被POF所取代。

  光导纤维直径细、柔韧性好、易加工,同时兼具信息感知和传输的双重功能,被人们公认为首选的传感材料,近些年来其被广泛用于制作各类传感器,在智能服装、安全性服装等新型服装中屡有应用,以实现对外界环境的温度、压力、位移等状况以及人体的体温、心跳、血压、呼吸等生理指标的监控。

  POF 塑料光纤因其特有的材料学属性,如质轻、柔软,拉伸强度好、耐用性好,占用空间小,光传导能力大,价廉、容易加工和连接,因此非常适合应用于装饰艺术。光纤材质发挥其特有的表现语言后,结合具体装饰艺术,便能展现出异彩纷呈的多种表现形式。

  在家庭居室的装饰中,利用光导纤维的可塑性,不仅可以把太阳光引入室内照明,也可以使用 LED 光源,根据主人的身份、爱好、个人品味、文化程度、社会地位等特征,改变光线、色彩、构成、布局配合不同居室设计风格。

  服装是人们必不可少的一个组成部分,随着社会的发展,人们更加的追求个性化,而将光导纤维应用到服饰当中,则能够在服饰中创造出别具一格的服装特点,同时,还能够给予人们眼前一亮的感受。

  家具装饰和服饰的光纤应用门槛相对较高,一些小型的玩具、摆设、配饰光纤装饰品则装配方便、成本低廉为市场迅速接受、消化。

  在光导纤维日益多元化应用背景下,超高速和大容量光纤在通信领域的应用前景广阔;另外,在新兴的装饰领域,光纤也具有广阔的应用前景。


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