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从结构上降低塑料光纤损耗 |
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| http://cn.newmaker.com
7/13/2014 9:40:00 AM
佳工机电网
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1966年7月，英国电机工程师学会的学报登载人称“光纤之父”的高锟博士一篇题为“光频率的介质纤维表面波导”的论文。文章提出光纤提出当玻璃纤维损耗率下降到20dB/Km时，玻璃纤维即可用于通信。当时玻璃纤维每公里的损耗在数千甚至上万分贝(dB)，如何将损耗将至20分贝以下成为当时科学界最热门的研究点。
从材料入手
1971年，美国康宁公司成功研制出一根几米长的光纤。虽然仅仅存世几分钟，但它的损耗低于20分贝，已经敲开了光纤通信的大门。到1976年，光纤每公里损耗已降至1分贝。时至今日，全球最低损耗的光纤是康宁推出的SMF-ULL系列光纤，其损耗低至0.17dB/Km。
“回忆这么多年光纤的研究历程，可以得出这样一个共通路径：从材料上下功夫。”国内著名的集成光学和聚合物光子学领域顶级学者于荣金如是总结。无论是提高原材料的纯度(99.9999%的纯度)，还是不断改进掺杂(在光纤中掺入稀土材料)工艺，都属于从材料上来改进石英光纤的损耗。但于荣金指出：“这种方法下光纤损耗的理论极限值为0.168dB/Km，现在已经达到极限，很难更进一步了。”
然而，石英光纤的经验却很难被塑料光纤借鉴。其实塑料光纤的诞生比石英光纤还要早两年，早在1966年，美国杜邦公司生产了全球首根塑料光纤，损耗接近每公里1000dB，随后杜邦将专利出售给日本公司，几十年来人们也一直致力于降低其损耗，但收获不大，普通塑料光纤每公里的损耗在150～200dB。当然，也可以通过如氘、氟等特殊材料降低塑料光纤的损耗，但其成本极高，1米超过1000元人民币，是普通塑料光纤的上千倍。
因结构而变
“如何降低塑料光纤的损耗，这是一个很有研究价值的课题。”于荣金在1997年左右明确选择了这一课题，“虽然这是一个冷门，而且难度极高，但我就喜欢做这种难题。”这位顶级学者有着科学家惯有的“倔强怪癖”。
最初的几年，在考证了大量的科学素材之后，于荣金总结出一个最根本的原因：所有的塑料光纤都是实心的，但要做到成本低、损耗低的塑料光纤，实心光纤肯定做不了。
于是，于荣金开辟了一条新的技术路线：采用空心蛛网结构的布拉格反射光纤。如果将该光纤的横切面放大足够倍数，可以看到塑料光纤呈现清晰的蛛网结构。而蛛网结构的提出也源于一次运动时的灵光一现：热爱运动的于荣金在校园树林中看到蜘蛛网重重叠叠地悬挂于晨光中，如同抓住重重思绪中的一丝光明。随后，于荣金对这种构想进行了无数次的论证。2006年，于荣金攻克了塑料光纤损耗大的难题，其科研成果《降低塑料光纤损耗的一种新方法》早已被荷兰杂志OPTICS COMMUNICATIONS采用。“通过该方法，塑料光纤的理论损耗值可以降低一万倍，现在普通塑料光纤的口号是百米百兆，我的目标是实现几公里甚至几十公里通信传输G比特信号。”于荣金表示。
2012年，中国光纤之父赵梓森院士等5人组成专家组对该产品进行成果鉴定，其中三位专家给出鉴定结果为世界领先，两位专家鉴定为世界先进。而这两位专家认为，之所以不能评为“领先”只是因为该方法尚没有形成产业化。“产业化现在已经可以实现了，我刚发表的一篇文章《新一代塑料光纤及其功能开发》中详述了其产业化，而且目前金三角的生产车间已经搭建完成，今年年底就可以量产。”于荣金表示，“这项成果不仅仅会震动国内，同样会震动世界。我们将为此申请国家科技进步奖。”这位倔强的学者同样有着科学家惯有的自信。
于荣金强调：“这项技术不仅仅适用于塑料光纤，石英光纤同样可以采用这种蛛网空心结构。”目前石英光纤可传输的波频段有限，但采用蛛网结构之后几乎可以传输所有频段的光波。这将极大地提升现有光通信系统的容量。满足现在飞速增长的网络流量需求。
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