光導纖維的研製成功首先是使人類的通迅技術得到了前所未有的發展。自從1977年美國加利福尼亞洲通用電話公司安裝第一套光纖通訊系統以後，發展十分迅猛，至今已普遍使用。目前，英國建成l5條光纖通訊線路，自1984年起就不再鋪設金屬通訊電纜。法國的旅遊城市比亞次，是世界上第一個光纖化的城市。光纖也大量應用於汽車、飛機、艦船內部的短距離通迅系統。處於當今資訊爆炸的世界，人們對提高無線電波傳遞資訊容量給予了極大的關注，光纖通信就是這一征程上的重大里程碑。
一、光纖的分類
光導纖維按材料組成可分為玻璃石英和塑膠光導纖維；按纖維結構可分為皮芯型和自聚集型；按形狀和柔性分為可撓性和不可撓性光導纖維；按傳遞光的波長分為可見光、紅外線、紫外線、鐳射等光導纖維。
光導纖維在結構上大體分為兩類。一類是芯皮型結構光導纖維。取下一截這種結構的光導纖維，把它放在顯微鏡下觀察。斷面中央有一根芯，直徑只有幾十微米，芯的四周是一圈包皮。芯是用折射率高的透明玻璃材料做成的，包皮則是用折射率低的玻璃或塑膠做成的。另一類光導纖維叫自聚焦纖維，它傳導光線的工作原理和芯皮型結構光導纖維不同。這類光導纖維好像是由許多微型透鏡組成的，能迫使入射光線逐漸自動地向纖維的中心軸方向靠攏，進行聚焦，由此保證入射光線不會從纖維材料中漏出去。
光纖按其芯材的不同，可分為石英系光纖、多組分玻璃光纖和塑膠光纖。塑膠光纖具用模量低、直徑大、彎曲特性好、不易破斷、重量輕、色散小、成本低等許多優點。
製造有機導光纖維的內芯和塗層材料很多，有的在聚甲基丙烯酸甲酯纖維上覆蓋一層聚乙烯或其他不同折射率的材料(如聚四氟乙烯)，還有的採用聚丙烯腈樹脂覆蓋腈綸芯絲。
根據結構和光傳輸特點，塑膠光導纖維通常分兩種類型，即全反射型和自聚焦型。全反射型光導纖維由高折射率的芯材和低折射率的包層構成，兩者之間能形成良好的光學介面，且均為透明塑膠，其直徑範圍為幾十至lO00pm。
POF(塑膠光導纖維)要求聚合物具用極優良的透明性、適當的折射率；芯材和皮層介面粘接性良好；光學上要求等向性，在可見光區不吸收、不散射；芯材折射率高，皮層低；另外還要求為非晶態、有耐高溫和強韌性。
二、光纖的製造及最新發展
根據光線從光密介質(高折射率)射入光疏介質(低折射率)時在介面處向光密介質內反射的原理，光線通過光纖時經反複反射向前輸送。由於製造方法的不同，全反射型光導纖維又分為多模光纖和單模光纖。
塑膠光纖製備的工藝流程：
單體精製→聚合→紡絲→包層和拉伸→光纜加工。
在眾多的透明塑膠中，只有那些拉伸時不產生雙折射和偏光的品種才適合製造光纖。用於生產芯的塑膠主要有聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、重氫化聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等。
用於生產包層的塑膠主要有多氟烷基側鏈的聚甲基丙烯酸酯類、偏氟乙烯一四氟乙烯共聚物、有機矽樹脂、尼龍以及液晶等。各種不同類型的光纖成型方法又各有差異。全反射型光導纖維目前有棒管法、沉積法和複合紡絲法3種加工方法。
棒管法是將芯料高聚物製成棒狀，外面套上包層材料管，然後再一起加熱到高彈態進行拉伸製成光纖；沉積法是將包層材料溶解或熔化為液態，然後使芯子從中穿過。從而使其附著在芯材上形成包層；複合紡絲法則分別把芯子和包層兩種成纖高聚物溶融，用複合噴絲板紡絲成型。自聚焦型光纖是將具有不同折射率和聚合反應速度的單體注入一垂直的聚合管中，在旋轉的情況下，通過光或熱激發使之發生共聚，聚合物從管壁向軸中心逐漸析出，隨著單體轉化為聚合物的轉化率上升，共聚物的折射率不斷變化，最終得到折射率由裏至外逐漸下降呈抛物線分佈的產物。
除上述方法外，自聚焦型光纖還可用離子交換法、單體擴散法和共混法製備。但自聚焦型光纖多處於實驗和試製階段，所以實用光纖仍以全反射型為主。
介面凝膠共聚法是當前研究最多且用途最為廣泛的POF的最新製備方法。為了得到折射率從中心軸到包層逐漸變化的材料，通常採用兩種不同折射率和反應活性的單體如MMA和VPAC，在共聚前單體應被很好地純化；用0．5N的NaOH溶液洗滌除去單體中的抑制劑，再用蒸餾水反複將剩餘的NaOH洗淨，然後經無水硫酸鈉乾燥後減壓蒸餾，過濾。
以過氧化苯甲酰和N一丁基硫醇作聚合引發劑和鏈轉移劑，在PM-MA管內於80℃條件的馬福爐中反應，在管內壁附近形成凝膠層(內壁溶解于單體而形成)，由於在凝膠相中的聚合速度比單體液相快得多，所以聚合反應將從管內壁處開始，並且主要是MMA的聚合，故在包層附近折射率是低的。隨著共聚相逐漸加厚，單體相中聚合物含量也會慢慢增加。隨著反應的不斷進行，折射率將不斷增加，從而給出從包層到中心軸折射率逐漸增大的分佈。最後所得的實芯棒在減壓下熱處理8小時，然後在230℃~250℃下拉成纖維即可得到塑膠光纖。
三、光纖的應用
光導纖維的特性決定了其廣闊的應用領域。由光導纖維製成的各種光導線､光導杆和光導纖維面板等，廣泛地應用在工業､國防､交通､通訊､醫學和宇航等領域。
光導纖維最廣泛的應用在通信領域，即光導纖維通信。自20世紀60年代以來，由於在光源和光纖方面取得了重大的突破，使光通信獲得異常迅速的發展。作為光源的鐳射方向性強､頻率高，是進行光通信的理想光源；光波頻帶寬，與電波通信相比，能提供更多的通信通路，可滿足大容量通信系統的要求。因此，光纖通信與衛星通信一併成為通信領域裏最活躍的兩種通信方式。
在醫學上，光導纖維可以用於食道､直腸､膀胱､子宮､胃等深部探查內窺鏡（胃鏡､血管鏡等）的光學元件和不必切開皮肉直接插入身體內部，切除癌瘤組織的外科手術鐳射刀，即由光導纖維將鐳射傳遞至手術部位。
在照明和光能傳送方面，利用光導纖維進短距離可以實現一個光源多點照明，光纜照明，可利用塑膠光纖光纜傳輸太陽光作為水下､地下照明。由於光導纖維柔軟易彎曲變形，可做成任何形狀，以及耗電少､光質穩定､光澤柔和､色彩廣泛，是未來的最佳燈具，如與太陽能的利用結合起來將成為最經濟實用的光源。今後的高層建築､禮堂､賓館､醫院 ､娛樂場所､甚至家庭依據都可直接使用光導纖維製成的天花板或牆壁，以及彩織光導纖維字畫等，也可用于道路､公共設施的路燈､廣場的照明和商店櫥窗的廣告。此外，還可用于易燃､易爆､潮濕和腐蝕性強的環境中不宜架設輸電線及電氣照明的地方作為安全光源。
在國防軍事上，光導纖維也有廣泛的應用，可以用光導纖維來製成纖維光學潛望鏡，裝備在潛艇､坦克和飛機上。光纖通訊的另一特點是其保密性好、不受干擾且無法竊聽，這一優點使其廣泛應用於軍事領域。在國防軍事上，可以用光導纖維來製成纖維光學潛望鏡，裝備在潛艇、坦克和飛機上，用於偵察複雜地形或深層遮罩的敵情。
在工業上，可傳輸鐳射進行機械加工；製成各種感測器用於測量壓力、溫度、流量、位移、光澤、顏色、產品缺陷等，也可用於工廠自動化、辦公自動化、機器內及機器間的信號傳送、光電開關、光敏元件等。此外，光纜可不受雷電的侵擾而正常工作，從而保護與之聯結的家電和精密儀器免遭雷擊損壞。
杜邦公司的光纖有80％用於汽車工業，可用於前燈、尾燈、開關和儀錶盤的照明以及制動器的監控等。在自控領域，塑膠光纖組成的控制線路可防止雜訊的產生及因外部雜訊引起的誤動作，在解決設備的抗電磁干擾方面效果顯著。此外，光纖技術還可用於閱讀穿孔卡片、光開關、飛點析像器、圖像的縮小和放大、火焰及高溫監控、道路標誌、裝飾照明等。
螢光POF是在芯材中摻人一定量的螢光劑，其入射端面輸入特定波長的光，這種光為螢光劑所吸收，然後發出另一特定波長的光，由POF出射端面輸出。可用螢光POF製作特殊的光纖傳感器或功率放大器，螢光POF極具發展潛力。偶極性有機材料比無機材料有更大的非線性光學效應。帶偶極特性有機材料同芯材混合，用垂直機頭牽引擠出成型，並在靠近模頭處設置高強直流電場，這樣處於粘流態聚合物中的偶極性有機物獲得電場取向，隨著粘流態聚合物的冷卻成型，非線性有機材料偶極取向固定，從而獲得非線性POF。這種非線性POF可製作電光及非線性光學器件。
此外，還可用於火車站、機場、廣場、證券交易場所等大型顯示幕幕，短距離通訊和資料傳輸，將光電池纖維布與光導纖維布巧妙地結合在一起可製成夜間放光的夜行衣。
四、光纖的最新發展動向
從低損耗POF成為研究熱點到現今GI型POF成為研究重點，每種POF的研製成功都提高了POF的某些性能，擴展了其應用範圍，迄今POF已廣泛應用於光學器具、汽車、情報辦公機器、裝飾廣告等；還在低碼速LAN中和家庭資訊網路中得到應用，並將與無機纖維一起取代同軸電纜作為傳輸介質以及飛速發展的數位化家庭音響系統等；此外還用於防爆安全光制導、醫學窺鏡等。
此外，POF在今後的發展過程中還需在耐熱性、提高最佳傳輸波長、細徑化、功能化等方面得到發展。
日本旭硝子公司與慶應大學共同開發了傳輸速度很高的塑膠光導纖維，不久即可上市。這種光導纖維是用非晶質透明全氟樹脂製成的，直徑是石英制玻璃光導纖維的30倍左右，但其性能優於石英材料的光導纖維，並且比較柔軟。在資訊傳輸速度上，它比聚甲基丙酸甲酯(PMMA)塑膠制光導纖維約快10倍。這種新型光導纖維適合於構築辦公室和家庭內部的局部通信網路，傳輸高清晰度的電視圖像等信號。
世紀POF市場中心將由日本移回美國，GI型POF將在資訊高速公路中獲得充分發展。中國POF的發展與國際發展水平相差較遠，應借鑒國外經驗和最新成果，選定POF材料品種和生產路線，進行國際合作，以求早日趕上國際水平。
中國光纖產量1999年為430萬千米，滿足了國內市場的一半，但80％~90％靠進口。另外，保偏光纖、有源光纖、紅外光纖等特光纖材料尚未產業化。據預測，到2005年需光纖1400萬千米，光纖預製體300噸。
便宜和易於使用的塑膠光纖已受到人們的青睞。用塑膠光纖制的光纜比普通電纜更為快捷地傳送資訊，並幾乎可提供無限容量來滿足資訊時代的需要。與石英光纖相比，POF(光導纖維)具有：
(1)同批量生產時製造成本要便宜得多，僅為石英光纖的一半；
(2)更易端接(其纖芯大約為1mm)，且端接成本少。通常聯接一個石英光纖介面需數十或上百美元，而相應的POF介面僅需幾美分；
(3)極好的韌性，重量輕，易於加工，對振動不敏感，在彎曲場合更適用；
(4)新型廉價的光源、檢測器和聯接器更便於發揮POF的優勢，如紅色垂直腔而發光雷射器(VC-SELS)隨時準備取代昂貴的近紫外發光二極體(LED)，並提供高得多的資料傳輸速度。
因此POF必將成為光纖人戶和到桌面工程理想的首選材料，在資訊高速公路工程中產生舉足輕重的作用，具用廣闊的應用前景和巨大的社會和經濟效益。
近年來塑膠光導纖維得到了迅速的發展，以聚苯乙烯為芯、有機玻璃為外皮是最簡單的一種。與石英光導纖維相比，塑膠光導纖維柔軟、易加工、質量輕、價廉，廣泛應用在某些設備或建築內部傳遞光信號，或用作裝飾與廣告陳列室等等；還可用作光傳導器。
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陳希敏：
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