PMMA中CH谐波吸收波谱的拟合一般用洛仑兹函数或高斯函数模拟光谱<3>。对塑料光纤CH振动吸收来说,高斯函数模拟的波形下降太快,各次波形相互之间没有影响,不符合实际情况,故本文选择洛仑滋函数表示PMMA中量子数为v的CH吸收损耗波谱为(v)=1B2/4+(v-v0)2(1)式中:B为波谱的半峰宽(中线段AB);v为任意波数;v0为量子数为v的波谱中心的波数。当v=v0时,有
根据以上的模型计算发现,CH损耗值在较大波数时数值偏大(在20000cm-1时,损耗值大于103dB/km),这显然与实际不符。这主要因为洛仑兹557第6期储九荣,等:聚甲基丙烯酸甲酯塑料光纤本征损耗的计算函数在距离对称中心较远时下降较慢,导致低次谐波对高次谐波的影响太大,如所示。
考虑到谐波之间的相互影响,假设相邻两谐波之间有影响,其余无影响。把拟合结果与实际测量的CH谐波吸收损耗结果进行了对比。
这与实际图谱比较相符,说明拟合方法是正确、可行的。在短波长时,拟合值比实际值要小,这主要因为拟合值没有包括散射损耗、电子转移吸收损耗等其他本征损耗,而这些损耗在短波长处不可忽略。
瑞利散射分析由于材料中存在体积较大的不均匀异质体,导致密度波动,从而产生本征瑞利散射<5>。利用有关数据,推导出PMMA芯塑料光纤的本征瑞利散射为R=iso+aniso=2.8710-16/4(6)资料报道<4>PMMA塑料光纤瑞利散射的经验公式为R=2.1710-16/4(7)这与我们的计算结果差不多。由可见,在短波长区域,瑞利散射损耗较大,而在长波长区,该损耗急剧下降到0.因此,如果把PMMA塑料光纤的通光窗口移向长波方向,将很好地降低光纤的损耗。
PMMA塑料光纤的瑞利散射损耗3电子转移吸收一般电子转移吸收峰出现在紫外光谱区,而它们的吸收尾端部分影响光纤的光传输损耗。
对于制备PMMA的原料,它们的损耗与波长呈线性关系,而PMMA在360nm波长处有着最大吸收,并且在较低和较高波长区域也呈线性关系。在可见光及近红外区域,PMMA电子转移吸收的线性部分遵循Urbach关系<6>e=1.5810-12e1.1510-3(8)式中:单位为cm,e单位为dB/km.从可见,电子转移吸收对PMMA塑料光纤损耗的影响较小,在透光窗口处近似等于0。
PMMA塑料光纤本征损耗的计算根据上面的分析,塑料光纤的损耗极限(本征损耗)包括CH振动吸收、瑞利散射吸收和电子转移吸收<7>。利用前面推导的理论公式对PMMA的本征损耗进行了计算,结果见和。从可见,在518nm、567nm附近,PMMA塑料光纤的光纤的电子转移吸收损耗损耗小于50dB/km是完全可能的,这里瑞利散射对损耗的影响比较大,它增大了塑料光纤的损耗值。