[发明专利]电子－光子双传输微结构聚合物光纤

说明书

技术领域

本发明涉及一种能同时传输电子和光子的电子-光子双传输微结构聚合物光纤。

背景技术

目前，在传输领域中，光纤是光的主要传输介质，金属等导体是电的主要传输载体，长期以来，光和电的传输一直在这两类不同的载体内分别进行。在很多同时涉及光电信号传输的情况下，这种分别传输的方式不仅为实际操作带来了复杂性，而且在材料利用率方面也产生了不小的浪费。如果能制造一种光子-电子传输一体化载体：光子-电子双传输纤维，将节省大量的材料资源费和施工费。

聚合物光纤具有良好的机械性能，而聚合物光子晶体光纤除了具有柔韧性好及光传输方面的一些特殊优点外，其结构也具有普通光纤不具备的特点：在这种光纤中，包层可以是不同直径、不同排列周期、以及不同形状的空气孔阵列，光子可以在这些孔道阵列包围起来的芯区内传输。如果在聚合物光纤孔道的内壁表面，沉积上导体或半导体材料层，就可能实现光纤与导体半导体的有序结合的新功能材料，从目前的报道来看，有美国人用有较低融点的导体Sn，无定形半导体(As_Se_Te-Sn和As₂Se₃)和有较高玻璃化温度的透明性有机绝缘体制成夹心式预制棒。然后预制棒被加热拉制成电子-光子双重传输光纤。这种多层结构可以把光限制到低折射率纤芯中，同时周围为直径为微米尺寸的Sn金属阵列，然而他们所制造的预制棒尺寸很小，力学结构不完整，很难实现规模化生产。

发明内容

本发明为解决背景技术中存在的上述技术问题，而提供一种力学结构完整，可实现规模化生产的能同时传输电子和光子的电子-光子双传输微结构聚合物光纤。

本发明的技术解决方案是：本发明为一种电子-光子双传输微结构聚合物光纤，其特殊之处在于：该聚合物光纤包括光纤基质、内包层和外包层，光纤基质设置在外包层内，内包层设置在光纤基质中，内包层由空气孔道组成，空气孔道的内表面设置有导电层。

上述空气孔道为一个或多个。

上述空气孔道为多个时，内包层是由具有微结构光纤特征的周期性分布的空气孔道构成。

上述光纤基质为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或聚碳酸酯等热塑性透明聚合物材料。

上述导电层的材料为导电高分子材料、半导体材料或金属材料。

如果让高反射率的金属材料结合在聚合物光纤壁表面上，形成纳米至微米级厚度的薄膜，这不仅不影响光传输，而且还会因为内壁反射率的增加而降低光传输损耗同。时这种复合纤维中导体材料具有高比表面积，这将有效提高其电导率，从而也大大提高材料的利用率，因此本发明采用化学或物理手段在塑料光子晶体光纤预制棒内表面修饰导电层材料，然后对导电层以及光纤基质共拉伸，形成可同时传输电子和光子的电子-光子双传输微结构聚合物光纤，该光纤的电学和光学传输性质在空间上是离散的、独立的，被传播的光子-电子间没有相互作用，同时这种光纤不仅柔软而且机械韧性好可以编织，这些新颖的光纤结构对于制作光电功能的织物提供了可能性。并且由于在光纤中材料分界面处电子和光子性质的差别，光纤能达到亚微米尺寸，能达到任意长度，因此这种光纤能使光电功能在更大面积上实现。本发明使光缆-电缆一体化。可应用到涉及光电信号同时传输，或者需要传输反馈信号的许多器件领域，如传感器、光电通讯等。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明包括光纤基质1、内包层5和外包层4，光纤基质1设置在外包层4内，内包层5设置在光纤基质1中，内包层5由空气孔道2组成，空气孔道2的内表面设置有导电层3，空气孔道2可以为一个或多个，当空气孔道2为多个时，内包层5是由具有微结构光纤特征的周期性分布的空气孔道2构成，其中外包层4用来对管线起到保护和支撑作用，导电层3用来传输电子，内包层5中的气孔道2用来传输光子。

本发明结构的实现主要依赖以下两个因素：(1)预制棒孔道内表面的化学或物理修饰；(2)导电层(金属或有机半导体)与光纤高分子材料基质的共拉伸性。因此采用化学或物理手段在塑料光子晶体光纤预制棒内表面修饰导电层材料，然后对赋有导电层的预制棒共拉伸形成本发明的聚合物光纤。采用普通化学沉积、电化学沉积、气相沉积等方法实现对预制棒内壁的修饰，采用的材料可以选择金属材料或者导电高分子材料，为了提高内壁表面物质(如PMMA)的反应活性，可以针对不同修饰材料首先将其进行化学处理，使其氨基化或羟基化，然后再进行修饰，形成的导电层材料具有连续均一的分布。考虑到导电层3与光纤基质1的共拉伸性，必须选择拉伸性质与基质材料(如PMMA)相近的材料。这些材料可以是导电高分子(如聚苯胺)、半导体(如As₂Se₃)或金属(如锡)，它们在拉伸过程中能保证与光纤同步，并且与光纤内壁保持紧密结合。光纤基质1可以为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯类高透明热塑性高分子材料，外包层4可以是与基质相同的高分子材料或者其他高分子材料。