[科普中国]-荧光光纤

荧光光纤是在纤芯和包层中掺入了荧光物质和某些稀有元素构成的。荧光物质可以吸收特定波长范围内的光, 使自身被激发, 随之向各个方向发射出荧光, 其中辐射方向满足纤芯-包层界面全反射条件的荧光将沿着光纤轴向传输。

概述荧光光纤是利用光致发光材料构成的一种特殊光纤。其工作原理是：在光纤纤芯掺有荧光材料，当激发光从侧面或端面入射进纤芯时，纤芯中的发光材料被激发而发射荧光。此荧光将沿光纤传播。所以实际上是一个会发光的光纤。这种光纤既可在特殊情况用作照明光源，也可用于光传感。1

成分荧光光纤一般是基于聚合物光纤，因为聚合物光纤便于掺进不同的光致发光的荧光材料。目前用于构成荧光光纤的芯材可选用普通的PC、PMMA和PS等。其中PMMA有较好的光学性能，并且同大多数用作掺杂剂的荧光有机物相容性较好。

荧光剂是有机染料的一种。其种类较多，可由人工合成，在制备荧光光纤时，应选择荧光剂的折射率和纤芯聚合物材料的折射率相同或相近。此外荧光材料还应具有较高的光致发光效率；较好的化学稳定性和热稳定性等。此外在选材时还应注意使荧光材料的吸收光谱和荧光光谱尽量分开。

已成功用于荧光光纤的荧光材料有很多，几种较典型的荧光材料有以下两类。

(1)荧光染料：若丹明(Rhodamine)系列。它在可见光内有较高的荧光效率。例用Rhodamine6G掺杂的光纤，其吸收波长在绿光的530nm处，发射波长在荧光的585nm处。

(2)稀土离子：稀土离子包括钕离子Nd3+，铕离子Eu3-和钐离子Sm3+等。1

光学性能由荧光材料构成的荧光光纤，因其基质材料主要是聚合物，因而具有一般聚合物单模光纤和多模光纤相同的光学特性，机械特性和热学特性等。其主要差别是：荧光光纤具有发光特性，而一般的石英质光纤和聚合物光纤则无发光性能，只有传光性能，所以荧光光纤可作光源。1

应用荧光光纤主要是利用光致发光的特性，其典型应用举例如下：

(1)光纤传感器——荧光光纤传感器是由具有在位、在线、实时、远程、可逆、稳定等特点的光纤传感技术结合荧光分析的特异、敏感等优点而发展起来的, 已在分析领域得到广泛的应用。2

荧光光纤检测激发光的是否存在和光的强弱，例如，利用紫外激光的荧光光纤，可检测高压电气设备中的电晕放电现象（高压电放电的电弧光，一般为紫光），以监测此设备是否运行安全。利用X光激发光纤中的荧光则可用于X光发生的图像的检测和传输。

(2)光纤光源——利用荧光光纤的发光特性，可用于汽车和军用设备等场合的仪表照明。

(3)荧光光纤放大器——由于荧光光纤中的光致发光材料有较高的能量转换效率，因而用荧光光纤可构成光纤放大器，利用荧光的高转换效率使光纤中输入的信号光得以放大。1

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学