隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步，新能源尤其是太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)和利用越來(lái)越得到人們的重視。太陽(yáng)能資源豐富、廉價(jià)、清潔、分布廣泛，取之不盡，用之不竭，是人類(lèi)未來(lái)的主要能源之一。隨著世界人口的長(zhǎng)，能源極度短缺，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，社會(huì)越來(lái)越關(guān)注太陽(yáng)能利用技術(shù)的研究。
利用傳光材料對(duì)可見(jiàn)光進(jìn)行傳輸是太陽(yáng)能利用領(lǐng)域中的重點(diǎn)。通過(guò)將可見(jiàn)光傳至陰暗房間、地下商場(chǎng)、人防工事、礦井、隧道等建筑物內(nèi)，可以起到照明和日光浴的作用，對(duì)于節(jié)約能源和進(jìn)人體健康都具有重要意義。通常采用光學(xué)玻璃纖維作為傳光材料，但其傳光效率比較低，大大限制了它的發(fā)展。空芯塑料光纖是在高透明有機(jī)材料上蒸鍍金屬反射膜而成，大大提高了傳光材料的彎曲性能，同時(shí)由于采用了空芯結(jié)構(gòu)，從而降低了損耗，是一種比較理想的傳光材料，如所示。
1傳光機(jī)理分析11光線傳輸中，射向光纖的光束可分為光線1和光線2兩部分。下面首先討論光線1的傳輸機(jī)理。
當(dāng)光線1從空芯塑料光纖的空腔射向透明材料層時(shí)，根據(jù)菲涅耳定律，有反射系數(shù)由于透明材料層具有*的透射率（可達(dá)93%以上），光波的大部分能量透過(guò)該層而射向金屬反射膜只有少部分被反射回空芯層而繼續(xù)向前傳播。
對(duì)于介質(zhì)一金屬界面來(lái)說(shuō)菲涅耳定律也同樣適用。但由于金屬的折射率與普通介質(zhì)不同，艮即n―k，稱(chēng)為復(fù)折射率。實(shí)部n影響光波在介質(zhì)中的傳播速率或位相，是金屬的實(shí)折射率。虛部只影響振幅大小或光強(qiáng)度，稱(chēng)為消光系數(shù)。
金屬具有很好的導(dǎo)電性能，這一特征與金屬中存在數(shù)目很大的自由電子有關(guān)?？梢宰C明，在不是特別高頻率的電磁場(chǎng)作用下，金屬內(nèi)部的自由電子只分布于金屬表面上，金屬內(nèi)部電荷體密度為零，并且自由電子在表面層形成表面電流。這一電流的存在將使入射波產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射。如果用基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（59708814）者簡(jiǎn)介男碩士金屬的復(fù)折射率代替透明介質(zhì)的n，則菲涅耳公式對(duì)金屬依然適用。在入射角很小或正入射時(shí)，金屬表面的反射系數(shù)可寫(xiě)成，大多數(shù)金屬的吸收很強(qiáng)，有kn，P1，即金屬具有*的反射率。本文所介紹的空芯塑料光纖的金屬反射膜對(duì)可見(jiàn)光的反射率可達(dá)92%以上。這樣，入射至金屬反射膜處的光線大部分經(jīng)透明材料層被反射回空芯塑料光纖的空心層并繼續(xù)向前傳播。為所蒸鍍的金屬反射膜的反射能力隨波長(zhǎng)的變化關(guān)系。由可知，在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，該金屬反射膜具有*的反射率，且隨波長(zhǎng)的變化比較平穩(wěn)。
光線2是從透明材料層射入空芯光纖的光，其傳播原理與普通光纖相同，即依靠全反射使光線向前傳播，從而達(dá)到傳播能量的目的。也就是說(shuō)，當(dāng)光線2進(jìn)入透明材料層后，首先發(fā)生折射，然后到達(dá)透明材料與金屬膜交界處，此時(shí)，只要條件合適，根據(jù)折射定律，就會(huì)發(fā)生全反射，即入射光線全部被反射回入射介質(zhì)。中的稱(chēng)為光纖的受光角。經(jīng)計(jì)算民=60因此，空芯塑料光纖具有較大的受光角，這是普通光纖所*子，特別是過(guò)渡金屬正離子和水分子中的氫氧基負(fù)離子。水分子中的氫氧基負(fù)離子會(huì)引起嚴(yán)重?fù)p耗。
散射損耗包括材料散射和光波導(dǎo)散射。材料散射主要有本征散射和非線性效應(yīng)散射兩種。本征散射由于透明材料中原子熱起伏凍結(jié)而引起材料密度和折射率變化不均勻，從而引起散射損耗，這種損耗是光纖損耗的基本限度，這種散射，也稱(chēng)瑞利散射。光波導(dǎo)散射也稱(chēng)為輻射損耗，這是由于光纖尺寸沿長(zhǎng)度發(fā)生變化而產(chǎn)生的。
空芯塑料光纖由于具有特殊的空芯結(jié)構(gòu)，大大地降低了光纖的吸收損耗，從而降低了光纖的整體損耗，提高了可見(jiàn)光的透過(guò)率。
13傳光效率如果忽略入射光在自由空間的傳播模式向波導(dǎo)混雜?！?尤合轉(zhuǎn)換的損耗，只考慮光纖損耗，則光束通過(guò)光纖的表示式為其中，Pe為光在光纖出射端的功率；為在入射處的功率；為光纖長(zhǎng)度；為波導(dǎo)模EHlm的損耗系數(shù)，其表達(dá)式為Re（Y），A為波長(zhǎng)；為光纖半徑；Ulm為貝塞耳方程/-i（Um）=0的解。對(duì)于EHim模，Y=（e+1）（e一1）1/2/2且e=（n―ik）2為光纖材料的復(fù)折射系數(shù)。
將空芯光纖的內(nèi)徑、長(zhǎng)度及材料的復(fù)折射率和消光系數(shù)分別代入上式，即可求得空芯光纖的透過(guò)率。理論上預(yù)測(cè)，空芯金屬波導(dǎo)的透過(guò)率可達(dá)40%左右，而空芯光纖的透過(guò)率則可達(dá)90%以2制備工藝實(shí)驗(yàn)采用的設(shè)備為真空鍍膜機(jī)，極限真空度為105Pa.將準(zhǔn)備蒸鍍的材料在10%~20%的氫氧化鈉溶液中煮沸15min，以除去表面的氧化層。然后在蒸餾水或去離子水中沖洗干凈，浸在無(wú)水乙醇中備用。
基片用乙醇清洗，再用蒸餾水清洗。對(duì)于基片材料來(lái)說(shuō)，其表面處理極為重要，任何刮痕、塵粒和表面不完整性都將在鍍上的薄膜上顯示出來(lái)，例如，塵?？尚纬杀∧さ?ldquo;針孔”。所以基片必須平耗的原潘是材料中中著0滓雜質(zhì)丨巧清潔。特別是在制備單晶薄膜時(shí)更為/重要xnki.net將鎢絲通電緩慢加熱，使蒸鍍材料熔化而粘附在鎢螺旋上，這一過(guò)程稱(chēng)為預(yù)熔。預(yù)熔的目的是將原來(lái)吸附在蒸鍍材料內(nèi)的氣體和雜質(zhì)原子排除出去，這樣，蒸鍍材料在蒸鍍時(shí)就不會(huì)大量放氣而破壞真空度，同時(shí)也有利于獲得純凈的膜層。預(yù)熔時(shí)應(yīng)先將基片移開(kāi)，以免預(yù)熔時(shí)的少量的蒸鍍材料噴到基片上。應(yīng)采用低電流、長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)熔方式。由于蒸鍍材料對(duì)W的濕潤(rùn)性，可使W加熱器的毛細(xì)作用均勻，不易產(chǎn)生液滴的飛濺。但預(yù)熔時(shí)間也不能太長(zhǎng)，否則蒸鍍材料容易熔化而脫落。實(shí)驗(yàn)表明，在1. 0~1.2kA的電流下預(yù)熔15 ~20szui為合適。預(yù)熔完畢后，即可采用快速閃蒸，對(duì)基片進(jìn)行蒸鍍，此時(shí)電流應(yīng)控制在1.7~1.8kA.采用快速蒸發(fā)方法，可使蒸氣分子對(duì)基片的有效入射頻率遠(yuǎn)高于殘氣分子對(duì)基片的入射率，同時(shí)也抑制殘氣分子進(jìn)入金屬膜及與蒸氣分子反應(yīng)，確保金屬膜的純度。
本實(shí)驗(yàn)所采用的基底材料為高透明材料，當(dāng)金屬膜蒸鍍完畢后，有可能觀察到在淀積完畢后薄膜與襯底發(fā)生彎曲或收縮的現(xiàn)象。這是因?yàn)楸∧ず鸵r底物質(zhì)的力學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)不*相同，以及淀積過(guò)程的不平衡性使剛生成的薄膜處于應(yīng)變狀態(tài)的，從而產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力的緣故。歸納起來(lái)，引起內(nèi)應(yīng)力的原因大致有兩類(lèi)：一類(lèi)是與體積變化有關(guān)的各種因素；另一類(lèi)是與表面（界面）效應(yīng)有關(guān)的各種因素。體積相關(guān)因素包括熱收縮、相變、空位消失、雜質(zhì)、填隙原子效應(yīng)等。表面相關(guān)因素包括表面張力與表面層、表面張力一晶粒間界、界面畸變層等因素。
結(jié)語(yǔ)采用鍍膜空芯塑料光纖傳輸太陽(yáng)能，具有低損耗、易布線等優(yōu)點(diǎn)，其制造方法以真空蒸鍍工藝為基礎(chǔ)，過(guò)程簡(jiǎn)單易于操作，成本低廉，對(duì)于推動(dòng)建筑節(jié)能事業(yè)的發(fā)展和太陽(yáng)能的利用有著深遠(yuǎn)的意義。