PWR-urile sunt concepute în primul rând pentru funcționarea în domeniul spectral vizibil. În afara regiunii vizibile din zonele ultra-violete și în apropierea infraroșiei, transmiterea luminii polimerilor utilizați scade și eficiența utilizării lor scade (figura 2).
Pierderile optice ale fibrelor de polimer sintetic constau din absorbția intrinsecă, care depinde de structura și calitatea materialului și de absorbția necorespunzătoare determinată de contaminarea cu metale din grupul de tranziție și cu impuritățile optice. În plus, pierderile necorespunzătoare provoacă inegalități la interfața dintre miez și placare, precum și birefringența materialului.
Influența factorilor incorecți poate fi redusă prin îmbunătățirea tehnologiei de fabricare a POW.
Astfel, caracteristicile limitative ale pierderilor DWT pot fi stabilite dacă luăm în considerare pierderea absorbției intrinseci și împrăștierea materialului. Absorbția luminii de către un polimer în regiunea IR a spectrului se datorează excitației vibrațiilor moleculare. În regiunile IR apropiate și mijlocii (0,75-25 μm) se manifestă vibrații intramoleculare, sub care se schimbă aranjamentul relativ al nucleelor atomice care alcătuiesc molecula.
Dependența puterii semnalului transmis de ieșirea OB de la lungimea de undă. 1 - cuart OM; 2 - Stand
Astfel de oscilații sunt însoțite de o schimbare a lungimilor legăturilor care leagă atomii (vibrațiile de întindere) și unghiurile de valență între legături (vibrații de deformare).
În fiecare vibrație moleculară, toți atomii moleculei participă într-o anumită măsură. Cu toate acestea, este posibil să se identifice astfel de oscilații în care sunt implicați în principal anumiți atomi sau grupuri de atomi, rolul atomilor rămași ai moleculei este nesemnificativ. Frecvențele acestor oscilații sunt conservate în spectrele diferiților compuși și se numesc caracteristici
Spectrele de absorbție ale benzilor superioare și inferioare ale ferestrelor de transparență, structura chimică mai complicată a polimerului (în prezența inelelor sale macromoleculare aromatice, hetero legături multiple, etc.).
Macromoleculele de aceeași structură chimică, dar o configurație sau conformaționale diferite (molecule cu aceeași structură chimică diferite forme geometrice prin legături separate, oscilantă simplele legături care leagă aceste unități) au vibrație diferite și, prin urmare, diferențele spectre de absorbție. Lanturile polimerice pot conține și grupuri de impurități de origine diferită. Aceste grupuri în molecule de polimeri pot apărea în timpul procesului de polimerizare sau pot fi formate ca urmare a proceselor distructive și oxidative în timpul procesării
În plus, polimerii pot conține reziduuri de inițiatori, solvenți, catalizatori, precum și aditivi speciali. Aditivii sunt introduse pentru a conserva proprietățile polimerilor în timpul prelucrării și utilizării acestora (stabilizatori) sau pentru a modifica proprietățile materialului polimeric (plastifianți, materiale de umplutură, coloranți, agenți antistatici și așa mai departe.). Toată chimia introdusă în polimerii fibrelor în timpul sintezei afectează, de asemenea, proprietățile optice într-o oarecare măsură.
Grupurile care absorb în mod selectiv în aceste regiuni spectrale și determină culoarea compusului (dacă absorbția se află în regiunea vizibilă) se numesc cromofori. Ca regulă, acest termen se referă la grupuri care determină absorbția în intervalul lungimii de undă de la 0,2 la 1,0 μm. Prezența altor grupuri - cum ar fi OH, NH2, OCH3, în molecula din apropierea grupurilor de cromofori, mărește lungimea de undă de absorbție (efectul bathochromic). Astfel de grupuri, care nu absoarbe ele însele, ci măresc intensitatea absorbției și o trimit în regiunea lungimii de undă a spectrului, se numesc auxocromuri. Deplasarea benzilor de absorbție și modificarea intensității lor sunt de asemenea observate atunci când grupurile de cromofori interacționează una cu cealaltă.
Dacă pornim de la presupunerea că starea legăturilor moleculare a polimerilor la o temperatură peste temperatura de tranziție a sticlei este menținută, este posibil să se presupună că pierderea în împrăștierea materialelor polimerice proprii datorită Rayleigh care rezultă din fluctuațiile polimerilor cu densitate. În polimerii amorfe se observă doar fluctuațiile de densitate obișnuite, care se pot observa în stare lichidă și nu se observă anizotropie care nu este caracteristică lichidului. Nu există schimbări structurale semnificative în polimerul amorf lichid și solid.
Imprastierea (turbiditatea), cauzata de fluctuatiile densitatii unui lichid izotrop, poate fi descrisa prin ecuatia:
unde k este constanta Boltzmann;
T este temperatura absolută;
l0 este lungimea de undă în vid;
n este indicele de refracție.
Regiunile ultraviolete și vizibile ale spectrului, cât și în infraroșu, poate determina absorbția de impurități străine, care deteriorează proprietățile optice ale polimerilor și pot provoca coloranți. Grupurile de impurități pot apărea nu numai în procesul de polimerizare, ci și ca rezultat al transformărilor structurale în polimer și în timpul procesării sau îmbătrânirii, ceea ce duce adesea la colorarea polimerului.
Pierderile semnificative sunt cauzate de contaminarea materialelor cu impurități, ale căror tranziții electronice absorb energie în intervalul de 0,5-1,0 μm. Printre impuritățile trebuie remarcat în primul rând, o grupare hidroxil, și ionii metalelor de tranziție - fier, crom, cupru, mangan, titan, vanadiu, cobalt, nichel, etc. Influența unor acestor impurități asupra PIW amortizare destul de semnificativ .. Și cele mai importante impurități sunt ionii de fier și crom. Dependența indicelui de refracție asupra lungimii de undă pentru cele mai uzuale materiale polimerice optice și pentru geamurile anorganice este prezentată în Fig.
Dependența indicelui de refracție (a) și a dispersiei (b) a diferitelor substanțe pe lungimea de undă. 1 - polimetil metacrilat; 2 - cuarț; 3 - polistiren; 4 - Flint
Schimbarea indicelui de refracție de la temperatura pentru materialele polimerice transparente este de obicei (1-2) * 10-4 la 1 ° C, adică un ordin de mărime mai mare decât coeficientul de temperatură corespunzător al celor mai bune sticle anorganice
O creștere accentuată a dispersiei spre undele scurte (Figura 3, b) se datorează influenței marginii absorbției puternice în regiunea UV. Pentru polistiren, această margine este mai aproape de regiunea vizibilă decât pentru polimerii acrilici, deoarece acestea din urmă au o transparență mai mare în regiunea UV.
Sarcina tehnică reală este crearea materialelor cu valori ale indicelui de refracție. Pentru aceasta, pot fi utilizați copolimeri, ale căror indici de refracție ocupă o poziție intermediară între valorile pentru homopolimer.
Pentru a mări indicele de refracție, inele aromatice, halogeni (cu excepția fluorului) sunt introduși în materiale polimerice. Reducerea indexului de refracție la valoarea minimă este obținută prin introducerea de fluor.
Indicele de refracție depinde de metoda de polimerizare care afectează structura polimerului, de conținutul monomerului nepolimerizat și de alți factori. Difuzia monomerului rezidual pe suprafața eșantionului și evaporarea acestuia de pe suprafață poate duce la o neomogenitate materială în ceea ce privește indicele de refracție. De regulă, fluctuațiile indicelui de refracție se manifestă în a patra zecimală.