ПОВ призначені в основному для роботи у видимій області спектра. За межами видимої області в ультрафіолетовій та ближньої інфрачервоної зонах світлопропускання використовуваних полімерів падає, і ефективність їх застосування знижується (рис. 2).
Оптичні втрати синтетичних полімерних волокон складаються з власного поглинання, яке залежить від структури і якості матеріалу і невласного поглинання, що визначається забрудненнями металами перехідною групи і оптичними домішками. Крім того, невласні втрати викликають нерівності на кордоні серцевини і оболонки, а також подвійне променезаломлення матеріалу.
Вплив невласних факторів можна зменшити за рахунок удосконалення технології виготовлення ПОВ.
Таким чином, граничні характеристики втрат ПОВ можуть бути встановлені, якщо брати до уваги втрати на власне поглинання і розсіяння матеріалу. Поглинання світла полімером в ИК-области спектра пов'язано з порушенням коливань молекул. У ближній і середній ІЧ-областях (0,75-25 мкм) виявляються внутрішньо-молекулярні коливання, при яких змінюється відносне розташування ядер атомів, складових молекулу.
Залежність потужності переданого сигналу на виході ОВ від довжини хвилі. 1 - кварцове ОВ; 2 - ПОВ
Такі коливання супроводжуються зміною довжин зв'язків, що з'єднують атоми (валентні коливання), і валентних кутів між зв'язками (деформаційні коливання).
У кожному молекулярному коливанні беруть участь в тій чи іншій мірі всі атоми молекули. Проте, можна виділити такі коливання, в яких беруть участь головним чином певні атоми чи групи атомів, роль інших атомів молекули виявляється незначною. Частоти цих коливань зберігаються в спектрах різних з'єднань і називаються характеристичними
В спектрах поглинання тим більше смуг і менше вікон прозорості, чим складніше хімічну будову полімеру (наявність в його макромолекулі ароматичних кілець, гетероатомів, кратних зв'язків тощо.).
Макромолекули з однієї і тієї ж хімічної структурою, але різною конфігурацією або конформацией (молекули однієї і тієї ж хімічної структури, що відрізняються геометричною формою завдяки можливості поворотів окремих ланок навколо простих зв'язків, що з'єднують ці ланки) мають різні коливання, а, отже, і відмінності в спектрах поглинання. Полімерні ланцюги можуть містити також домішкові групи різного походження. Ці групи в молекулах полімеру можуть з'явитися в процесі полімеризації або утворитися в результаті деструктивних і окисних процесів при його переробці
Крім того, полімери можуть містити залишки ініціаторів, розчинників, каталізаторів, а також спеціальні добавки. Добавки вводять для збереження властивостей полімерів при їх переробці і експлуатації (стабілізатори) або для модифікації властивостей полімерного матеріалу (пластифікатори, наповнювачі, барвники, антистатики та ін.). Вся хімія, яка вводиться в полімери волокон при синтезі, також в тій чи іншій мірі впливає на їх оптичні властивості.
Групи, вибірково поглинають в цих областях спектру і визначають забарвлення сполуки (якщо поглинання виявляється у видимій області), називаються хромофорами. Як правило, цей термін відноситься до груп, яке обумовлює поглинання в інтервалі довжин хвиль від 0,2 до 1,0 мкм. Присутність в молекулі поблизу хромофорних груп інших груп - таких, як ВІН, NH2, ОСH3, збільшує довжину хвилі поглинання (Батохромний ефект). Такі групи, які самі не поглинають, але підвищують інтенсивність поглинання і зміщують його в довгохвильову область спектра, називають ауксохромов. Зсув смуг поглинання і зміна їх інтенсивності спостерігається і при взаємодії хромофорних груп між собою.
Якщо виходити з передумови, що стан молекулярних зв'язків у полімерів при температурі вище температури склування зберігається, то можна вважати, що втрати на власне розсіювання у полімерних матеріалів обумовлені релєєвськоє розсіювання, що виникають внаслідок флуктуації щільності полімерів. У аморфних полімерів відзначаються лише звичайні флуктуації щільності, які можна спостерігати в рідкому стані, і не зафіксовано анізотропії, невластивої рідини. Істотні структурні зміни у рідкого і твердого аморфного полімеру відсутні.
Розсіювання (каламутність), обумовлене флуктуаціями щільності ізотропного рідини, можна описати рівнянням:
де k - постійна Больцмана;
Т - абсолютна температура;
lо - довжина хвилі у вакуумі;
n - показник заломлення.
В ультрафіолетовій і видимій областях спектра так само, як і в інфрачервоній, можлива поява стороннього примесного поглинання, яке погіршує оптичні властивості полімерів і може викликати забарвлення. Домішкові групи можуть виникнути не тільки в процесі полімеризації, але і в результаті структурних перетворень в полімері і при переробці або старінні, що часто призводить до фарбування полімерів.
Значних втрат виникають при забрудненні матеріалів домішками, електронні переходи яких поглинають енергію в діапазоні 0,5-1,0 мкм. З домішок слід зазначити, перш за все, гідроксильну групу і іони перехідних металів - заліза, хрому, міді, марганцю, титану, ванадію, кобальту, нікелю та ін. Вплив деяких перелічених домішок на згасання ПОВ досить значно. Причому найбільш критичними домішками є іони заліза і хрому. Залежність показника заломлення від довжини хвилі для найбільш поширених оптичних полімерних матеріалів і неорганічних стекол приведена на рис.
Залежність показника заломлення (а) і дисперсії (б) різних речовин від довжини хвилі. 1 - поліметилметакрилат; 2 - кварц; 3 - полістирол; 4 - флінт
Зміна показника заломлення від температури для прозорих полімерних матеріалів становить зазвичай (1-2) * 10-4 на 1 ° С, тобто на порядок вище відповідного температурного коефіцієнта кращих неорганічних стекол
Різке збільшення дисперсії в сторону коротких хвиль (рис. 3, б) пов'язане з впливом краю сильного поглинання в УФ-області. Для полістиролу цей край ближче до видимої області, ніж для акрилових полімерів, оскільки останні мають більшу прозорість в УФ-області.
Актуальною технічної завданням є створення матеріалів із заданими значеннями показників заломлення. Для цього можна використовувати сополімери, показники заломлення яких займають проміжне положення між значеннями для гомополимера.
З метою підвищення показника заломлення в полімерні матеріали вводять ароматичні кільця, галогени (крім фтору). Зменшення показника заломлення до мінімальної величини досягається введенням фтору.
Показник заломлення залежить від методу полімеризації, впливає на структуру полімеру, від змісту незаполімерізованного мономера та інших чинників. Дифузія залишкового мономера до поверхні зразка і його випаровування з поверхні можуть призводити до неоднорідності матеріалу по показнику заломлення. Як правило, коливання показника заломлення виявляються в четвертому десятковому знаку.