塑料光纖在短距離通信中的應用

        我們知道，在長距離通信中光纖早已唱起了主角，而在短距離如家庭內(nèi)、交通工具內(nèi)、辦公大樓及辦公室內(nèi)的通信和多媒體傳輸中光纖的運用目前卻還很少。但隨著INTENRET數(shù)據(jù)通信、視頻點播、可視電話、電視會議等多媒體業(yè)務的迅速擴大，對物理網(wǎng)絡的寬帶化、高速化提出了更高的要求，使光纖到戶和光纖到桌面的傳輸網(wǎng)絡逐步取代現(xiàn)有的光電混合形式成為最理想的傳輸網(wǎng)絡，為用戶提供寬帶高速的信息服務，從而推動了全光交換技術的不斷發(fā)展。 

        在全光交換網(wǎng)絡中，對石英光纖來說，傳輸帶寬和電磁兼容完全能滿足使用要求，且網(wǎng)絡技術很成熟，便熔接及器件成本高使其作為接入媒介主力受到限制。而塑料光纖在高速短距離通信傳輸中成本也對稱電纜相當，在100米范圍內(nèi)傳輸帶寬可達數(shù)GHz，且易連接，可撓性好、易于彎曲等優(yōu)勢，盡管目前其系統(tǒng)性能還處于研究或應用初期階段，但它在未來短距離通信中所擔當?shù)慕巧遣豢珊鲆?，它在價格及性能上的優(yōu)勢，使其在網(wǎng)絡全光化中入戶接入方面的應用具有廣泛的前景?！　?

二、塑料光纖及塑料光纖網(wǎng)絡的優(yōu)勢　　 

        目前室內(nèi)短距離信息傳輸媒介或技術主要有以下幾種： 
        1、以基于銅導體的對絞線的同軸電纜　　 
        這一種使用成本低且滿足現(xiàn)實需求而使用最多，但若滿足用戶將來對帶寬和速率的更高要求，需要為克服電磁干擾、信息保密、擴大帶寬、提高傳輸速率、保證傳輸距離等投入很高的研究資金，使用成本也因使用昂貴復雜的電子裝置而變得很高，綜合競爭力降低。 

        2、單模和多模石英光纖　　 
        該種技術比較成熟，但石英光纖芯徑很細(-10μm)導致連接困難而成本較高，光電子器件技術要求高、價格昂貴，其易脆斷和彎曲損耗限制其在狹窄空間中安裝使用。
　 
        3、紅外及短距離移動通信等無線技術　　 
        此種技術在目前比較熱鬧門，世界各國對移動通訊的技術研究投入很大，技術也日新月異，相關產(chǎn)品更新?lián)Q代速度很快，但當數(shù)據(jù)無線傳輸技術應用于象室內(nèi)、交通工具內(nèi)這樣的短距離通訊時其使用成本就比較高，且電磁干擾問題、環(huán)境影響問題、傳輸帶寬和速率問題，或為解決這些問題所必須的高研究成本和昂貴的使用設備投入等將會是其在短距離通信中應用的主要障礙。從現(xiàn)實實用和技術研究發(fā)展趨勢看，要克服銅導體和無線傳輸技術的缺陷，POF是實現(xiàn)短距離高速傳輸?shù)膬?yōu)先選擇目標?！　?nbsp;

        塑料光纖(POF)與石英光纖相比，具有以下優(yōu)點：　　 
        *模量低，芯徑大(0.3-1.0mm)，接續(xù)時可使用簡單的POF連接器，即使是光纖接續(xù)中心對準產(chǎn)生30μm的偏差也不會影響耦合損耗; 
        *數(shù)值孔徑大(NA0.5左右)，受光角θA可達60°，而石英光纖只有16°，可用便宜的LED，并且耦合效率高;　　 
        *撓曲性好，易于加工和使用;　　 
        *在可見光區(qū)有低損耗窗口;　　 
        *重量輕;　　 
        *成本及加工費用低。
　　 
        POF網(wǎng)絡在局域網(wǎng)系統(tǒng)中與其它傳輸介質(zhì)相比，具有明顯的優(yōu)點： 
        *POF對電磁干擾不敏感，也不發(fā)生輻射，不同數(shù)據(jù)速率下的衰減恒定，誤碼率可預測，能在電噪聲環(huán)境中使用;　　 
        *其尺寸較長，可降低接頭設計中公差控制的要求，故成網(wǎng)成本較低等。　
　 
       現(xiàn)將POF與目前成本低、室內(nèi)接入使用最流行的銅介質(zhì)作比較：　　 
        目前SI型POF的使用成本與UTP-5電纜的相當，但傳輸性能和環(huán)境適當性比電纜好得多;同軸電纜的傳輸性能比較好，但使用距離最大90米，電纜外徑大，也不易彎曲，影響安裝使用，與之配套的電子設備和連接器件價格昂貴。 

        隨著POF制造技術和原材料制備技術的不斷進步，POF的生產(chǎn)成本還會不斷的降低;從目前的激光器、光電子集成器件、連接器的發(fā)展情況看，國內(nèi)及國際的相關技術進步很快，隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，相信發(fā)送接收器件的成本會有較大幅度的下降，使POF在接入通信中更具優(yōu)勢?！　?

三、塑料光纖國內(nèi)研究進程　　 

        塑料光纖的研究始于二十世紀60年代。1968年美國杜邦公司用聚甲基丙烯酸甲酯為芯材制備出塑料光纖，但光損耗較大。1974年日本三菱人造絲公司以PMMA和聚苯乙烯為芯材、以低折射率的氟塑料為包層開發(fā)出塑料光纖，其光損耗為3500dB/km，難以用于通信?！?nbsp;

        80年代日本的一些大企業(yè)和大學對低損耗塑料光纖的制備進行了大量的研究。1980年三菱公司以高純MMA單體聚合PMMA，使塑料光纖損耗下降到100-200dB/km。1983年NTT公司開始用氘取代PMMA中的H原子，使最低光損耗可達到20dB/km，并可傳輸近紅外到可見光的光波。
　 
        1986年，日本Fujitsu公司以PC為纖芯材料開發(fā)出SI型耐熱POF，耐熱溫度可達135攝氏度，衰減達450dB/km。
　 
        1990年，日本慶應大學的小池助教授開發(fā)成功折射率漸變型的塑料光纖，芯材為含氟PMMA、包層為含氟，用界面凝膠技術制造。該塑料光纖衰減在60db/km以下，光源650-1300nm，100m帶寬3GHz，傳輸速率10Gb/s，超過了GI型石英光纖，并被廣泛認為是高速多媒體時代光纖入戶的新型光通信媒介。 

        1996年，人們紛紛建議以塑料光纖為基礎建立極低成本的用戶網(wǎng)ATM物理層;1997年，日本NEC公司進行了155Mbit/s的ATM、LAN的試驗。在2000年OFC會議上，日本ASAHI GLASS公司報道了氟化梯度塑料光纖衰減系數(shù)在850nm為41dB/km，在1300nm為33dB/km，帶寬已達100MHz.km。用這種光纖成功地進行了50m、2.5Gbit/s的高速傳輸試驗和70攝氏度長期熱老化試驗。實驗結論為氟化梯度塑料光纖完全能滿足短距離的通信使用要求。　　 

        從國外的研究發(fā)展來看，塑料光纖的研究重點主要集中在以下三個方面：　　 
         *降低光損耗;　　 
        *提高帶寬(由SI型轉為GI型);　　 
        *提高耐熱性。(聚碳酸酯(PC)、硅樹脂、交聯(lián)丙烯酸和共聚物可使耐熱性提高到125-150攝氏度)?！　?nbsp;

        塑料光纖在衰減與帶寬方面的最新實用進展為：日本ASAHI GLASS公司2000年7月稱，該公司實施慶應大學的GI-POF技術商品化，采用全氟化聚合物CYTOP制造GI光纖，命名為GI-GOF，商品名為Lucina，衰減速率3Gb/s，帶寬大于200MHz.km?！?
　 
        塑料光纖在耐熱性方面的最新實用進展為：日本JSR與旭化株式會社聯(lián)合發(fā)展耐熱透明樹脂ARTON(norbornene,冰片烯)制造的SI-POF，耐熱170攝氏度，預計2001年上半年即可供應汽車市場?！　?

四、塑料光纖的標準化　
　 
        隨著POF技術的日趨成熟，產(chǎn)品在通信系統(tǒng)中的應用量不斷擴大，人們對POF的技術性能及標準化進行了深入的研究，并制訂出相應的標準，為塑料光纖的產(chǎn)業(yè)化打下基礎。
　　 
        ATM論壇于1997年5月通過155Mb/s　POF和硬塑料包層的標準，標準規(guī)定：在傳輸距離為50米、用155Mbps速率傳輸時使用POF，在傳輸距離為100米時，使用硬塑料包層石英光纖。該標準中規(guī)定的一種POF是一種芯層和包層材料的折射率差很小的低數(shù)值孔徑POF。這種POF的帶寬特性隨光入射條件的變化而變化，當全模激勵時，傳輸距離為100m時為20MHz，帶寬特性良好。　　

五、塑料光纖短距離通信應用展望
　　 
        塑料光纖作為短距離通信網(wǎng)絡的理想傳輸介質(zhì)，在未來家庭智能化、辦公自動化、工控網(wǎng)絡化。車載機載通信網(wǎng)、軍事通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸中具有重要的地位。通過塑料光纖，我們可實現(xiàn)智能家電(家用PC、HDTV、電話、數(shù)字成象設備、家庭安全設備、空調(diào)、冰箱、音響系統(tǒng)、廚用電器等)的聯(lián)網(wǎng)，達到家庭自動化和遠程控制管理，提高生活質(zhì)量;通過塑料光纖，我們可實現(xiàn)辦公設備的聯(lián)網(wǎng)，如計算機聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)計算機并行處理，辦公設備間數(shù)據(jù)的高速傳輸可大大提高工作效率，實現(xiàn)遠程辦公等?！?
　 
        在低速局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)速率小于100Mbps時，100米范圍內(nèi)的傳輸用SI型塑料光纖即可實現(xiàn);150Mbps50米范圍內(nèi)的傳輸可用小數(shù)值孔徑POF實現(xiàn)。POF在制造工業(yè)中可得到廣泛的應用。通過轉換器，POF可以與RS232、RS422、100Mbps以太網(wǎng)、令牌網(wǎng)等標準協(xié)議接口相連，從而在惡劣的工業(yè)制造環(huán)境中提供穩(wěn)定、可靠的通信線路。能夠高速地傳輸工業(yè)控制信號和指令，避免因使用金屬電纜線路而受電磁干擾導致通信傳輸中斷的危險。
　　 
        POF重量輕且耐用，可以將車載機通信網(wǎng)絡和控制系統(tǒng)組成一個網(wǎng)絡，將微型計算機、衛(wèi)星導航設備、移動電話、傳真等外設納入機車整體設計中，旅客還可通過塑料光纖網(wǎng)絡在座位上享受音樂、電影、視頻游戲、購物、Internet等服務。在軍事通信上，POF正在被開發(fā)用于高速傳輸大量的第三、保密信息，如利用POF重量輕、可撓性好、連接快捷，適用于在身配戴的特點，用于士兵穿戴式的輕型計算機系統(tǒng)，并能夠插入通信網(wǎng)絡下載、存儲、發(fā)送、接收關鍵任務信息，且在頭盔顯示器中顯示。　　 

        綜上所述，塑料光纖的應用領域越來越廣，國外在塑料光纖的應用開發(fā)上已取得了較大的成果，且不斷在在加大新的應用研究投入，我國亦應就塑料光纖的研究和發(fā)展予以密切注視。