浅谈塑料光纤.doc

浅谈塑料光纤关键字：塑料光纤、POF、通信一，塑料光纤的发展历程21世纪，人们已经进入信息化社会，对语音、数据、视频、高清晰数字电视、3G和多媒体等宽带业务的需求日益增加，进而推动了承载各种业务的通信网络的容量不断地快速提升。如果以带宽表示通信网络的容量，那么长途干线网，已经大于太比特每秒，城域网已经达到几十吉比特每秒，接入网正在进入吉比特每秒。吉比特每秒就意味着必须使用光纤。究其原因，是由于高频电磁干扰严重，限制铜对绞线的传输带宽和传输距离。无论采用何种先进的调制技术，铜对绞线所能够提供的带宽和距离的乘积是有一定限度的，无法满足大量电视频率信息传送的需要。换言之，XDSL技术无法胜任数据传输速率为吉比特每秒的数量级，传输距离是100M的宽带业务传输。幸运的是有石英玻璃光纤。众所周知，石英玻璃光纤具有巨大的带宽和极小的衰减等一系列优点，使其在高速率、远距离长途干线网和大容量、多业务城域网中得到大量的使用，但是石英玻璃光纤在对建设成本非常敏感的光纤接入网中遇到一定的困难。就光纤接入网，特别是光纤到户而言，石英玻璃光纤存在两个不足之处：需要精确接续。由于纤芯直径小于10um，因此需要采用精密的熔接机和操作熟练的人员才能完成连接和分支，而且施工速度比较慢，接续成本比较高。不允许过小的弯曲半径。石英玻璃光纤是由脆性材料二氧化硅组成的。它不允许过小的弯曲半径，否则会发生脆性断裂。为了解决石英玻璃光纤存在的问题，人们开始探索利用新材料制造新型光纤。塑料光纤（POF,Plastic Optical Fiber）就是一种可供光纤接入网使用的新型光纤。POF的纤芯和包层均是有塑料组成的。与石英玻璃光纤相比，POF具有芯径大（1001000um）、柔韧性好和接续方便等优点。POF的大芯径使得其连接不需要采用高精度定位连接器件，而允许使用注塑连接器，从而大大地降低了连接成本。POF具有的良好柔韧新使得施工安装更为简单和快捷。因此，现在POF主要用于短距离、高速率通信，如接入网、数据中心、智能家电网络和传感器连接等。二、关于塑料光纤自1966年美国杜邦公司开发出第一根阶跃折射率分布的据甲基丙烯酸甲脂阶跃折射率分布塑料光纤（PMMA-SI-POF, Polymethyl Methacrylate Step Index Plastic Optical Fiber）至2000年日本硝子玻璃公司推出以氟化物聚合物基本组成的梯度折射率分布塑料光纤（其产品名称为“LUCINA”）,人们对POF的研究一直定位在3个方面：制造出低衰减、高带宽的POF;研究与之配套的光器件；推动POF通信系统的工程应用。POF的主要性能指标：1、衰减 塑料光纤的衰减主要取决于所选用的材料的散射损耗和吸收损耗。要想作为通信级塑料光纤，一个最基本要求就是PMMA塑料光纤的衰减要低最好是小于180dB/km。 2、带宽 梯度型塑料光纤是折射率呈梯度分布的光纤，其折射率由芯至包层逐渐降低。只要所形成的梯度折射率分布适宜，便可获得抑制模色散，保持大的数据孔径，控制出射光波相对于人射光波展宽的效果。如折射率分布妥当，那么材料色散就成为决定传输带宽的主要因素。只要在选择时充分注意材料色散，欲制得带宽为数Ghzkm是完全可行的。 3、耐热性 最重要的是，塑料光纤的耐热性主要由其成分性能决定。耐热性好的材料成分，决定塑料光纤具有比较好的耐热性。判断材料耐热性的指标有玻璃化温度、维卡软化点、热变形温度等指标。 4、连接性 通信塑料光纤多采用直径1mm的光纤，是石英光纤的820倍。粗的塑料光纤的连接比石英光纤要容易得很多。三、塑料光纤的优势塑料光纤质轻、柔软，更耐破坏（振动和弯曲）。塑料光纤有着优异的拉伸强度、耐用性和占用空间小的特点。这些优点使得塑料光纤在汽车中成功应用尤为重要。一个典型的豪华车内部至少由几公里的铜线和铜缆，重量和成本大为增加。飞机、火车和其他所有交通工具莫不如此。 由于塑料光纤的大直径和数值孔径，光传导能力大。塑料光纤比铜类传输介质（双绞线和同轴电缆）有着高得多的带宽能力。传输的频率越高，运用塑料光纤的成本就越低。 塑料光纤的切割、布线、粘结、抛光和其他加工容易。由于有较大直径， 塑料光纤安装和与器件、光源、探测器等的连接变得容易和低成本，非专业人士也能胜任这些操作。准备塑料光纤的连接最多不超过1分钟，也不需要特别的工具。即使是最简单的剪刀也可以用来切割塑料光纤。塑料光纤收发模块使用650nm波长的红光，非常安全，使用者可见也容易判断光纤的连接是否成功。另外，塑料光纤的连接对端面藏留的灰尘和碎屑不敏感。 塑料光纤不产生辐射，完全不受电磁干扰和无线电频率干扰以及噪音的影响。 这一点对视频和音频的分流尤为重要，很显然这些干扰和噪音影响图像和服务的品质。塑料光纤可以和铜缆在同一管道里或同一线束并排铺放。塑料光纤不产生噪音，不会对目前的管网产生负面影响。 POF系统的成本低。据说用于家庭消费电子、家庭联网和汽车包括音响、DVD、VCR等的每个连接的成本低于20美金。所以这些器件都可以在一般商店里买到。 通过塑料光纤进行数据传输没有可能被窃听，这样塑料光纤在一些安全程度要求高的场合，就非常适用。 虽然石英光纤广泛用于远距离干线通信和光纤到户，但塑料光纤被称之为“平民化”光纤，理由是塑料光纤、相关的连接器件和安装的总成本比较低。在光纤到户、光纤到桌面整体方案中，塑料光纤是石英光纤的补充，可共同构筑一个全光网络。四、塑料光纤的应用光纤到户（FTTH）和光纤到桌面（FTTD） 家庭和办公室智能网络（三网合一） 90年代开始，通信技术高速发展，移动通信，卫星传输和光纤通信，将通信演变为高速、大容量、数字化和综合的多媒体业务。在ITU-T的推动下，光纤通信的各种标准纷纷制定，如PDH、SDH、DWDM、AN和B-ISDN等。因此，美国首先提出建立国家信息高速公路的构想：国家信息基础建设（NII），之后各国纷纷制定计划，并推出全球的信息技术建设计划（GII）。70年代，光纤网络主要用于市内等大容量业务区，80年代向市外长途干线发展，到90年代逐步向用户方向延伸，即所谓FTTx应用，也就是光纤到路边（FTTC）、至大楼（FTTB）、光纤到公寓（FTTA），和光纤到户（FTTH）。目前也有采用电缆到家庭（如：CABLE MODEM和ADSL技术）的经济方式，光纤到户是指从干网到小区、用户间的最后接入网阶段全部使用光纤，实现语音、数据、广播电视及各类智能化系统功能的一种接入方式，有利于整合网络功能和各种资源。光纤到户正在世界各地得到推广，日本的光纤到户普及率最高，用户去年底已达到250万户，预计今年底将达到400万。美国从2004年底开始发力，截至今年3月线路建设履盖用户160万，实际开通业务接近20万户。以网络游戏领先全球的韩国，同样对光纤到户给予了很高的期望，从2003年起韩国的电信运营商陆续在光纤到户上加大投资，从2005年开始，宽带投资中光纤到户成为主流。韩国政府预测，到2010年，光纤到户家庭普及率将达到70%。欧洲的英国、德国、瑞典等都在加快发展光纤到户。 汽车应用 现代轿车的各种新功能要求快速可靠地传输更大数据量。多媒体汽车意味着常常要在较差的环境中不受干扰地传输视频和音频等信号，国际MOST标准与IDB标准规定使用塑料光纤。塑料光纤汽车网络已经用在级别较高的轿车上，并经受住了长时间的考验。如：戴姆勒克莱斯勒（奔驰）“S级”系列以及宝马的“BMW7”系列等。目前，在欧洲大概有16个车型采用了塑料光纤通信系统。 我国部分车型也开始考虑使用塑料光纤通信系统。根据测试专业之Faztec Optronics宜捷威科技的行销企划报告指出，光通讯之Polymer Optical Fiber塑料光纤于车用电子中已成为汽车零组件发展的新主流，目前使用于车内通讯与车内娱乐视听系统，例如车内电视，车内音响，车内灯具，车内开关之联接线路均陆续改用塑料光纤。随着全球汽车工业配合时代趋势调整内装更改为塑料光纤，预估到2010年时，全球车用电子产品市场规模将达1500亿美元，主要市场仍集中于欧洲、北美、日本等地区，所占比重超过80，而中国大陆是最具发展潜力的新兴市场，近5年来的年复合成长率约维持2成。 消费电子和传感器 塑料光纤在传感器、消费电子领域具有明显的优势，如电脑、视频摄像机、CD-ROM、DVD、VCD、TV、打印机、扫描仪、磁盘和立体声系统等。例如我国DVD行业DVD年产量约为3000万台，用于DVD跳线用的塑料光纤需求量为30000km，价值1200万元；如加工成光缆，价值3000万元，如加工成DVD跳线，价值1.5亿元。考虑到国内主要是把塑料光纤加工成光缆或DVD跳线出口到日本、韩国、台湾、欧美等国家与地区，塑料光纤在国内这方面的市场需求至少有1亿元。 工业控制总线系统 随着计算机和自动控制技术的高速发展，工业自动化水平提高到一个崭新的高度。工业自动化根据其特点和使用方向可分为过程控制自动化、面向生产和制造业的自动化以及自动化测量系统（工业测量仪表）。这些工业自动化系统的建立和发展都有一个共同特点，即由直接控制系统向集散型控制系统发展，而这种集散型控制系统的发展都是以各种工业网络为基础。通过这些形形色色的工业总线系统，各种工业设备构成一个既分散又统一的整体。对POF来说，工业控制总线系统是其最稳定和最大的市场之一。通过转换器，POF可以与RS232、RS422、100Mbps以太网、令牌网等标准协议接口相连，从而在恶劣的工业制造环境中提供稳定、可靠的通信线路，高速传输工业控制信号和指令，避免了因使用全属电缆线路受电磁干扰而导致通信中断的危险。 照明及太阳能利用 塑料光纤在中国的发展中国科学家经过多年努力，终于攻克了从本体聚合法直接生产聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）突变型塑料光纤的技术难关，掌握了批量连续化生产塑料光纤技术。中科院理化技术研究所现已累计生产出数百万米低损耗突变型塑料光纤，破除了日本公司在国际上的垄断地位。 当今信息技术的发展迫切需要信息容量大的光纤材料，对通讯网络带宽的要求越来越高。塑料光纤具有芯径大、质地柔软、联结容易、质量轻、价格便宜、传输带宽大等优点，在宽带接人网系统、家庭智能网络系统、数据传输系统、汽车智能系统、工业控制系统以及纺织、照明、太阳能利用系统等方面的应用市场潜力巨大。五、塑料光纤的未来发展POF具有制造简单、价格便宜、柔韧性好和接续快等优点，其作为一种短距离通信网络的理想传输介质，在未来光纤到户、校园网、计算机局域网、飞机和汽车内部通信网以及多媒体设备中数据、语音和图像的传输中正扮演者非常重要的角色。随着材料制造、光器件研究和实际应用的发展，POF的应用领域越来越广，其市场的发展也越来越广阔。现在，