塑料光纖在短距離通信中的應(yīng)用

        我們知道，在長(zhǎng)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(yùn)用目前卻還很少。但隨著INTENRET數(shù)據(jù)通信、視頻點(diǎn)播、可視電話、電視會(huì)議等多媒體業(yè)務(wù)的迅速擴(kuò)大，對(duì)物理網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(luò)，為用戶提供寬帶高速的信息服務(wù)，從而推動(dòng)了全光交換技術(shù)的不斷發(fā)展。 

        在全光交換網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)石英光纖來(lái)說(shuō)，傳輸帶寬和電磁兼容完全能滿足使用要求，且網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(duì)稱電纜相當(dāng)，在100米范圍內(nèi)傳輸帶寬可達(dá)數(shù)GHz，且易連接，可撓性好、易于彎曲等優(yōu)勢(shì)，盡管目前其系統(tǒng)性能還處于研究或應(yīng)用初期階段，但它在未來(lái)短距離通信中所擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧遣豢珊鲆?，它在價(jià)格及性能上的優(yōu)勢(shì)，使其在網(wǎng)絡(luò)全光化中入戶接入方面的應(yīng)用具有廣泛的前景?！　?

二、塑料光纖及塑料光纖網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)　　 

        目前室內(nèi)短距離信息傳輸媒介或技術(shù)主要有以下幾種： 
        1、以基于銅導(dǎo)體的對(duì)絞線的同軸電纜　　 
        這一種使用成本低且滿足現(xiàn)實(shí)需求而使用最多，但若滿足用戶將來(lái)對(duì)帶寬和速率的更高要求，需要為克服電磁干擾、信息保密、擴(kuò)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(fù)雜的電子裝置而變得很高，綜合競(jìng)爭(zhēng)力降低。 

        2、單模和多模石英光纖　　 
        該種技術(shù)比較成熟，但石英光纖芯徑很細(xì)(-10μm)導(dǎo)致連接困難而成本較高，光電子器件技術(shù)要求高、價(jià)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(dòng)通信等無(wú)線技術(shù)　　 
        此種技術(shù)在目前比較熱鬧門，世界各國(guó)對(duì)移動(dòng)通訊的技術(shù)研究投入很大，技術(shù)也日新月異，相關(guān)產(chǎn)品更新?lián)Q代速度很快，但當(dāng)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸技術(shù)應(yīng)用于象室內(nèi)、交通工具內(nèi)這樣的短距離通訊時(shí)其使用成本就比較高，且電磁干擾問(wèn)題、環(huán)境影響問(wèn)題、傳輸帶寬和速率問(wèn)題，或?yàn)榻鉀Q這些問(wèn)題所必須的高研究成本和昂貴的使用設(shè)備投入等將會(huì)是其在短距離通信中應(yīng)用的主要障礙。從現(xiàn)實(shí)實(shí)用和技術(shù)研究發(fā)展趨勢(shì)看，要克服銅導(dǎo)體和無(wú)線傳輸技術(shù)的缺陷，POF是實(shí)現(xiàn)短距離高速傳輸?shù)膬?yōu)先選擇目標(biāo)?！　?nbsp;

        塑料光纖(POF)與石英光纖相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：　　 
        *模量低，芯徑大(0.3-1.0mm)，接續(xù)時(shí)可使用簡(jiǎn)單的POF連接器，即使是光纖接續(xù)中心對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)生30μm的偏差也不會(huì)影響耦合損耗; 
        *數(shù)值孔徑大(NA0.5左右)，受光角θA可達(dá)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(fèi)用低。
　　 
        POF網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)： 
        *POF對(duì)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(yù)測(cè)，能在電噪聲環(huán)境中使用;　　 
        *其尺寸較長(zhǎng)，可降低接頭設(shè)計(jì)中公差控制的要求，故成網(wǎng)成本較低等?！?br /> 　 
       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(dāng)，但傳輸性能和環(huán)境適當(dāng)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(shè)備和連接器件價(jià)格昂貴。 

        隨著POF制造技術(shù)和原材料制備技術(shù)的不斷進(jìn)步，POF的生產(chǎn)成本還會(huì)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(guó)內(nèi)及國(guó)際的相關(guān)技術(shù)進(jìn)步很快，隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，相信發(fā)送接收器件的成本會(huì)有較大幅度的下降，使POF在接入通信中更具優(yōu)勢(shì)?！　?

三、塑料光纖國(guó)內(nèi)研究進(jìn)程　　 

        塑料光纖的研究始于二十世紀(jì)60年代。1968年美國(guó)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(xué)對(duì)低損耗塑料光纖的制備進(jìn)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(dá)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(dá)135攝氏度，衰減達(dá)450dB/km。
　 
        1990年，日本慶應(yīng)大學(xué)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(shù)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(guò)了GI型石英光纖，并被廣泛認(rèn)為是高速多媒體時(shí)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(chǔ)建立極低成本的用戶網(wǎng)ATM物理層;1997年，日本NEC公司進(jìn)行了155Mbit/s的ATM、LAN的試驗(yàn)。在2000年OFC會(huì)議上，日本ASAHI GLASS公司報(bào)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(dá)100MHz.km。用這種光纖成功地進(jìn)行了50m、2.5Gbit/s的高速傳輸試驗(yàn)和70攝氏度長(zhǎng)期熱老化試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)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?！　?nbsp;

        從國(guó)外的研究發(fā)展來(lái)看，塑料光纖的研究重點(diǎn)主要集中在以下三個(gè)方面：　　 
         *降低光損耗;　　 
        *提高帶寬(由SI型轉(zhuǎn)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(shí)用進(jìn)展為：日本ASAHI GLASS公司2000年7月稱，該公司實(shí)施慶應(yīng)大學(xué)的GI-POF技術(shù)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L(zhǎng)ucina，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(shí)用進(jìn)展為：日本JSR與旭化株式會(huì)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(yù)計(jì)2001年上半年即可供應(yīng)汽車市場(chǎng)?！　?

四、塑料光纖的標(biāo)準(zhǔn)化　
　 
        隨著POF技術(shù)的日趨成熟，產(chǎn)品在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用量不斷擴(kuò)大，人們對(duì)POF的技術(shù)性能及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行了深入的研究，并制訂出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，為塑料光纖的產(chǎn)業(yè)化打下基礎(chǔ)。
　　 
        ATM論壇于1997年5月通過(guò)155Mb/s　POF和硬塑料包層的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：在傳輸距離為50米、用155Mbps速率傳輸時(shí)使用POF，在傳輸距離為100米時(shí)，使用硬塑料包層石英光纖。該標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)全模激勵(lì)時(shí)，傳輸距離為100m時(shí)為20MHz，帶寬特性良好?！　?

五、塑料光纖短距離通信應(yīng)用展望
　　 
        塑料光纖作為短距離通信網(wǎng)絡(luò)的理想傳輸介質(zhì)，在未來(lái)家庭智能化、辦公自動(dòng)化、工控網(wǎng)絡(luò)化。車載機(jī)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(guò)塑料光纖，我們可實(shí)現(xiàn)智能家電(家用PC、HDTV、電話、數(shù)字成象設(shè)備、家庭安全設(shè)備、空調(diào)、冰箱、音響系統(tǒng)、廚用電器等)的聯(lián)網(wǎng)，達(dá)到家庭自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制管理，提高生活質(zhì)量;通過(guò)塑料光纖，我們可實(shí)現(xiàn)辦公設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，如計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)并行處理，辦公設(shè)備間數(shù)據(jù)的高速傳輸可大大提高工作效率，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程辦公等。　
　 
        在低速局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)速率小于100Mbps時(shí)，100米范圍內(nèi)的傳輸用SI型塑料光纖即可實(shí)現(xiàn);150Mbps50米范圍內(nèi)的傳輸可用小數(shù)值孔徑POF實(shí)現(xiàn)。POF在制造工業(yè)中可得到廣泛的應(yīng)用。通過(guò)轉(zhuǎn)換器，POF可以與RS232、RS422、100Mbps以太網(wǎng)、令牌網(wǎng)等標(biāo)準(zhǔn)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(hào)和指令，避免因使用金屬電纜線路而受電磁干擾導(dǎo)致通信傳輸中斷的危險(xiǎn)。
　　 
        POF重量輕且耐用，可以將車載機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，將微型計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備、移動(dòng)電話、傳真等外設(shè)納入機(jī)車整體設(shè)計(jì)中，旅客還可通過(guò)塑料光纖網(wǎng)絡(luò)在座位上享受音樂(lè)、電影、視頻游戲、購(gòu)物、Internet等服務(wù)。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(diǎn)，用于士兵穿戴式的輕型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并能夠插入通信網(wǎng)絡(luò)下載、存儲(chǔ)、發(fā)送、接收關(guān)鍵任務(wù)信息，且在頭盔顯示器中顯示。　　 

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