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1、塑料光纤塑料光纤也称聚合物光纤（POF ），在数据传输 率低和使用的电缆长度不到100m 的某些专门用途中已经使用 30 多年了。由于技术的发展，现在在 宽带高的通信市场，例如工业控制、电信市场和家庭网络中，POF 正被广泛地采用。1.塑料光纤发展受关注自 1970 年美国康宁公司研制出石英 玻璃光导纤维后，同年贝尔又试制成半导体激光器，这两项新技术的结合，开创了光信息传输的新时代。尽管玻璃光纤具有上述一系列优点，但它有一个致命的弱点就是强度低，抗挠曲性能差，而且抗辐射性能也不好。因此，近 20 多年来，科学家们一直没有停止过对塑料光纤的探索。目前，在“光纤到户”的拉动应用下，塑料光纤展现了其
2、巨大的市场潜力。另外，现已应用于汽车、工业总线控制系统、工业电子系统、小型光盘系统和个人计算机中。2.塑料光纤产品研发史塑料光纤的研究始于二十世纪 60 年代。1968 年美国杜邦公司用聚甲基丙烯酸甲酯为芯材制备出塑料光纤，但光损耗较大。1974 年日本三菱人造丝公司以PMMA 和聚苯乙烯为芯材、以低折射率的氟塑料为包层开发出塑料光纤，其光损耗为 3500dB/km，难以用于通信。上世纪 80 年代日本的一些大企业和大学对低损耗塑料光纤的制备进行了大量的研究。1980 年三菱公司以高纯 MMA 单体聚合 PMMA，使塑料光纤损耗下降到100-200dB/km。1983 年 NTT 公司开始用氘
3、取代 PMMA 中的 H 原子，使最低光损耗可达到 20dB/km，并可传输近红外到可见光的光波。近几年来，欧日等国的公司对塑料光纤的研制取得了重要的进展。它们研制成的塑料光纤，光损耗率已降到 259 分贝/公里。其工作波长已扩展到 870 微米(近红外光)，接近石英玻璃光纤的实用水平。美国研制的一种 PFX 塑料系列光纤，有着优异的抗辐照性能。此外，美国麻省波士顿光纤公司研制的 Opti-Giga 塑料光纤更是引人注目，它不仅比玻璃轻、柔性更好、成本更低，而且可在 100 米内以每秒 3兆比特的速度传输数据。这种光纤还可以利用光的折射或光在纤维内的跳跃方式来达到较高的传输速度。现在美欧日已把
4、塑料光纤用于短途传输，如汽车、医疗器械、复印机等。日本对塑料光纤的应用十分重视，早在几年前，NEC、富士通、住友电器工业公司等 45 家光通信、 多媒体产品的生产厂家就联合宣布，将共同实现已在日本开发成功的塑料光纤的实用化。就目前塑料光纤生产量而言，日本也是世界上最大的塑料光纤生产者，然而却是欧洲推动了塑料光纤新应用领域的开发并建立了光纤检验标准。2001 年下半年是欧洲塑料光纤工业发展的重要阶段，在这段时间内建立了欧洲塑料光纤检验和测量的新发展方针。世界上第一个专用塑料光纤应用中心(POFAC)在德国 Nuremberg 落成。德国采用塑料光纤已经研制成功了多媒体总线系统MOST(24Mbi
5、t/s)，并且有几家轿车制造商已把该系统引入到自己的产品上。德国宝马公司(BMW) 在其新的 7 个系列产品中开创了使用 100m 塑料光纤的记录。欧洲 2001 年塑料光纤学术交流会和欧洲光纤通信会议同时在荷兰的阿姆斯特丹举行。德国汽车工业不仅推动了塑料光纤的应用，而且也推动了塑料光纤检验和测量标准的建立。日本也建立了塑料光纤标准，但这些标准对欧洲共同体是无效的。日本工业标准只给出了一种型号塑料光纤的标准，其数值孔径为 0.5，而且只有 650nm 一种波长。该标准没有提及在塑料光纤中的不同激励光条件，也没有规定必须在塑料光纤内形成平衡模分布。3.塑料光纤的优点塑料光纤与玻璃光纤相比，虽透光
6、性差一些，光损耗较大，初期一般为 300 分贝/公里，传输光带狭窄(限于可见光区)，被认为难以适应多媒体通信网的需要，但它具有轻而柔软、抗挠曲、抗冲击强度高、价格便宜、抗辐照、易加工、并能制成大直径(13 毫米，以增大受光角度，扩大使用范围)等一系列优点，所以备受青睐。此外，光通过塑料光纤的中心部分的直径约为 1 毫米，比玻璃光纤大 100 倍，与纤维之间的连接及与个人机等终端装置的连接都十分容易。因此塑料光纤安装费用很低，安装时采用十分简单的对准连接插头即可，这种插头可用现有的技术生产。4.阶跃型塑料光纤（SI-POF ）现今大多数 POF 为阶跃型塑料光纤（ SI-POF）。其塑料光纤包层
7、直径为1mm，光纤芯直径为 980m。一般来说，其光纤芯材料采用聚 甲基丙烯酸酯（PMMA）或丙烯酸树脂，光纤包层材料采用氟化聚合物。 POF 抗冲击强度高，易加工（可用激光刀片来切割，切割端的抛光也不难）。POF 的封接有多种方法，常用的方法是将纤维的端头加热，然后推压成镜面。在光纤连接时，即使纤维两端有点损坏，或者光轴有所偏心，它仍能传输光线。典型的 POF 连接器要比玻璃光纤成本低得多。但是，SI-POF 也有损耗大、带宽窄等缺点，在用 650nm 红色发光二极管（LED）作为光源时，其损耗为 0.150.20dB/m；而它的带宽受制于光纤的数值孔径和其模式色散的作用。因此，多年来 SI
8、-POF 仅适用于传输速率低及连接相对短的场合。5.渐变折射率型光纤（GI-POF ）渐变折射率型光纤（GI-POF）的出现解决了 SI-POF 损耗大、带宽窄的难题，其与 SI-POF 结构的比较如图 1 所示。图 1 SI-POF 与 GI-POF 的结构比较图 图 2 双芯铜绞线、GI-POF 及多模玻璃光纤的传输率与互联距离的比较SI-POF 内部光传输是通过光线在纤芯与包层上折、反射进行的。由于材料的限制（其纤芯与包层的折射率相差不大），使其存在严重的模式色散，而 GI-POF内光的传输成正弦抛物线型，因此模式色散大大降低。目前，GI-POF 长距离传输时的带宽可达 2 G Hzkm
9、。图 2 为双芯铜绞线、GI-POF 及多模玻璃光纤的性能比较。从图 2 中可知 GI-POF 数据传输率可达到玻璃光纤的水平，但其成本更低、性能更优越。 6.POF 的应用家庭网络将成为 POF 的重要市场。现今，人们对高速互联访问的需求越来越高，数字装置也广泛使用，如 DVD 播放器、视频监视系统等。这些都需要一个家庭网络将计算机、打印机、数码相机、音乐录播设备和将来所有的家用电器互相连接起来。使用低成本、高效率的 GI-POF 将是不错的选择。目前，POF 仍然是工厂和有干扰 EMI/BFI 装置环境下低成本、点对点连接的常用选择。在工业控制网络中，数据传输率采用 1216 Mbit/s
10、 的 Profibus 和SERCOS 标准及 100 Mbit/s 的工业以太网标准；将来的发展方向是将以太网与现场总线标准结合起来，并研究传输率达到 G 极的以太网，以进一步降低工厂生产中的制造成本。因此，工业控制网络中将应用性能更优良的 GI-POF。在电信互联的工程中，如采用 GI-POF 就能在通信网络基础设施的建设中使用低成本的网络设备。在与玻璃光纤同时使用时，GI-POF 可采用不太昂贵的信号收发装置与连接器，使采用 GI-POF 的新的互联设备的总成本可以减少到原来的75%，并且在小于 30m 的传输中可达到 10Gbit/s 的速度要求。在今后几年中将可能广泛使用 40Gbi
11、t/s 的光互联系统。这种系统中连接器与收发器个别元件的校准误差只有玻璃纤维直径的 10%（5m ），但使用这样的元件比较昂贵。 180m直径的 POF，其直径是多模玻璃光纤直径的 3 倍，在连接时能承受 85m 的总校准误差，而典型连接中玻璃纤维只能承受 20m 的总校准误差。因此，使用 GI-POF 可在保证传输质量的前提下降低系统中所有元件的成本。POF 的试验设备与玻璃光纤的类似，包括光功率计、660nm 发光稳定光源和一套接口附件。7.塑料光纤发展展望塑料光纤作为短距离通信网络的理想传输介质，在未来家庭智能化、办公自动化、工控网络化。车载机载通信网、军事通信网以及多媒体设备中的数据传
12、输中具有重要的地位。通过塑料光纤，我们可实现智能家电（家用 PC、HDTV、电话、数字成像设备、家庭安全设备、空调、冰箱、音响系统、厨用电器等）的联网，达到家庭自动化和远程控制管理，提高生活质量；通过塑料光纤，我们可实现办公设备的联网，如计算机联网可以实现计算机并行处理，办公设备间数据的高速传输可大大提高工作效率，实现远程办公等。在低速 局域网的数据速率小于 100Mbps 时，100 米范围内的传输用 SI 型塑料光纤即可实现 ；150Mbps50 米范围内的传输可用小数值孔径 POF 实现。 POF 在制造工业中可得到广泛的应用。通过转换器，POF 可以与RS232、RS422、100Mb
13、ps 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。能够高速地传输工业控制信号和指令，避免因使用金属电缆线路而受电磁干扰导致通信传输中断的危险。随着科技的发展，塑料光纤的应用领域越来越广，其市场的发展会越来越广阔。国外在塑料光纤的应用开发上已取得了较大的成果，且不断在加大新的应用研究投入，韩国、我国以及台湾地区已经有厂商开始投入研发生产，因此产业界更应就塑料光纤的研究和发展予以密切注视。塑料光纤产品发展简述02-15-2003本站摘编 摘要：自 1970 年美国康宁公司研制出石英玻璃光导纤维后，同年贝尔又试制成半导体激光器，这两项新技术的结合，开创了光信
14、息传输的新时代。尽管玻璃光纤具有上述一系列优点，但它有一个致命的弱点就是强度低，抗挠曲性能差，而且抗辐射性能也不好。因此，近 20 多年来，科学家们一直没有停止过对塑料光纤的探索。目前，在“光纤到户”的拉动应用下，塑料光纤展现了其巨大的市场潜力，本文将简述这一发展，以求对该产品的初步认识。 关键词：塑料光纤光纤光缆光通讯 POF 一、前言 自从业界开创了光纤通讯技术以来，大至归纳，光纤通讯比传统的电铜通讯有 3 大优点：一是通信容量大；二是抗电磁干扰、保密性能较好；三是重量轻，并可节省大量的铜，如铺设 1000 公里长的 8 芯光缆比铺设同样长度的 8 芯电缆可节省 1100 吨铜，3700
15、吨铅。因此光纤光缆一经问世就受到通信业界的欢迎，带来了通讯领域的革命以及一轮投资发展热潮。 尽管玻璃光纤具有上述一系列优点，但它有一个致命的弱点就是强度低，抗挠曲性能差，而且抗辐射性能也不好。因此，近 20 多年来，业界一直没有停止过对光纤其他材料的代用研发，其中对塑料光纤的研发是目前业界最为感兴趣的研究领域之一，目前已经取得较大进展，已经有商用产品面世，现已广泛应用于汽车、CD 播放机、工业电子系统、小型光盘系统和个人计算机中。今后还会有许多领域将使用塑料光纤，诸如传感器、光子晶体光纤等。 二、塑料光纤的优点 塑料光纤与玻璃光纤相比，虽透光性差一些，光损耗较大，初期一般为 300 分贝公里，
16、传输光带狭窄(限于可见光区)，被认为难以适应多媒体通信网的需要，但它具有轻而柔软、抗挠曲、抗冲击强度高、价格便宜、抗辐照、易加工、并能制成大直径(13 毫米，以增大受光角度，扩大使用范围)等一系列优点，所以备受青睐。此外，光通过塑料光纤的中心部分的直径约为 1 毫米，比玻璃光纤大100 倍，与纤维之间的连接及与个人机等终端装置的连接都十分容易。因此塑料光纤安装费用很低，安装时采用十分简单的对准连接插头即可，这种插头可用现有的技术生产。 三、塑料光纤产品研发简述 塑料光纤的研究始于二十世纪 60 年代。1968 年美国杜邦公司用聚甲基丙烯酸甲酯为芯材制备出塑料光纤，但光损耗较大。1974 年日本三菱人造丝公司以 PMMA 和聚苯乙烯为芯材、以低折射率的氟塑料为包层开发出塑料光纤，其光损耗为 3500dB/km，难以用于通信。 80 年代日本的一些大企业和大学对低损耗塑料光纤的制备进行了大量的研究。1980 年三菱公司以高纯 MMA 单体聚合 PMMA，使塑料光纤损耗下降到 100-200dB/km。1983
