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POF (塑料光纤)


POF

 

(塑料光纤)

 

塑料光纤,Plastic Optical Fiber。塑料光纤(POF)是由高透明聚合物如聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)作为芯层材料,PMMA、氟塑料等作为皮层材料的一类光纤(光导纤维)。不同的材料具有不同的光衰减性能和温度应用范围。
概述
目前,通信光缆所用的光纤,基本上都是采用石英光纤,由高纯度二氧化硅SiO2加入适量掺杂剂组成的。近年来,还逐步开发出塑料光纤(POF),它是用一种透光聚合物制成的光纤。因为可以利用聚合物成熟的简单拉制工艺,故成本比较低,且比较柔软,坚固,直径较大(约达1mm),接续损耗较低。
制作POF主要的材料有两类:一类是聚甲基丙烯酸甲酯聚合物PMMA(Polymer Polymethylmethacrylate);另一类是含氟聚合物(Perfluorinated polymers )。
塑料光纤不但可用于接入网的最后100~1000米,也可以用于各种汽车、飞机、等运载工具上,是优异的短距离数据传输介质。
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Ghz·km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8~20倍。粗的塑料光纤的连接比石英光纤要容易得很多。
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
塑料光纤的应用
1) 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)
2) 汽车应用
3) 消费电子和传感器
4) 工业控制总线系统
5) 照明及太阳能利用
(1)室内装饰
(2)水景照明
(3)城市建筑
(4)园林绿化
(5)道路照明
(6)溶洞照明
(7)古建筑物及文物照明
(8)易燃易爆场合
(9)太阳光的利用
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醋(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。
近几年全球塑料光纤的需求量迅速增加,2005年国际上PMMA塑料光纤销售额已经达到数十亿美元。而适用于数据传输的低损耗PMMA塑料光纤,目前只有日本三菱公司能够生产,每年我国均从日本进口大量的PMMA塑料光纤。
该项目负责人甄珍和刘新厚研究员介绍,中科院理化所掌握了从原材料提纯、经本体聚合直接拉制光纤整套技术。其核心技术是高纯度光纤级PMMA光学模塑料(芯层材料)以及皮层材料的制备技术。在研制过程中,中国科学院理化技术所先后开发了具有自主知识产权的单分子扩散转移原料提纯新技术,平推式薄层管式与双螺杆复合系统的本体聚合制备高纯度光纤级PMMA原料以及与之相配套的包层材料技术,并成功地解决了产业化的相关问题。
目前该所已研制成功日产10万米PMMA塑料光纤的全自动流水线,连续数月稳定生产出光衰减在170-200dB/km的PMMA光纤,累计生产出数百万米低损耗塑料光纤,表明这一产业化技术已经成熟。同时,该所还具备批量生产光衰减为150dB/km的阶跃型PMMA光纤潜能,产品技术指标达到国际同类产品的最好水平。低衰减PMMA光纤连续化批量生产技术的问世,标志我国在该领域跻身世界先进行列。
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。
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