POF塑膠光纖

塑膠光纖，Plastic Optical Fiber。塑膠光纖（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）作為芯層材料，PMMA、氟塑膠等作為皮層材料的一類光纖（光導纖維）。不同的材料具有不同的光衰減性能和溫度套用範圍。

基本介紹

目前，通信光纜所用的光纖，基本上都是採用石英光纖，由高純度二氧化矽SiO2加入適量摻雜劑組成的。近年來，還逐步開發出塑膠光纖（POF），它是用一種透光聚合物製成的光纖。因為可以利用聚合物成熟的簡單拉制工藝，故成本比較低，且比較柔軟，堅固，直徑較大（約達1mm），接續損耗較低。

製作POF主要的材料有兩類：一類是聚甲基丙烯酸甲酯聚合物PMMA（Polymer Polymethylmethacrylate）；另一類是含氟聚合物（Perfluorinated polymers ）。

塑膠光纖目前已廣泛套用於各種領域，包括網路傳輸，工業工作系統、汽車多媒體、消費電子、照明和太陽能利用等。

性能指標

1、衰減

塑膠光纖的衰減主要取決於所選用的材料的散射損耗和吸收損耗。要想作為通信級塑膠光纖，一個最基本要求就是PMMA塑膠光纖的衰減要低最好是小於180dB/km。

2、頻寬

梯度型塑膠光纖是折射率呈梯度分布的光纖，其折射率由芯至包層逐漸降低。只要所形成的梯度折射率分布適宜，便可獲得抑制模色散，保持大的數據孔徑，控制出射光波相對於入射光波展寬的效果。如折射率分布妥當，那么材料色散就成為決定傳輸頻寬的主要因素。只要在選擇時充分注意材料色散，欲製得頻寬為數Ghz·km是完全可行的。

3、耐熱性

最重要的是，塑膠光纖的耐熱性主要由其成分性能決定。耐熱性好的材料成分，決定塑膠光纖具有比較好的耐熱性。判斷材料耐熱性的指標有玻璃化溫度、維卡軟化點、熱變形溫度等指標。

4、連線性

通信塑膠光纖多採用直徑1mm的光纖，是石英光纖的8～20倍。粗的塑膠光纖的連線比石英光纖要容易得很多。

優勢

塑膠光纖質輕、柔軟，更耐破壞（振動和彎曲）。塑膠光纖有著優異的拉伸強度、耐用性和占用空間小的特點。這些優點使得塑膠光纖在汽車中成功套用尤為重要。一個典型的豪華車內部至少由幾公里的銅線和銅纜，重量和成本大為增加。飛機、火車和其他所有交通工具莫不如此。

由於塑膠光纖的大直徑和數值孔徑，光傳導能力大。塑膠光纖比銅類傳輸介質（雙絞線和同軸電纜）有著高得多的頻寬能力。傳輸的頻率越高，運用塑膠光纖的成本就越低。

塑膠光纖的切割、布線、粘結、拋光和其他加工容易。由於有較大直徑， 塑膠光纖安裝和與器件、光源、探測器等的連線變得容易和低成本，非專業人士也能勝任這些操作。準備塑膠光纖的連線最多不超過1分鐘，也不需要特別的工具。即使是最簡單的剪刀也可以用來切割塑膠光纖。塑膠光纖收發模組使用650nm波長的紅光，非常安全，使用者可見也容易判斷光纖的連線是否成功。另外，塑膠光纖的連線對端面藏留的灰塵和碎屑不敏感。

塑膠光纖不產生輻射，完全不受電磁干擾和無線電頻率干擾以及噪音的影響。 這一點對視頻和音頻的分流尤為重要，很顯然這些干擾和噪音影響圖像和服務的品質。塑膠光纖可以和銅纜在同一管道里或同一線束並排鋪放。塑膠光纖不產生噪音，不會對目前的管網產生負面影響。

POF系統的成本低。據說用於家庭消費電子、家庭聯網和汽車包括音響、DVD、VCR等的每個連線的成本低於20美金。所以這些器件都可以在一般商店裡買到。

通過塑膠光纖進行數據傳輸沒有可能被竊聽，這樣塑膠光纖在一些安全程度要求高的場合，就非常適用。

雖然石英光纖廣泛用於遠距離幹線通信和光纖到戶，但塑膠光纖被稱之為“平民化”光纖，理由是塑膠光纖、相關的連線器件和安裝的總成本比較低。在光纖到戶、光纖到桌面整體方案中，塑膠光纖是石英光纖的補充，可共同構築一個全光網路。

套用

光纖到戶（FTTH）和光纖到桌面（FTTD）

家庭和辦公室智慧型網路（三網合一）

90年代開始，通信技術高速發展，移動通信，衛星傳輸和光纖通信，將通信演變為高速、大容量、數位化和綜合的多媒體業務。在ITU-T的推動下，光纖通信的各種標準紛紛制定，如PDH、SDH、DWDM、AN和B-ISDN等。因此，美國首先提出建立國家信息高速公路的構想：國家信息基礎建設（NII），之後各國紛紛制定計畫，並推出全球的信息技術建設計畫（GII）。70年代，光纖網路主要用於市內等大容量業務區，80年代向市外長途幹線發展，到90年代逐步向用戶方向延伸，即所謂FTTx套用，也就是光纖到路邊（FTTC）、至大樓（FTTB）、光纖到公寓（FTTA），和光纖到戶（FTTH）。目前也有採用電纜到家庭（如：CABLE MODEM和ADSL技術）的經濟方式，光纖到戶是指從乾網到小區、用戶間的最後接入網階段全部使用光纖，實現語音、數據、廣播電視及各類智慧型化系統功能的一種接入方式，有利於整合網路功能和各種資源。光纖到戶正在世界各地得到推廣，日本的光纖到戶普及率最高，用戶去年底已達到250萬戶，預計今年底將達到400萬。美國從2004年底開始發力，截至今年3月線路建設履蓋用戶160萬，實際開通業務接近20萬戶。以網路遊戲領先全球的韓國，同樣對光纖到戶給予了很高的期望，從2003年起韓國的電信運營商陸續在光纖到戶上加大投資，從2005年開始，寬頻投資中光纖到戶成為主流。韓國政府預測，到2010年，光纖到戶家庭普及率將達到70%。歐洲的英國、德國、瑞典等都在加快發展光纖到戶。

光纖到戶代表著一個國家寬頻的未來，對光器件、光纖光纜等行業有很大的促進作用，我國信息產業部已開始制定FTTH的有關標準，專家預測國內FTTH市場將在2006年全面啟動並進入大規模建設期，北京、長沙、武漢已開始了FTTH試點，如武漢市已搭建國內首個光纖到戶試點平台，已建成和在建的光纖到戶項目近10個，用戶規模約為5000戶，預計2006年至2007年用戶將達到5萬戶。目前國內已有2500萬寬頻用戶，到2007年每年還將新增1200萬用戶，如果有20%左右的用戶採用FTTH將形成800億元左右的FTTH設備市場規模，年運營業務收入將達180億元以上。據國家信息產業部電信研究院信息所的統計和預測，未來5-10年內，全球的光纖接入市場將迅速增長，用於光纖到戶的資本將從今年的50億美元增長到228億美元，其中亞太地區的資本支出為120億美元。中國和印度將成為發展最快的國家，估計中國的光纖到戶投資將占亞太地區的1/3。

另外，我國一些城市相繼提出了升級電信網路、加快光纖到戶步伐的目標。北京奧運會組委會宣布，2008年前將投資66億美元擴展和升級電信網路，上海也提出2010年前電信營業收入由現在的100多億元增至435億元，再加上我國設施落後的西部在大開發過程中也將加快信息化步伐，這些都為光纖到戶的市場空間提供了現實依據。

目前，“三網融合”“光進銅退”的大趨勢，更成為塑膠光纖發展的契機。

汽車套用

現代轎車的各種新功能要求快速可靠地傳輸更大數據量。多媒體汽車意味著常常要在較差的環境中不受干擾地傳輸視頻和音頻等信號，國際MOST標準與IDB標準規定使用塑膠光纖。塑膠光纖汽車網路已經用在級別較高的轎車上，並經受住了長時間的考驗。如：戴姆勒－克萊斯勒（賓士）“S級”系列以及寶馬的“BMW7”系列等。目前，在歐洲大概有16個車型採用了塑膠光纖通信系統。

我國部分車型也開始考慮使用塑膠光纖通信系統。根據測試專業之Faztec Optronics宜捷威科技的行銷企劃報告指出，光通訊之Polymer Optical Fiber塑膠光纖於車用電子中已成為汽車零組件發展的新主流，目前使用於車內通訊與車內娛樂視聽系統，例如車內電視，車內音響，車內燈具，車內開關之聯接線路均陸續改用塑膠光纖。隨著全球汽車工業配合時代趨勢調整內裝更改為塑膠光纖，預估到2010年時，全球車用電子產品市場規模將達1500億美元，主要市場仍集中於歐洲、北美、日本等地區，所占比重超過80%，而中國大陸是最具發展潛力的新興市場，近5年來的年複合成長率約維持2成。

消費電子和感測器

塑膠光纖在感測器、消費電子領域具有明顯的優勢，如電腦、視頻攝像機、CD-ROM、DVD、VCD、TV、印表機、掃瞄器、磁碟和立體聲系統等。例如我國DVD行業DVD年產量約為3000萬台，用於DVD跳線用的塑膠光纖需求量為30000km，價值1200萬元；如加工成光纜，價值3000萬元，如加工成DVD跳線，價值1.5億元。考慮到國內主要是把塑膠光纖加工成光纜或DVD跳線出口到日本、韓國、台灣、歐美等國家與地區，塑膠光纖在國內這方面的市場需求至少有1億元。

工業控制匯流排系統

隨著計算機和自動控制技術的高速發展，工業自動化水平提高到一個嶄新的高度。工業自動化根據其特點和使用方向可分為過程控制自動化、面向生產和製造業的自動化以及自動化測量系統（工業測量儀表）。這些工業自動化系統的建立和發展都有一個共同特點，即由直接控制系統向集散型控制系統發展，而這種集散型控制系統的發展都是以各種工業網路為基礎。通過這些形形色色的工業匯流排系統，各種工業設備構成一個既分散又統一的整體。對POF來說，工業控制匯流排系統是其最穩定和最大的市場之一。通過轉換器，POF可以與RS232、RS422、100Mbps乙太網、令牌網等標準協定接口相連，從而在惡劣的工業製造環境中提供穩定、可靠的通信線路，高速傳輸工業控制信號和指令，避免了因使用全屬電纜線路受電磁干擾而導致通信中斷的危險。

照明及太陽能利用

由於塑膠光纖照明和其它方式相比具有獨特優點，所以它已廣泛地套用於各種場合，並在不斷地推廣中。現將目前國內套用情況和場合簡述如下：

（1）室內裝飾

在室內裝飾中，用側發光光纖來構成輪廊線條，光照均勻、顏色柔和，給人一種和諧幸福的感覺；細端光的合理利用，在家裡營造出浪漫溫馨的氣息，在自己的家裡也如同沐浴酒吧的感覺。在酒店大廳中，安裝流星光纖製作的水晶吊燈，通過各種色彩和亮點的變化，更顯得華麗別致，給人耳目一新的感覺；在KTV包房和演藝大廳裡面，利用端光光纖，拼組成具有藝術效果的圖案，同時還可以利用端光光纖吊頂，可模擬星空效果，忽明忽暗，使人有無限的太空遐想。

（2）水景照明

水景離開了照明就失去了迷人的景色。而普通照明又給遊人帶來危險的隱患，我們遊覽水景時，通常都可以看見“請勿戲水，小心有電”等字樣，無疑給我們的遊覽帶來點點遺憾。由於光纖照明實現了光電分離，用光纖照明作為水景的點綴，不但顏色鮮艷新穎，而且絕對安全可靠，實屬最佳搭配。 光纖照明除了針對水體照明時，使水色更為艷麗動人外，也可用側光光纖來構成水池的輪廊線。使垂直的彩色水姿與橫向的水池輪廓，形成協調的線條美。

（3）城市建築

在燈光工程中，用側發光光纖來構成建築輪廓線是最常見套用實例。特別是對一個城市的形象建築，以多彩的線條把建築輪廓在夜色中顯得更蔚蔚壯觀。同時光纖使用壽命很長，屬於免維護產品，大大減低了運營費用。另外，可以改變光纖裝飾照明的光色，使建築物輪廓的色彩隨季節或氣候而變化，給人們一種人性化的感覺。

（4）園林綠化

在園林綠化中，用端發光光纖來作亭院燈、地埋燈，使綠地、道路在照明的同時也有色彩變化。

（5）道路照明

在景觀道路上，裝上星星點點的端發光光纖，成為光纖甬道，更增加了景觀的趣味性，同時可以將流星光纜平鋪於地面，人們走在上面如同在光色中浮游，給遊玩的人們無窮的遐想。

（6）溶洞照明

溶洞是一種自然景觀，由於它沒有陽光照射，全靠燈光來展現它的風采。多變的光色和柔性的光纖，對無規則溶石和湖岸更顯出它的有用武之地，使溶洞的景色更迷人。而最重要的是清除了對遊客的不安全隱患。

（7）古建築物及文物照明

在一般的燈光照射下，因紫外光的作用，使圖書文物、木結構等建築物加速老化。同時有電會造成大火的危險。而用光纖照明，既安全又能達到理想的藝術效果。

（8）易燃易爆場合

在油庫、礦區等嚴禁火種入內的危險場合中。套用其他各種照明都有明火的隱患。如不小心就會釀成大禍。從安全形度看，因光與電分開，所以光纖照明應是一種最理想的照明。

（9）太陽光的利用

在我們常見的太陽能利用中，都是把太陽光轉換為熱能或電能，而光纖可將太陽光直接加以利用，用來改善居室照明，對於陰暗的地下室、隧道，採用光纖照明，可讓永遠見不到陽光的地方能重見光明。

中國的發展

中國科學家經過多年努力，終於攻克了從本體聚合法直接生產聚甲基丙烯酸甲醋（PMMA）突變型塑膠光纖的技術難關，掌握了批量連續化生產塑膠光纖技術。中科院理化技術研究所現已累計生產出數百萬米低損耗突變型塑膠光纖，破除了日本公司在國際上的壟斷地位。

近幾年全球塑膠光纖的需求量迅速增加，2005年國際上PMMA塑膠光纖銷售額已經達到數十億美元。而適用於數據傳輸的低損耗PMMA塑膠光纖，目前只有日本三菱公司能夠生產，每年我國均從日本進口大量的PMMA塑膠光纖。

該項目負責人甄珍和劉新厚研究員介紹，中科院理化所掌握了從原材料提純、經本體聚合直接拉制光纖整套技術。其核心技術是高純度光纖級PMMA光學模塑膠（芯層材料）以及皮層材料的製備技術。在研製過程中，中國科學院理化技術所先後開發了具有自主智慧財產權的單分子擴散轉移原料提純新技術，平推式薄層管式與雙螺桿複合系統的本體聚合製備高純度光纖級PMMA原料以及與之相配套的包層材料技術，並成功地解決了產業化的相關問題。

目前該所已研製成功日產10萬米PMMA塑膠光纖的全自動流水線，連續數月穩定生產出光衰減在170-200dB/km的PMMA光纖，累計生產出數百萬米低損耗塑膠光纖，表明這一產業化技術已經成熟。同時，該所還具備批量生產光衰減為150dB/km的階躍型PMMA光纖潛能，產品技術指標達到國際同類產品的最好水平。低衰減PMMA光纖連續化批量生產技術的問世，標誌我國在該領域躋身世界先進行列。

當今信息技術的發展迫切需要信息容量大的光纖材料，對通訊網路頻寬的要求越來越高。塑膠光纖具有芯徑大、質地柔軟、聯結容易、質量輕、價格便宜、傳輸頻寬大等優點，在寬頻接人網系統、家庭智慧型網路系統、數據傳輸系統、汽車智慧型系統、工業控制系統以及紡織、照明、太陽能利用系統等方面的套用市場潛力巨大。