POF(塑膠光纖)

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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。

概述
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 )。
塑膠光纖不但可用於接入網的最後100~1000米,也可以用於各種汽車、飛機、等運載工具上,是優異的短距離數據傳輸介質。
主要性能指標
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人射光波展寬的效果。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。
塑膠光纖的優勢
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
塑膠光纖的套用
1) 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)
2) 汽車套用
3) 消費電子和感測器
4) 工業控制匯流排系統
5) 照明及太陽能利用
(1)室內裝飾
(2)水景照明
(3)城市建築
(4)園林綠化
(5)道路照明
(6)溶洞照明
(7)古建築物及文物照明
(8)易燃易爆場合
(9)太陽光的利用
塑膠光纖在中國的發展
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。

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