塑料光纖發(fā)展受關(guān)注
時(shí)間:2005-08-12
中國塑料光纖產(chǎn)業(yè)2004論壇于今年7月17日-18日在上海舉行，來自中國和美國的代表參加了論壇，再論壇研討的項(xiàng)目中，內(nèi)容涉及塑料光纖研究和工業(yè)制備、光電子器件的研發(fā)、塑料光纖的應(yīng)用等方面，會(huì)議代表就塑料光纖的未來發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域表示看好。那么，關(guān)于塑料光纖，我們了解的有多少呢？
自1970年美國康寧公司研制出石英玻璃光導(dǎo)纖維后，同年貝爾又試制成半導(dǎo)體激光器，這兩項(xiàng)新技術(shù)的結(jié)合，開創(chuàng)了光信息傳輸?shù)男聲r(shí)代。盡管玻璃光纖具有上述一系列優(yōu)點(diǎn)，但它有一個(gè)致命的弱點(diǎn)就是強(qiáng)度低，抗撓曲性能差，而且抗輻射性能也不好。因此，近20多年來，科學(xué)家們一直沒有停止過對(duì)塑料光纖的探索。目前，在“光纖到戶”的拉動(dòng)應(yīng)用下，塑料光纖展現(xiàn)了其巨大的市場潛力，本文將簡述這一發(fā)展，以求對(duì)該產(chǎn)品的初步認(rèn)識(shí)。
顧名思義，塑料光纖指構(gòu)成光纖的芯與包層都是塑料材料。與大芯徑50/125μm和62.5/125μm的石英玻璃多模光纖相比，塑料光纖的芯徑高達(dá)200-1000μm，其接續(xù)時(shí)可使用不帶光纖定位套筒的便宜注塑塑料連接器，即便是光纖接續(xù)中芯對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)生±30μm偏差都不會(huì)影響耦合損耗。正是塑料光纖結(jié)構(gòu)賦予了其施工快捷，接續(xù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。另外，芯徑100μm或更大則能夠消除在石英玻璃多模光纖中存在的模間噪音。
塑料光纖產(chǎn)品研發(fā)史
塑料光纖的研究始于二十世紀(jì)60年代。1968年美國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。
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。
近幾年來，歐日等國的公司對(duì)塑料光纖的研制取得了重要的進(jìn)展。它們研制成的塑料光纖，光損耗率已降到25～9分貝/公里。其工作波長已擴(kuò)展到870微米(近紅外光)，接近石英玻璃光纖的實(shí)用水平。美國研制的一種PFX塑料系列光纖，有著優(yōu)異的抗輻照性能。此外，美國麻省波士頓光纖公司研制的Opti-Giga塑料光纖更是引人注目，它不僅比玻璃輕、柔性更好、成本更低，而且可在100米內(nèi)以每秒3兆比特的速度傳輸數(shù)據(jù)。這種光纖還可以利用光的折射或光在纖維內(nèi)的跳躍方式來達(dá)到較高的傳輸速度?，F(xiàn)在美歐日已把塑料光纖用于短途傳輸，如汽車、醫(yī)療器械、復(fù)印機(jī)等。
日本對(duì)塑料光纖的應(yīng)用十分重視，早在幾年前，NEC、富士通、住友電器工業(yè)公司等45家光通信、多媒體產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家就聯(lián)合宣布，將共同實(shí)現(xiàn)已在日本開發(fā)成功的塑料光纖的實(shí)用化。就目前塑料光纖生產(chǎn)量而言，日本也是世界上最大的塑料光纖生產(chǎn)者，然而卻是歐洲推動(dòng)了塑料光纖新應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)并建立了光纖檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。2001年下半年是歐洲塑料光纖工業(yè)發(fā)展的重要階段，在這段時(shí)間內(nèi)建立了歐洲塑料光纖檢驗(yàn)和測量的新發(fā)展方針。世界上第一個(gè)專用塑料光纖應(yīng)用中心(POFAC)在德國Nuremberg落成。德國采用塑料光纖已經(jīng)研制成功了多媒體總線系統(tǒng)MOST(24Mbit/s)，并且有幾家轎車制造商已把該系統(tǒng)引入到自己的產(chǎn)品上。德國寶馬公司(BMW)在其新的7個(gè)系列產(chǎn)品中開創(chuàng)了使用100m塑料光纖的記錄。歐洲2001年塑料光纖學(xué)術(shù)交流會(huì)和歐洲光纖通信會(huì)議同時(shí)在荷蘭的阿姆斯特丹舉行。德國汽車工業(yè)不僅推動(dòng)了塑料光纖的應(yīng)用，而且也推動(dòng)了塑料光纖檢驗(yàn)和測量標(biāo)準(zhǔn)的建立。
日本也建立了塑料光纖標(biāo)準(zhǔn)，但這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)歐洲共同體是無效的。日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)只給出了一種型號(hào)塑料光纖的標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)值孔徑為0.5，而且只有650nm一種波長。該標(biāo)準(zhǔn)沒有提及在塑料光纖中的不同激勵(lì)光條件，也沒有規(guī)定必須在塑料光纖內(nèi)形成平衡模分布。
塑料光纖的優(yōu)點(diǎn)
塑料光纖與玻璃光纖相比，雖透光性差一些，光損耗較大，初期一般為300分貝/公里，傳輸光帶狹窄(限于可見光區(qū))，被認(rèn)為難以適應(yīng)多媒體通信網(wǎng)的需要，但它具有輕而柔軟、抗撓曲、抗沖擊強(qiáng)度高、價(jià)格便宜、抗輻照、易加工、并能制成大直徑(1～3毫米，以增大受光角度，擴(kuò)大使用范圍)等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以備受青睞。此外，光通過塑料光纖的中心部分的直徑約為1毫米，比玻璃光纖大100倍，與纖維之間的連接及與個(gè)人機(jī)等終端裝置的連接都十分容易。因此塑料光纖安裝費(fèi)用很低，安裝時(shí)采用十分簡單的對(duì)準(zhǔn)連接插頭即可，這種插頭可用現(xiàn)有的技術(shù)生產(chǎn)。
發(fā)展展望
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)以及多媒體設(shè)備中的數(shù)據(jù)傳輸中具有重要的地位。
通過塑料光纖，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)。
隨著科技的發(fā)展，塑料光纖的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，其市場的發(fā)展會(huì)越來越廣闊。國外在塑料光纖的應(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，韓國、我國以及臺(tái)灣地區(qū)已經(jīng)有廠商開始投入研發(fā)生產(chǎn)，因此產(chǎn)業(yè)界更應(yīng)就塑料光纖的研究和發(fā)展予以密切注視。
