通信用塑料光纤及其在FTTH中的应用

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工程应用 IP O E TA P IA IN R J C P LC TO

武汉邮电科学研究院

彭阳峰，李川兵，屠葳

摘要：概述了塑料光纤的研究历史和应用现状，介绍了塑料光纤在高速率、短距离通信网络中的优势。重点研究了塑料光纤损耗和带宽的通信性能，以及通过对目前在网络中主要使用的金属电缆和石英光纤这两种传输介质的分析研究，得出了塑料光纤在F T网络中应用的前景，并构建出相应的网络结构图。 TH 关键词：塑料光纤；F T;性能；应用 TH

引言随着信息时代的到来，各种通

纤同时还兼有抗弯曲、耐震动、施工方便、重量轻和节约资源等优点， 非常适合在连接点较多的局域网中应用。这些充分显示了塑料光纤的

布研制出第一根高速率GI P F, O在波长处其带宽距离积为30MHz· 0

K m。1 9年， 9 4小池康博等报道了用红外激光器在 1 0 m长的GI P上 0 OF进行了2 5 bt s .G i的传输试验。19 / 96

信技术日新月异，Itr e、可视电 nen t话、电视会议、视频点播、家庭办

魅力和应用前景。因此，在F TH T 的应用中，随着塑料光纤损耗的降低， 它将取代传统的双绞线、同轴电缆和石英多模光纤而有着巨大的市场潜力。

公等多媒体通信促进了光通信的飞速发展。今天，光纤到家庭 (硎 )

年，日本庆应大学宣布研制出第一根全氟化G P I OF ( 10 n在 0 m处损 3耗为5 d/ 0 B Km),同年，有研究表明全氟化G P F I O在波长为 l0 n 0 m 3处的损耗仅为0 3 B Km。l 9年 .d/ 99

是这一领域的研究热点。虽然石英光纤是通信中的理想传输介质，但是其纤心细，对接技术要求高、难度大，而且柔韧性差，在拐角处易受损坏。因此对于距离短、接点多、

塑料光纤的研究历程塑料光纤的研究已有 3多年的 0历史。最早研究塑料光纤的是美国 的杜邦公司，它于 16年开发出了 98

美国贝尔实验室在氟化G P上 I OF进行了l G i s 1 bt的数据传输试验，/所用的波长为8 0 m￣1 1r 3n 3 0 m。2 0 i 01年，日本庆应大学利用氟化的G O, I F P在

10 .~1 3 . m波长处，以几个

拐角多的 F H用户成本要求很高， TT这是制约 F TH能够得到大面积推 T广的关键因素。

塑料光纤 ( OF P )制造技术的成熟和性能的改善为F TH的普及 T带来了福音。塑料光纤是由高折射率的高聚物芯层和低折射率的高聚物包层制成的光导纤维。跟石英光纤相比，塑料光纤不但在性能上与现存的石英多模光纤完全接近，而

第一根聚甲基丙烯酸甲 (MMA) P 阶跃型塑料光纤 (I P ),损耗 S OF大约为 1 0 d/ 0 0 B KM。1 8年， 92日本庆应大学研制出第一根渐变折射率

G i/速率进行试验，传输距离可 bts以达到 10 0 m左右。

二、塑料光纤的通信性能研究同其它通信介质一样，表征塑料

光纤 ( I P )。同年，N T G OF T公司研制出第一根全氘化P MMA(MMA— Pd )I O,它在6 0 m波长处的损 8 P F s 5n耗仅仅为 2 d/ K。由于这些塑 0B m

且塑料光纤数值孔径 ( NA约为0 3 .-

光纤性能的主要指标有：损耗、色散和带宽及相关的化学性质，如工作温度。本文只讨论塑料光纤在通信方面的性能。

05 .)和芯径 (大约为05 .h .~1 m) O

料光纤绝大多数是大数值孔径的阶跃型塑料光纤，色散较大，带宽距离积较小，不能满足通信的应用。

均比石英光纤大，连接方便且在 10 0~

l 0 m范围内带宽可达数GHz 00,

成本却与电缆相当。此外，塑料光

19年日本庆应大学小池康博宣 90

1、塑料光纤的传输损耗

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I IE O TC O M NC TO雹田 B R P ISC M U IA I N F

表 1塑料光纤损耗分析表

损耗类型吸收损耗

损耗原因大分子脂基团中轨道之间的跃迁材料电子能级之间发生跃迁过渡金属离子等杂质纤芯与包层间的粘合缺陷、尘埃等

改善办法利用较重的氘或氟代替氢，降低吸收不可改善通过改进制造工艺改善，但不能消除通过改进制造工艺改善，但不能消除通过改进制造工艺改善，但不能消除不可改善

散射损耗

纤芯直径的不均匀、弯曲等瑞利散射

图1P MMA、D P - MMA、C T￣石英光纤的传输

损耗谱分析图 Y OP D

坡 - N: (nm,

根据损耗的机理不同，塑料光纤氘原子或者氟原子来取代普通塑料所以光谱的不同成分以不同的速度的损耗主要分为吸收损耗和散射损耗。光纤中的氢原子后的损耗光谱图。

传输，从而引起光脉冲的展宽。波

吸收损耗主要有光纤中大分子脂基团 C—H、 N—H和 O—H之间轨

2、塑料光纤的带宽研究

导色散是由波长对每个模传输速率

光纤通信系统中的信息主要是以的作用不同而产生的，是它对在多但

道的跃迁引起的。另外芯材中的过光脉冲形式在光纤中传输，光脉冲模光纤色散的影响不大。虽然可以渡金属和杂质在可见光区引起的吸经过光纤传输后会发生时间展宽，

通过减 tS OF b I P的数值孔径来提高

收损耗也是十分明显的。散射损耗即称为时间色散，简称色散。任何其带宽距离积，但是效果不明显 (一产生的原因比较复杂，主要有波导光纤通信链路中色散是决定光纤传般只能达￣ 2 0 I 0 MHz·] Km左右 ), 结构不完善和瑞利散射引起。这些输最大带宽的重要参数。通常，引仍然不能很好地满足通信的需要。 OF因素中既有可以改变的外因，也有起光脉冲展宽的色散有三类：模式因此，对GI P的研究是人们的不能改变的内因。表 1具体地说明了色散、材料色散和波导色散。模式重点研究方向。塑料光纤损耗的起因及其改善方法。色散是不同模式的传输时间不同而 虽然高损耗是塑料光纤一个最大引起的，它仅仅影响着多模光纤。 通过以上分析可以知道，提高塑

料光纤带宽的途径就是想方设法减小模式色散和材料色散。研发人员 发现，通过控制界面凝胶聚合反应

的缺点，但从表 1可以看出能够通过材料色散是由光源的谱宽产生的， 化学方法改善其损耗。图1是通过用因为材料的折射率是波长的函数，

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速率来保证 G P折射率分布指 I OF数g .9 .7=2 0~2 1的减小从而降低模式色散，这样就可使GI P F O在波长区08 . m拘 .~13 I带宽达到几￣G i s - b/ tKm。

1、几种主要宽

带业务传输介质的研究

络中高速率、宽带宽的要求。 ( )、石英光纤 2石英光纤的带宽高达2 T,损 0 Hz耗仅为0 2 B/ .d Km左右，并且具有很高的电磁兼容性和安全性，能够满足 F TTH网络对传输性能的要求。但是，石英光纤的直径大约为5 0~l m,需要使用昂贵的连接器和连接设备，并且光纤的端面还需要很好的研磨，从而给连接和安装带来了

E前，绝大多数有线接入网的宽 t带业务仍由金属电缆主载。双绞线上的 XDS L系统和同轴电缆上的

由于材料色散随波长的增大而减小，因此全氟化GI P F O在近红外区的低衰减带来的好处是使得其材

HF系统作为目前相对成熟和经济 C的选择都在各自的领域提供着优良

的服务，然而随着新业务的不断涌现，网络数字化程度的不断提高，在逐

料色散下降。对于氟化聚合物，在 08 . m波 …… 此处隐藏：5560字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……