塑料光纖基礎及應用

前言

　　塑料光纖（POF，Plastic Optical Fiber）是纖芯和包層均由塑料組成的光纖。與石英玻璃光纖相比，POF具有芯徑大、柔韌性好和接續(xù)方便等特點。POF的大芯徑使得其連接不需要采用高精度定位連接器件，即允許使用注塑連接器，從而大大地降低連接成本。POF具有的良好柔韌性使得施工安裝更為簡單和快捷。因此，POF現在主要用作短距離、高速率通信，如接入網和數據中心連接等的傳輸介質。　　POF的研究重點是降低衰減和提高帶寬。POF的衰減是由吸收、散射和彎曲損耗共同決定的。要想制造出低衰減的：POF，具體措施如下：①選擇與纖芯材料結構相似的摻雜劑來減小散射損耗；②降低摻雜劑的濃度來降低散射損耗；③利用摻雜方法降低纖芯材料的本征吸收損耗等。因此，POF所用材料經歷了一個由聚甲基丙烯酸酯到氟化聚合物的演進過程?！　∮晒獠▽Ю碚摰弥?，限制多模光纖帶寬的主要因素是模間色散。減小模間色散的慣用做法是力求在：POF徑向形成一個平方律的折射率分布，即所謂的梯度折射率分布塑料光纖（GI-POF，Graded Index.Plastic Optical：Fiber）。POF的折射率分布結構的研究經歷了由單階躍、雙階躍、多階躍到梯度的發(fā)展過程。長期的研究發(fā)現，POF帶寬的大小是由折射率分布形狀所決定的。為提高POF的帶寬，在制造POF時，要想方設法降低模間色散、材料色散和折射率分布色散。提高POF帶寬的具體做法是通過調整預制棒芯區(qū)聚合反應速度來保證折射率指數g≈2.0?，F在已經制造出了低衰減、高帶寬的聚甲基丙烯酸甲酯梯度折射率分布塑料光纖（PMMA-GI-POF，Polymethyl Methacrylate Graded-Index Plastic Optical Fiber）和氟化聚合物梯度折射率分布塑料光纖（PF-GI-POF，Perfluorinated Polymer Graded——Index Plastic Optical Fiber），而且PF-GI-POF的最大帶寬已經達到了40Gbit／s的水平?！　OF通信系統是由POF及其光器件組成的。在POF通信系統的研究初期，人們針對POF開發(fā)出了一些專用的光器件。隨著POF研究的深入，研究人員研制出了850～1 310nm的低衰減PF-GI-POF。這使得POF通信系統可以使用通用的光器件。例如，PF-GI-POF的工作波長范圍在850～1 310nm，其光收發(fā)模塊可以選擇為石英玻璃光纖設計的通用光收發(fā)模塊。這樣既擴大了光收發(fā)模塊的可選范圍，又提高了系統維護的可靠性，從而為PF-GI.POF在短距離、高速率通信中的推廣使用奠定了堅實的物質基礎。

內容概要

　　《塑料光纖基礎及應用》是一本介紹塑料光纖的發(fā)展歷史、傳輸原理、制造材料、制造工藝、傳輸性能及其在光纖接入網中的具體工程應用的著作。重點從應用的角度闡述了塑料光纖的性能、系統設計及工程應用。　　《塑料光纖基礎及應用》可以作為從事塑料光纖技術研究以及塑料光纖網絡設計和維護工作人員學習閱讀，也可以供高等院校相關專業(yè)師生參考使用。

書籍目錄

目錄第1章 緒論11.1 塑料光纖的特點11.2 研究歷程21.2.1 關于塑料光纖21.2.2 關于光器件31.2.3 關于傳輸系統41.3 塑料光纖未來的發(fā)展7第2章 光纖數字通信基?92.1 光信號的傳輸92.1.1 光的波/粒特性92.1.2 波長和頻率92.1.3 帶寬和容量102.1.4 光功率和光損耗度量112.2 信號的分類、轉換和特性122.3 信號調制142.4 信號復用162.5 通信系統202.5.1 通信系統的組成202.5.2 通信系統的分類212.5.3 通信系統的主要性能232.6 光纖通信系統252.7 光纖通信網絡結構262.7.1 節(jié)點連接262.7.2 有源/無源光網絡262.7.3 網絡結構28第3章 光纖接入網313.1 概述313.2 無源光網絡353.2.1 接入技術分類353.2.2 網絡結構373.2.3 系統組成393.2.4 無源光網絡的優(yōu)點433.2.5 應用模式433.3 無源光網絡應用實例453.3.1 異步傳遞模式無源光網絡453.3.2 以太網無源光網絡463.3.3 吉比特無源光網絡473.3.4 波分復用無源光網絡493.3.5 下一代無源光網絡50第4章 塑料光纖概述534.1 光纖的分類534.2 導光理論554.2.1 研究目的554.2.2 光學基?564.2.3 光射線理論634.3 光纖的設計684.3.1 光纖的設計原則684.3.2 多模光纖的設計694.3.3 折射率分布實例704.3.4 光纖參數的比較734.4 光纖的分類標準與特點744.4.1 光纖分類標準744.4.2 光纖的特點804.5 塑料光纖的原材料824.5.1 材料選擇原則824.5.2 材料的分類834.5.3 纖芯材料844.5.4 護套材料924.6 塑料光纖的生產工藝934.7 塑料光纖的光傳輸性能1004.7.1 衰減1004.7.2 色散1054.7.3 帶寬1104.8 塑料光纖的彎曲性能1134.8.1 彎曲分類1134.8.2 彎曲損耗和改善措施1134.9 塑料光纖的可靠性1154.9.1 環(huán)境因素1154.9.2 高溫、高濕性1164.9.3 可靠性計算117第5章 塑料光纖光纜1195.1 光纜材料1195.2 塑料光纖光纜的結構設計1245.2.1 考慮因素1245.2.2 設計原則1255.3 塑料光纖光纜的制造工藝1265.3.1 套塑1265.3.2 纜芯絞合1275.3.3 護套1285.4 塑料光纖光纜的結構類型與特點1295.4.1 結構類型1295.4.2 結構特點1295.5 光纜性能試驗1355.5.1 光纜尺寸1355.5.2 機械性能試驗135第6章 光器件1386.1 光源1386.1.1 光源概述1386.1.2 發(fā)光原理1396.1.3 常用光源介紹1426.1.4 塑料光纖系統光源1576.2 光電檢測器1606.2.1 光電檢測器的作用1606.2.2 光電檢測器的分類1616.2.3 塑料光纖系統光電檢測器1676.3 波分復用器1696.3.1 波分復用器的作用1696.3.2 波分復用器的分類1696.4 活動連接器1776.4.1 活動連接器的作用1776.4.2 塑料光纖的端面處理1776.4.3 活動連接器的類型1796.4.4 商用產品1816.5 光耦合器1826.5.1 光耦合器的作用1826.5.2 光耦合器的類型1836.5.3 商用產品1846.6 光衰減器1856.6.1 光衰減器的作用1856.6.2 光衰減器的類型1856.6.3 商用產品186第7章 塑料光纖通信系統設計1887.1 鏈路光功率預算1887.1.1 鏈路光功率預算考慮因素1887.1.2 發(fā)射機功率變化1887.1.3 接收機靈敏度1897.1.4 塑料光纖鏈路衰減1917.2 激光器選擇1977.2.1 激光器類型1977.2.2 激光器波長198第8章 塑料光纖通信系統2008.1 塑料光纖通信系統的基本組成2008.2 階躍折射率分布塑料光纖通信系統2008.2.1 短波長階躍折射率分布塑料光纖通信系統2018.2.2 長波長階躍折射率分布塑料光纖通信系統2068.3 梯度折射率分布塑料光纖通信系統2088.3.1 聚甲基丙烯酸甲酯梯度折射率分布塑料光纖通信系統2088.3.2 最新的聚甲基丙烯酸甲酯梯度折射率分布塑料光纖通信系統2118.3.3 全氟化氟化聚合物梯度折射率分布塑料光纖通信系統2128.4 塑料光纖波分復用系統2188.4.1 波分復用系統2188.4.2 聚甲基丙烯酸甲酯梯度折射率分布塑料光纖波分復用系統2228.4.3 氟化聚合物梯度折射率分布塑料光纖波分復用系統2248.5 塑料光纖雙向傳輸系統2278.5.1 雙向傳輸的原理2278.5.2 傳輸系統實例2298.6 模群差分復用技術2308.6.1 工作原理2308.6.2 傳輸系統組成2318.6.3 典型應用實例232第9章 塑料光纖的應用2339.1 塑料光纖應用概述2339.2 塑料光纖在通信網絡中的應用2349.2.1 局域網2349.2.2 寬帶接入網2359.2.3 光纖到戶2369.2.4 無線接入網2379.2.5 汽車通信網2399.3 塑料光纖在并行數據互連系統中的應用2409.4 塑料光纖在傳感器領域的應用2419.4.1 傳感器系統2419.4.2 向遠端供電的傳感器2429.4.3 反射傳感器2439.4.4 塑料光纖敏感元件傳感器2459.4.5 光纖表面?zhèn)鞲衅?489.4.6 生化材料傳感器249參考文獻252

章節(jié)摘錄

　　21世紀，人們已經進入信息化社會，對語音、數據、視頻、高清晰數字電視、3G和多媒體等寬帶業(yè)務的需求日益增加，進而推動了承載各種業(yè)務的通信網絡的容量不斷地快速提升。如果以帶寬表示通信網絡的容量，那么長途干線網已經大于太比特每秒，城域網已經達到幾十吉比特每秒，接入網正在進入吉比特每秒。吉比特每秒就意味著必須使用光纖。究其原因，是由于高頻電磁干擾嚴重，限制銅對絞線的傳輸帶寬和傳輸距離。無論采用何種先進的調制技術，銅對絞線所能夠提供的帶寬與距離的乘積是有一定限度的，無法滿足大量電視頻率信息傳送的需要。換言之，XDSL，技術無法勝任數據傳輸速率為吉比特每秒數量級，傳輸距離是100m的寬帶業(yè)務傳輸。幸運的是有石英玻璃光纖?！　”娝苤⒉ＡЧ饫w具有巨大的帶寬和極小的衰減等一系列優(yōu)點，使其在高速率、遠距離長途干線網和大容量、多業(yè)務城域網中得到大量的使用，但是石英玻璃光纖在對建設成本非常敏感的光纖接入網中遇到一定的困難。就光纖接入網，特別是光纖到戶而言，石英玻璃光纖存在兩個不足之處：①需要精確接續(xù)。由于纖芯直徑小于10um，因此需要采用精密的熔接機和操作熟練的人員才能完成連接和分支，而且施工速度比較慢，接續(xù)成本比較高。②不允許過小的彎曲半徑。石英玻璃光纖是由脆性材料二氧化硅組成的。它不允許過小的彎曲半徑，否則會發(fā)生脆性斷裂?！　榱私鉀Q石英玻璃光纖存在的問題，人們開始探索利用新材料制造新型光纖。塑料光纖（POF，Plastic Optical Fiber）就是一種可供光纖接入網使用的新型光纖。POF的纖芯和包層均是由塑料組成的。與石英玻璃光纖相比，POF具有芯徑大（100～1000um）、柔韌性好和接續(xù)方便等優(yōu)點。POF的大芯徑使得其連接不需要采用高精度定位連接器件，而允許使用注塑連接器，從而大大地降低了連接成本。：POF具有的良好柔韌性使得施工安裝更為簡單和快捷。

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