塑料光纤及其市场前景

一．前言

塑料光纤（POF）是指构成光纤的芯层与包层的材料都是塑料。与大芯径50/125um和62。5/125um的石英玻璃多模光纤相比，塑料光纤的芯径高达200~1000um，其接续时可使用不带光纤定位套筒的便宜注塑塑料连接器，即使是接续中芯对准产生±30um偏差都不会影响耦合损耗。正是塑料光纤结构赋予了其施工快捷，接续成本低等优点。另外，芯径200um或更大则能消除在石英玻璃光纤存在的模间噪音。

二．塑料光纤的优点

塑料光纤的发展主要围绕着降低光损耗、提高带宽、提高耐热性这三个主题上。目前，这三个方面的技术都已趋于成熟，使得塑料光纤在短距离通信中开始得到广泛应用。塑料光纤与石英玻璃光纤相比，虽然光损耗差一些，初期一般为200db/km，但它具有轻而柔软、抗挠曲、抗冲击、强度高、价格便宜、搞幅照、易加工，并能制成大直径（1~3mm），以增大受光角度，扩大使用范围等一系列优点，所以备受青睐。此外，光通过塑料光纤的中心部分的直径约为1mm，比石英光纤大100倍，与纤维之间的连接及与终端装置的连接都十分容易。因此塑料光纤安装费用很低，安装时采用十分简单的对准连接插头即可。

塑料光纤的最大优点就在于价格低、柔韧性好、加工容易、操作简便、寿命长、重量轻，因而在短距离传输中具有绝对优势。

电缆、石英光纤和塑料光纤都可以应用于短距离传输，而在信息传输中哪一种传输介质的优势更明显？在短距离接入上，石英光纤综合成本较高，目前即使在石英光纤技术高度发展的美日欧仍然没有大规模接入到桌面和入户，其价格和接入技术难度是用户难以接受的两个因素，石英光纤由于材料脆性以及弯曲性能不好，并不适合多点接入。虽然塑料光纤在传输速度方面会有所降低，但塑料光纤在用户驻地网中安装简便、易于维护、配套成本低。据分析，塑料光纤接入网的综合成本要比石英光纤低三1/3左右，而从带宽上来看，塑料光纤比现在的铜缆高十倍以上，所以，塑料光纤更适合于多接点系统。

业内人士认为，在桌面接入上，多种方式可能会同时存在，在不同的场合中满足不同的需求。接入系统的未来市场非常大，不是说哪种方式要取代另外一种方式，而是在这个市场中大家都在看谁能得到更多的份额，谁的技术能更为人们所接受。同时，市场上也不排除新技术的出现。而作为信息传输的新介质，塑料光纤在光纤到户、光纤到桌面的短距离接入中有比较大的成本优势，因此现在被认为是未来全光网络的发展方向。

应该看到，聚合物光纤在用户驻地网的应用是一个巨大而复杂的系统工程，包括了聚合物材料。聚合物加工成型，光电子元件、信息网络、精密检测与控制等，迄今我国仅仅在某些关键技术有了突破。要取得根本性突破，必需有更多大型企业参与，走大工业的发展道路。笔者三年前去日本考察时，日本NTT等大公司早已在向光纤到户进军了。日本的塑料光纤研究与生产，跑在世界的前列。我国的塑料光纤产业化，除了大公司的参与外，还需要尽快制定属于我们自己的行业标准，让塑料光纤今后的路走得更好。

三．塑料光纤的关键技术

笔者在五年前得到上海市科委的支持，开始了塑料光纤的研究，并研制出损耗为150db/nm塑料光纤。从现阶段的研究来看，塑料光纤面临着两个关键技术问题：一是找到新的透光材料和包皮材料。高质量的塑料光纤要求芯材的透明度和折射率越高越好，而皮层折射率要小于芯材，且越小越好。二是研究如何控制塑料光纤芯材聚合物的分子量、均匀性和提高塑料光纤的透明度，从而进一步提高光的传输效率，降低光损耗。目前，世界各国都对这两个技术问题展开研究。一旦这两个关键技术得到突破，并实现低成本产业化，那么，塑料光纤将一举打破石英光纤的垄断地位，并逐渐取代石英光纤。

研究表明，塑料光纤透光性能差的主要原因在于树脂内的碳氢结合吸收了近红外波长。全氟树脂材料不含氢元素，不会吸收近红外波长，已用于塑料光纤生产，同时，由于其具有的环状结构是非晶质的，因此可见光的透光率可达95％以上。

四．POF在FTTH、工业以及国防等领域中的应用

由于POF具有通信容量大、不放射电磁噪音、质量轻、连接方便、成本低等优点，因此已在工业、农业、国防建设中得到广泛应用。POF作为短距离通信网络的理想传输介质，在未来通信智能化和办公自动化中也将得到广泛应用。

据新华网报道，江苏华山光电有限公司与总参六十三所共同开发研制的“650nm塑料光纤传输系统”已通过信息产业部科技成果鉴定。该项成果突破了信息传输“最后一公里”瓶颈，使电视网、电话网、计算机网“三网合一”较快成为现实。

下图为650nm塑料光纤传输系统全光网络组成方框图。POF650nm光交换机主要面向部门级交换需要，提供16个100M端口，使用650nm POF作为传输媒介，可为军队、机关、研究所、军事院校等的办公自动化，为海军舰船的数据交换，为空军机载设备之间的的数据传输等提供网络服务，更可为地方政府部门、中小企业、教育行业等提供远距离高速以太网连接。

“650nm塑料光纤传输系统“研究成果，在全球领先解决了通信系统全光网络中“最后一公里”的瓶颈，使光信息在网络中的传输及交换时始终以光的形式存在。为光纤到桌面和光纤到终端提供了一种比较理想的技术。该系统中用的波长转换器，其造价是十分便宜的。

所谓“最后一公里”瓶颈，是指随着信息技术的飞速发展，原有的计算机网络传输用的以铜为导体的电接入方式，让光信息流进入终端前一刻不得不变成了电信息流，而使得信息传输速度大为降低。例如，目前宽带网速理论上可达到100Mb/s，但实际受到传输介质的限制，最多为10 Mb/s。此外，以铜为导体的接入方式保密性差、容易受干扰、被切听、成本高。为此，目前世界各国正在研究，开发用于广大用户接入网上的光纤通信系统。

上图所示系统是国内首次实现以650nmPOF为传输介质的光纤通信系统，可让宽带网速实现真正的100 Mb/s，相对于五类线铜缆系统具有传输频带宽、保密性能好、抗干扰能力强、防雷击、韧性好等特点。中国工程院副院长邬贺铨院士表示：“650nm塑料光纤传输系统”具有自主知识产权，为光纤到桌面的局域网传输接入提供了新的接入方案，为FTTH提供了一种新的方案。

五．塑料光纤的市场前景

目前塑料光纤在我国的应用场合有：室内装饰、水景照明、溶洞照明、易燃易爆场合、太阳光的利用。此外，塑料光纤在工业，特别是汽车工业、农业及国防建设中也得到了大量的应用。
网络成本的降低、性能的提高、数字传播技术的引入、电磁干扰的减少以及塑料光纤标准的制定与完善都使得塑料光纤在工业、农业、国防建设中得到大量应用，并推动着塑料光纤产业逐渐成为光通信的主流产业。目前，塑料光纤主要应用于低速、短距离的通信传输中。

由于塑料光纤具有通信容量大、不放射电磁噪音、质量轻等特点，因而在汽车制造工业中得到广泛使用。宝马公司已在其最新产品中使用塑料光纤，用于汽车制造系统的通信。
在工业控制总线系统中，通过转换器，塑料光纤可与RS232、RS422、100 Mb/s以太网、令牌网等标准协议接口连接，从而在恶劣的工业制造环境中提供稳定、可靠的通信路线，高速传输工业控制信号和指令，避免了因使用金属电缆线路受干扰而导致通信中断的危险。

通过塑料光纤，我们可实现智能家电（家用PC、HDTV、电话、数字成像设备、空调、冰箱、音响系统、厨用电器等）的联网，达到家庭自动化和远程控制管理，提高生活质量；通过塑料光纤，我们可实现办公设备的联网，如计算机联网可以实现计算机并行处理，办公设备间数据的高速传输可大大提高工作效率，实现远程办公等。在低速局域网的数据速率小于100Mb/S时，100m范围内的传输用SI型塑料光纤即可实现；150 Mb/s 50m范围内的传输可用小数值孔径POF实现。POF在制造工业中可得到广泛的应用。通过转换器，POF可以与RS232、RS422、100 Mb/S以太网、令牌网等标准协议接口相连，从而在恶劣的工作制造环境中提供稳定、可靠的通信线路。能够高速地传输工业控制信号和指令，避免因使用金属电缆线路而受电磁干扰导致通信传输中断的危险。

塑料光纤作为短距离通信网络的理想传输介质，在未来家庭智能化、办公自动化中也将得到广泛应用。在Internet服务中，塑料光纤由于重量轻且耐用，因而被用来将车载机通信网络和控制系统连接成一个网络，将微型计算机、卫星导航设备、移动电话、传真等外设纳入机车整体设计中，旅客可通过塑料光纤网络在座位上享受音乐、电影、视频游戏、购物。当塑料光纤在传输距离不超过100m时，其传输速率能达到11Gb/s，因此在互联网短距离传输中可以用塑料光纤代替双绞线和同轴电缆，从而保证了互联网中短距离的大容量通信。

在单兵作战系统中，重量轻、可挠性好、连接快捷的塑料光纤，被用于士兵穿戴式的轻型计算机系统。塑料光纤也被用在飞机、战舰、导弹等高科技智能武器的控制系统中。

随着科技的发展，塑料光纤的应用领域越来越广，其市场的发展会越来越广阔。国外在塑料光纤的应用开发上已取得了较大的成果，且不断在加大新的应用研究投入，在韩国、中国以及我国台湾地区已经有厂商开始投入研发生产，因此产业更应就塑料光纤的研究和发展予以密切注视。深圳大圣光电技术有限公司在塑料的研制和生产方面已取得很大进展，目前在国内外已有较大的市场。总之，随着科技的高速发展，塑料光纤的应用领域会越来越广，必将给光通信带来一场新的革命。

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