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2009/05/29
作者：王寿泰
一、新型塑料光纤的问世
近年来新型 塑料光纤的研制成功，给光通信事业的快速发展与普及带来了新的希望。日本旭硝子公司和庆应义墪大学共同开发成功了新型的塑料光纤，信息传输的速度可达10Gbit/s，是现有石英光纤的10倍。这种新型高速塑料光纤的问世，不仅会对基础干线网，也会对办公室、家用电脑、电视机等终端设备传输的光纤化产生巨大的推动作用。
由日本三菱丽阳公司首创的一种新型的高性能塑料光纤，已在该公司的一条专用线上投入使用，为塑料光纤进入光通信领域开辟了一条新的道路。这种塑料光纤传送的容量高达30Gbit/s，是石英光纤的30倍，可传送500个频道的数字化电视画面，而且这种塑料光纤的柔韧性能好，易弯曲，易于连接，加工制造工艺也比较简单，价格（含敷设费用）只有玻璃光纤的1/5（与使用相同容量的铜线价格相当），因此在进入普通家庭及企业内部信息网络的传输方面有望取代目前的铜线。
二、塑料光纤布线系统解决方案
光纤到户接入技术作为未来的宽带接入解决方案，在日本和美国已得到广泛应用，在我国也得到了越来越多的关注。在与用户沟通和提供解决方案的过程中，发现阻碍我国FTTH发展的最大障碍是投资成本过高。我们认为，正确选择适合我国国情的FTTH接入技术，开发低成本FTTH接入系统是发展FTTH的关键。
采用塑料光纤的综合布线系统可作为智能大厦、计算机网络传输的解决方案。布线自产生后就得到了普遍应用，该系统把一栋建筑内的布线，或一个计算机网络的连线，根据其各部分在建筑中位置及功能的不同，可划分为几个子模块系统：
塑料 光纤的综合布线解决方案中，垂直干线一般采用传统的石英光纤如多模光缆。塑料光纤主要应用在连接点众多的水平系统中，用于解决水平方向上从网络交换机到各个工作区电脑的大数据量传输的需求。水平方向的数据连接，即光纤通讯间到桌面的连接，由于连接数目多，采用传统的石英光纤无论在成本、工程，还是管理维护方面均较难实现普遍应用。而塑料光纤的直径大，很易于实现光纤的端接、耦合以及布放施工，对线缆最小弯曲半径、安装环境要求也低。所以在高档的全光布线系统、千兆网络系统中以及防干扰、防信号泄漏的布线系统工程，可以比其它类型的传输线路更具优势。
三、塑料光纤及其相关产品
1、塑料水平光缆
塑料水平光缆用于综合布线的水平子系统，用来实现各个工作区的终端与楼层通讯间设备的连接。一般为2芯。内部为直径1mm的塑料光纤，外护套采用阻燃的聚乙烯材料。光缆为全塑料结构，使用中无需接地。
2、塑料光纤跳线
塑料光纤跳线是光纤配线架与设备之间的交叉连接，或工作区光纤插座与设备之间连接线。
3、塑料光纤标识跳线
采用塑料光纤标识跳线，可以在配线架大量的跳线的容易地查找每一根跳线端到端连接，减轻维护工作。这种跳线是在常规的双绞线跳线或光纤跳线内敷设2根塑料光纤，当在跳线的一端（外部）采用红色光源照射时，在跳线的另一端，出现醒目的红色亮点。
4、塑料光纤插座
塑料光纤插座是塑料光纤布线的系统工作区信息出口。面板为双口结构，插座本身设有防尘设计及标识。
5、塑料光纤耦合器
塑料光纤耦合器是用来连接2根光纤的连接器，塑料光纤耦合器为一种全塑料成品，标准模块。即可安装于19”配线架中，也同时适用于塑料光纤插座中。
6、塑料光纤配线架
光纤配线架是光纤的端接的设备，一般放置于通讯间内。用于实现光纤与光纤、光纤与设备间的交叉连接管理。塑料光纤配线架为标准19”机柜式，内置光纤连接护板，配线架高为1U（1.75英寸），可容纳16根塑料光纤。同时，配线箱与ST、SC、FC适配器兼容，也可同时端接多模或单模光缆。
四、韩国的塑料光纤示范家庭网络
韩国、日本在塑料光纤家庭网络领域处于国际领先水平，下面着重介绍韩国的示范家庭网络家庭网关应容纳各种服务，并提供足够的带宽，以支持目前的服务和未来的多媒体服务。家庭网络的总带宽强烈依赖于物理传播媒介和实施基于聚甲基丙烯酸甲酯光纤的家庭网关。塑料光纤非常适合于内部网络和短距离场合，便于操作，并提供抗环境，低的成本。 此外，塑料光纤的性能足以满足使用要求，家庭网络服务有足够的带宽和良好的电磁抗干扰能力。聚甲基丙烯酸甲酯塑料光纤易于安装，提供大芯径，大数值孔径（NA）和高灵活的材料。特别是，柔软的光纤使在小室内易于安装和维护。由于石英光纤（GOF）的芯径约5-10µm，光纤连接可能会导致大的耦合损耗，这将大大增加所需的总费用来部署家庭网络系统。因此，塑料光纤系统是一个良好的替代性和成本效益较好的解决方案，以实现网络规模小于50米的内部网络，所使用的梯度型聚甲基丙烯酸甲酯塑料光纤（OM—Giga光纤，Optimedia公司，韩国），其参数列于表1中。
家用网关具有多个接口，考虑到各种不同的服务和各种家用电子设备。物理接口分两类。 有线接口的千兆以太网，快速以太网，10/100Mbps和IEEEl394：lEE8 02.11的A/B/G的无线数据局域网和用于无线家庭自动化和控制网络的IEEE802.15.4 ZigBee网。千兆以太网接口可直接连接到接入网络，为FTTH的基础设施。这是作为一个单独的嵌入式系统链使用的ARM9系列低功耗处理器。家庭网关还提供了一个通用串行公共接口.推行家庭网关2层快速以太网交换，执行以太网分组交换和路由。
该家庭网关的操作系统是Microsoft WinCE核心版本5.0。应用硬件适配层（HAL），以适应系统硬件升级和设备驱动程序开发的需要。类似UPnP的家庭网络中间件可以移植到家庭网关，以丰富家庭网络服务的功能。还开发了各种应用软件，包括通信通道、控制程序、设备控制程序和图像用户界面程序。
在家庭网络演示方面，连接家庭网关与生活接入网络，为生活互联网服务提供给所有设备的家庭网络。在家庭网络方面，除了无线连接，无线局域网和ZigBee而外，所有连接家庭网关的都是采用聚甲基丙烯酸甲酯塑料光纤。
已经演示了视频流家庭网络服务。原始的视频文件存储在家庭服务器中，通过塑料光纤提供给台式机，通过塑料光纤和WLAN提供给掌上电脑.此外，由摄像机取得的现场视频信号用来作为视频流的来源。实况视频流所占带宽大约为32 Mb/s.值得注意的是，实况视频流服务，是通过不同的网络协议，IEEEl394和快速以太网而实现的。
我们使用一个安全摄像头演示了安全监控服务，。由于家庭网关提供了一个互联网网路连线，我们可以监测家庭任何时候、任何情况下的情景。用户还可以监控家庭中应用掌上电脑的情况。
利用ZigBee技术来控制家用设备和家庭网关，发挥ZigBee的协调作用。详细的家庭自动化和控制服务示范如下：首先，用掌上电脑来控制灯，即在控制面板中所列出的灯，可以控制灯的开关按钮进行选择。当灯的状态改变，家庭网关就可进行监视，并接通到用户掌上电脑的屏幕上。还可使用安全摄像头进行灯控监测。值得注意的是，各种应用服务：ZigBee、无线网络、IEEEl394和快速以太网完满地完成家庭自动化和控制服务，这就归功于PMMA POF的足够的带宽。
所提出并证明的家庭网络系统是在聚甲基丙烯酸甲酯塑料光纤上实现了数字化家庭 环境。家庭网络系统是基于通用家庭网关的完满连接，经核实过的家庭网络系统通过示范和实验室的使用，说明聚甲基丙烯酸甲酯塑料光纤非常适合宽带家庭网络，实现了数字融合家庭环境。
五、国内已开发出的塑料光纤网络系统
迄今为止，国内已有五家单位开发出650nm塑料光纤网络系统。2006年为总参63研究所与江苏华山光电公司，2007年为深圳中技源专利城公司与深圳大圣光电技术公司，2008年为西安飞讯光电技术公司，已建成的塑料光纤网络系统至少100家以上。塑料光纤网络系统成本约为石英光纤的2/3。
六、最近一次国际塑料光纤会议的最新进展
2008年8月25日在美国Santa Clara召开了第17届国际塑料光纤会议，发表论文71篇，主要内容为：
1、塑料光纤光缆
主要研究弯曲损耗、全氟塑料光纤、多芯光纤的串音、热稳定性、最新 ISO/IEC标准、家庭网络标准等。
2、微结构塑料光纤
主要研究不同桥结构对空气包层塑料光纤数值孔径的影响，偏振控制用微结构塑料光纤，具有开放星型截面的光子晶体塑料光纤，氟低聚物掺杂塑料光纤的光谱特征等。
3、塑料光纤家庭网络
主要为家庭网络示范工程，室内优化布线，下一代家庭网络实时通信试验平台模型，大容量分配应用塑料光纤链的波长路由网络试验平台等。
4、塑料光纤传感器
主要为应力、应变、湿度、水分、液位、气体、超声、温度、无线光学等传感器。
近年来新型 塑料光纤的研制成功，给光通信事业的快速发展与普及带来了新的希望。日本旭硝子公司和庆应义墪大学共同开发成功了新型的塑料光纤，信息传输的速度可达10Gbit/s，是现有石英光纤的10倍。这种新型高速塑料光纤的问世，不仅会对基础干线网，也会对办公室、家用电脑、电视机等终端设备传输的光纤化产生巨大的推动作用。
由日本三菱丽阳公司首创的一种新型的高性能塑料光纤，已在该公司的一条专用线上投入使用，为塑料光纤进入光通信领域开辟了一条新的道路。这种塑料光纤传送的容量高达30Gbit/s，是石英光纤的30倍，可传送500个频道的数字化电视画面，而且这种塑料光纤的柔韧性能好，易弯曲，易于连接，加工制造工艺也比较简单，价格（含敷设费用）只有玻璃光纤的1/5（与使用相同容量的铜线价格相当），因此在进入普通家庭及企业内部信息网络的传输方面有望取代目前的铜线。
二、塑料光纤布线系统解决方案
光纤到户接入技术作为未来的宽带接入解决方案，在日本和美国已得到广泛应用，在我国也得到了越来越多的关注。在与用户沟通和提供解决方案的过程中，发现阻碍我国FTTH发展的最大障碍是投资成本过高。我们认为，正确选择适合我国国情的FTTH接入技术，开发低成本FTTH接入系统是发展FTTH的关键。
采用塑料光纤的综合布线系统可作为智能大厦、计算机网络传输的解决方案。布线自产生后就得到了普遍应用，该系统把一栋建筑内的布线，或一个计算机网络的连线，根据其各部分在建筑中位置及功能的不同，可划分为几个子模块系统：
塑料 光纤的综合布线解决方案中，垂直干线一般采用传统的石英光纤如多模光缆。塑料光纤主要应用在连接点众多的水平系统中，用于解决水平方向上从网络交换机到各个工作区电脑的大数据量传输的需求。水平方向的数据连接，即光纤通讯间到桌面的连接，由于连接数目多，采用传统的石英光纤无论在成本、工程，还是管理维护方面均较难实现普遍应用。而塑料光纤的直径大，很易于实现光纤的端接、耦合以及布放施工，对线缆最小弯曲半径、安装环境要求也低。所以在高档的全光布线系统、千兆网络系统中以及防干扰、防信号泄漏的布线系统工程，可以比其它类型的传输线路更具优势。
三、塑料光纤及其相关产品
1、塑料水平光缆
塑料水平光缆用于综合布线的水平子系统，用来实现各个工作区的终端与楼层通讯间设备的连接。一般为2芯。内部为直径1mm的塑料光纤，外护套采用阻燃的聚乙烯材料。光缆为全塑料结构，使用中无需接地。
2、塑料光纤跳线
塑料光纤跳线是光纤配线架与设备之间的交叉连接，或工作区光纤插座与设备之间连接线。
3、塑料光纤标识跳线
采用塑料光纤标识跳线，可以在配线架大量的跳线的容易地查找每一根跳线端到端连接，减轻维护工作。这种跳线是在常规的双绞线跳线或光纤跳线内敷设2根塑料光纤，当在跳线的一端（外部）采用红色光源照射时，在跳线的另一端，出现醒目的红色亮点。
4、塑料光纤插座
塑料光纤插座是塑料光纤布线的系统工作区信息出口。面板为双口结构，插座本身设有防尘设计及标识。
5、塑料光纤耦合器
塑料光纤耦合器是用来连接2根光纤的连接器，塑料光纤耦合器为一种全塑料成品，标准模块。即可安装于19”配线架中，也同时适用于塑料光纤插座中。
6、塑料光纤配线架
光纤配线架是光纤的端接的设备，一般放置于通讯间内。用于实现光纤与光纤、光纤与设备间的交叉连接管理。塑料光纤配线架为标准19”机柜式，内置光纤连接护板，配线架高为1U（1.75英寸），可容纳16根塑料光纤。同时，配线箱与ST、SC、FC适配器兼容，也可同时端接多模或单模光缆。
四、韩国的塑料光纤示范家庭网络
韩国、日本在塑料光纤家庭网络领域处于国际领先水平，下面着重介绍韩国的示范家庭网络家庭网关应容纳各种服务，并提供足够的带宽，以支持目前的服务和未来的多媒体服务。家庭网络的总带宽强烈依赖于物理传播媒介和实施基于聚甲基丙烯酸甲酯光纤的家庭网关。塑料光纤非常适合于内部网络和短距离场合，便于操作，并提供抗环境，低的成本。 此外，塑料光纤的性能足以满足使用要求，家庭网络服务有足够的带宽和良好的电磁抗干扰能力。聚甲基丙烯酸甲酯塑料光纤易于安装，提供大芯径，大数值孔径（NA）和高灵活的材料。特别是，柔软的光纤使在小室内易于安装和维护。由于石英光纤（GOF）的芯径约5-10µm，光纤连接可能会导致大的耦合损耗，这将大大增加所需的总费用来部署家庭网络系统。因此，塑料光纤系统是一个良好的替代性和成本效益较好的解决方案，以实现网络规模小于50米的内部网络，所使用的梯度型聚甲基丙烯酸甲酯塑料光纤（OM—Giga光纤，Optimedia公司，韩国），其参数列于表1中。
表1 示范家庭网络用光纤
| 性能 | 单位 | PMMA GI-POM | 注 |
| 直径 | mm | 1.0 | |
| 直径变化 | % | ±5 | |
| 拉断力 | N | >70 | 断裂 |
| 弯曲半径 | mm | >25 | |
| 工作温度 | ℃ | -30～+60 | |
| 衰减 | dB/km | <200 | 650nm |
| 带宽 | Gbps | 3 | 50m |
| 长度 | m/spool | 1000 |
由于梯度型聚甲基丙烯酸甲酯光纤的衰减系数在波长为650nm时为最低，使用激光二极管发射的可见光波长约650nm。激光二极管发射的功率约3dBm，这是近10倍高于传统的发光二极管的发射功率。
各种家庭网络服务提供了一个数字化家庭环境。由于服务是基于无论有线或无线连接，所承担的家庭网络是为有线和无线服务。它是由家庭网关、家庭服务、视频和安全照相机、台式计算机和掌上电脑所组成。外部网络、接入网络是连接家庭网关与千兆以太网接口，跨过玻璃光纤和各种家用电器和设备，也连接到家庭网关，形成家庭自动化系统。家用网关具有多个接口，考虑到各种不同的服务和各种家用电子设备。物理接口分两类。 有线接口的千兆以太网，快速以太网，10/100Mbps和IEEEl394：lEE8 02.11的A/B/G的无线数据局域网和用于无线家庭自动化和控制网络的IEEE802.15.4 ZigBee网。千兆以太网接口可直接连接到接入网络，为FTTH的基础设施。这是作为一个单独的嵌入式系统链使用的ARM9系列低功耗处理器。家庭网关还提供了一个通用串行公共接口.推行家庭网关2层快速以太网交换，执行以太网分组交换和路由。
该家庭网关的操作系统是Microsoft WinCE核心版本5.0。应用硬件适配层（HAL），以适应系统硬件升级和设备驱动程序开发的需要。类似UPnP的家庭网络中间件可以移植到家庭网关，以丰富家庭网络服务的功能。还开发了各种应用软件，包括通信通道、控制程序、设备控制程序和图像用户界面程序。
在家庭网络演示方面，连接家庭网关与生活接入网络，为生活互联网服务提供给所有设备的家庭网络。在家庭网络方面，除了无线连接，无线局域网和ZigBee而外，所有连接家庭网关的都是采用聚甲基丙烯酸甲酯塑料光纤。
已经演示了视频流家庭网络服务。原始的视频文件存储在家庭服务器中，通过塑料光纤提供给台式机，通过塑料光纤和WLAN提供给掌上电脑.此外，由摄像机取得的现场视频信号用来作为视频流的来源。实况视频流所占带宽大约为32 Mb/s.值得注意的是，实况视频流服务，是通过不同的网络协议，IEEEl394和快速以太网而实现的。
我们使用一个安全摄像头演示了安全监控服务，。由于家庭网关提供了一个互联网网路连线，我们可以监测家庭任何时候、任何情况下的情景。用户还可以监控家庭中应用掌上电脑的情况。
利用ZigBee技术来控制家用设备和家庭网关，发挥ZigBee的协调作用。详细的家庭自动化和控制服务示范如下：首先，用掌上电脑来控制灯，即在控制面板中所列出的灯，可以控制灯的开关按钮进行选择。当灯的状态改变，家庭网关就可进行监视，并接通到用户掌上电脑的屏幕上。还可使用安全摄像头进行灯控监测。值得注意的是，各种应用服务：ZigBee、无线网络、IEEEl394和快速以太网完满地完成家庭自动化和控制服务，这就归功于PMMA POF的足够的带宽。
所提出并证明的家庭网络系统是在聚甲基丙烯酸甲酯塑料光纤上实现了数字化家庭 环境。家庭网络系统是基于通用家庭网关的完满连接，经核实过的家庭网络系统通过示范和实验室的使用，说明聚甲基丙烯酸甲酯塑料光纤非常适合宽带家庭网络，实现了数字融合家庭环境。
五、国内已开发出的塑料光纤网络系统
迄今为止，国内已有五家单位开发出650nm塑料光纤网络系统。2006年为总参63研究所与江苏华山光电公司，2007年为深圳中技源专利城公司与深圳大圣光电技术公司，2008年为西安飞讯光电技术公司，已建成的塑料光纤网络系统至少100家以上。塑料光纤网络系统成本约为石英光纤的2/3。
六、最近一次国际塑料光纤会议的最新进展
2008年8月25日在美国Santa Clara召开了第17届国际塑料光纤会议，发表论文71篇，主要内容为：
1、塑料光纤光缆
主要研究弯曲损耗、全氟塑料光纤、多芯光纤的串音、热稳定性、最新 ISO/IEC标准、家庭网络标准等。
2、微结构塑料光纤
主要研究不同桥结构对空气包层塑料光纤数值孔径的影响，偏振控制用微结构塑料光纤，具有开放星型截面的光子晶体塑料光纤，氟低聚物掺杂塑料光纤的光谱特征等。
3、塑料光纤家庭网络
主要为家庭网络示范工程，室内优化布线，下一代家庭网络实时通信试验平台模型，大容量分配应用塑料光纤链的波长路由网络试验平台等。
4、塑料光纤传感器
主要为应力、应变、湿度、水分、液位、气体、超声、温度、无线光学等传感器。
