Коли мова заходить про оптичному волокні, більшість людей мають на увазі волокно, виготовлене з кварцового скла - то, яке за останні десятиліття буквально обплутало земну кулю і без якого вже неможливо уявити собі сферу телекомунікацій. І хоча кварцове оптоволокно дійсно є найпоширенішим типом оптичних світловодів, кварц - не єдиний матеріал, який використовується для їх виробництва. Останні роки все більшої популярності набуває волокно, цілком виготовлене з полімерних матеріалів, - пластикове (полімерне) оптичне волокно (POF - Plastic / Polymer Optical Fiber). На рис. 1 зображений зовнішній вигляд кабелю з пластиковим оптичним волокном.
Мал. 1. Волоконно-оптичний кабель POF
Хоча оптичні властивості полімерних матеріалів не дозволяють пластиковому волокну витіснити кварцове волокно зі сфери передачі даних, завдяки ряду відмінних рис воно може скласти конкуренцію як кварцового волокна, так і мідних лініях (кручений парі, коаксіальному кабелю), в деяких областях застосування. Більш того, можна з упевненістю сказати, що POF вже зайняло гідне місце на ринку телекомунікацій.
Трохи історії
Однак подальше збільшення потоку інформації, що передається, поява все більшого числа систем, що вимагають передачі цифрового сигналу на короткі відстані, а також розвиток автоматизації промислових процесів, призвело до того, що оптичне волокно стало все більше використовуватися в коротких лініях зв'язку, особливо там, де мідні лінії не забезпечували якісної передачі інформації. При цьому ставилося завдання створити середовище для передачі сигналу, що володіє всіма перевагами оптичного волокна, але в той же час має конкурентоспроможну вартість в порівнянні з мідними лініями. І в цей момент розробники знову звернули увагу на пластикове оптичне волокно.
Структура і особливості пластикового волокна
Пластикове оптичне волокно являє собою багатомодове оптоволокно великого діаметра, серцевина і оболонка якого виготовлені з полімерних матеріалів.
Хімічний склад використовуваних полімерів, геометричні розміри і профіль показника заломлення сильно варіювалися протягом останнього півстоліття. Деякі з розробок були стандартизовані. Так, стандарт IEC-60793-2-40 виділяє вісім типів пластикового волокна, що відрізняються своєю структурою і, як наслідок, оптичними характеристиками. Однак найбільшого поширення набуло пластикове волокно з діаметром серцевини і оболонки 980/1000 мкм і ступінчастим показником заломлення. Зовнішня захисна оболонка зазвичай має діаметр 2,2 мм. Як матеріал серцевини використовується поліметилметакрилат (PMMA) - матеріал, відомий також під назвами оргскло, акрил, плексиглас і т.д. Зовнішня оболонка, як правило, виготовляється з поліетилену. Саме про це типі POF ми і поговоримо докладніше (рис. 2).
Мал. 2. Структура пластикового оптичного волокна
У пластиковому оптоволокне, діаметр якого значно перевершує діаметр кварцового волокна (стандартне многомодовое кварцове волокно має розміри 50/125 мкм), одночасно може поширюватися величезна кількість просторових мод оптичного випромінювання. Це число може досягати декількох мільйонів. Числова апертура пластикового волокна (NA) має величину близько 0,5. Одномодовое пластикове волокно не проводиться.
Оптичні властивості полімерних матеріалів зумовлюють значне зростання втрат в пластиковому волокні в порівнянні з кварцовим. Типовий спектр загасання пластикового волокна зображений на рис. 3. Як видно, мінімуми загасання POF знаходяться у видимому діапазоні (520, 560 і 650 нм) і мають значення від 100 до 200 дБ / км. Відзначимо, що при використанні замість PMMA перфторовані полімерів в якості матеріалу серцевини мінімум втрат зміщується в ІК діапазон (близько 1300 нм). Велика кількість розповсюджуваних мод сприяє межмодовой дисперсії і розширенню розповсюджуваного сигналу в часі.
Мал. 3. Спектральна характеристика загасання в пластиковому оптичному волокні
переваги POF
Лінії на основі пластикового оптоволокна залучають інженерів, перш за все, вартістю і простотою монтажу.
Завдяки великій апертурі пластикового волокна введення випромінювання в нього значно простіше, ніж у випадку волокон з маленькою серцевиною. Тому замість дорогих вузько лазерів або спеціальної фокусує оптики в передавачах для POF використовуються дешеві світлодіоди (LED) з широким кутом розходження, що випромінюють у видимому діапазоні.
Мал. 4. Коннектори Versatile Link для пластикового волокна
Крім того, пластикове волокно можна приєднати до передавачів і приймачів без використання коннектора (для цього деякі модулі мають спеціальний механізм фіксації). В цьому випадку необхідно тільки сформувати рівний торець волокна і вставити його в роз'єм пристрою.
У конструкції пластикового волоконно-оптичного кабелю для коротких ліній, як правило, не використовуються будь-які зміцнюючі елементи. Це пов'язано з хорошими механічними характеристиками самого волокна (міцність, стійкість до навантажень і вигинів) і з тими умовами, в яких зазвичай воно використовується (про це мова піде далі).
Таким чином, використання пластикового волокна дозволяє істотно прискорити процес прокладання лінії зв'язку, а також швидко замінити пошкоджені ділянки при необхідності. Хоча саме по собі пластикове волокно коштує трохи дорожче кварцового, загальна вартість компонентів лінії і витрати на монтаж і ремонт значно знижуються.
Крім особливостей, властивих самому POF, цей тип волокна має всі ті ж переваги перед мідними лініями, що і кварцове волокно, наприклад, несприйнятливість до електромагнітного випромінювання і ізолюючі властивості (захист від високої напруги), менші габарити і вага.
застосування
Незважаючи на всі ці переваги, невирішеним залишається питання: що ж робити з тим величезним за мірками ВОЛЗ загасанням, що виникають в полімерних матеріалах? Дійсно, POF має помітні обмеження по швидкості і дальності передачі інформації. Зазвичай лінії на основі пластикового волокна мають довжину близько кількох десятків метрів, а максимальна швидкість передачі обмежується приблизно 200 Мбіт / с (швидкість передачі може досягати і декількох Гбіт / с, але при цьому використовуються волокна з іншим профілем показника заломлення і технологія мультиплексування).
Однак саме ці обмеження і визначили сферу застосування пластикового волокна. За дальності і швидкості передачі POF ніколи не зможуть конкурувати з кварцовим волокном. Однак в непротяжних мережах, які не потребують до того ж високих швидкостей, проявляються переваги пластикового волокна, про які писалося вище.
Отже, застосування пластикового волокна доцільно в наступних областях:
Якщо підвести підсумок, то сфера використання пластикового волокна - будь-які короткі низькошвидкісні лінії зв'язку. Особливо ефективно його застосування в умовах, в яких передача по мідних лініях пов'язана з труднощами або ж неможлива взагалі, а використання кварцового волокна економічно невигідно.
Що пропонуємо ми?
Компанія «ЕФО» є офіційним дистриб'ютором компанії Broadcom Limited (раніше Avago Technologies) - одного з провідних світових виробників компонентів для пластикового оптичного волокна. Компанія випускає пластиковий оптичний кабель (симплексний і двобічний) з величиною загасання 0,22 і 0,19 дБ / м, з'єднувальні вироби (коннектори. Адаптери), а також широкий асортимент передавачів. приймачів і трансиверів для пластикового волокна. Велику частину цього сегмента продукції Avago складають компоненти лінійки Versatile Link ( «Універсальне з'єднання»), що відрізняються високою надійністю, привабливою вартістю і простотою експлуатації (рис. 5). Компоненти Versatile Link давно користуються популярністю у розробників промислових ліній зв'язку по всьому світу. Крім того, ми поставляємо інструменти та витратні матеріали для роботи з пластиковим волокном.
Також ми пропонуємо пластикові кабелі компаній Mitsubishi Chemical (раніше Mitsubishi Rayon) і Asahi Kasei. Ці японські компанії є одними з лідерів в сфері виробництва POF і пропонують широкий асортимент пластикових волокон різних діаметрів (від 125 мкм до 3 мм) і в різних зовнішніх оболонках, що дозволяє використовувати їх, зокрема, в екстремальних умовах. Загасання в волокнах Mitsubishi Chemical і Asahi Kasei зазвичай становить 0,15-0,19 дБ / м. Крім стандартних POF волокон з одного серцевиною ці компанії розробляють многосердцевінние волокна, що мають малі втрати на вигині. Кабелі Mitsubishi Chemical і Asahi Kasei можуть застосовуватися не тільки для передачі даних, але і в різних датчиках, системах освітлення та передачі зображень.
У таблиці нижче наводиться порівняння основних параметрів POF кабелі волоконно 1 мм, які пропонують компанії Broadcom, Mitsubishi Chemical і Asahi Kasei.