Serat Optik Plastik (POF): Definisi, Jenis, Konstruksi dan Aplikasi

Serat optik plastik (POF) adalah serat optik multimode yang seluruhnya terbuat dari bahan polimer, dengan diameter inti yang besar-biasanya 1 mm-yang memungkinkan kopling cahaya yang mudah dari sumber LED dan terminasi sederhana dan berbiaya rendah. Tidak seperti serat optik kaca (GOF), yang digunakan untuk telekomunikasi jarak jauh, POF dirancang untuk transmisi data jarak pendek, jaringan dalam kendaraan, otomatisasi industri, dan aplikasi iluminasi di mana kemudahan pemasangan dan efisiensi biaya diprioritaskan daripada redaman ultra-rendah dan bandwidth tinggi. Artikel ini mencakup definisi, jenis, konstruksi, proses pembuatan, karakteristik kinerja, aplikasi, dan standar serat optik plastik yang berlaku.

Apa Itu Serat Optik Plastik?

Serat optik plastik (POF) adalah serat optik di mana inti dan kelongsong terbuat dari bahan plastik. Inti biasanya terdiri dari polimetil metakrilat (PMMA), sedangkan kelongsong terbuat dari polimer berfluorinasi. Indeks bias inti lebih tinggi daripada kelongsong, sehingga sinar cahaya yang ditransmisikan ke dalam serat dipantulkan kembali pada batas antara inti dan kelongsong.

Perbedaan penting
: POF berbeda dari serat optik kaca (GOF) baik dalam bahan dan kinerja. GOF menggunakan kaca silika yang sangat murni dan mencapai redaman serendah 0,2 dB / km pada 1550 nm, sedangkan POF memiliki redaman khas 0.15-00,2 dB / m pada 650 nm-sekitar 1.000 kali lebih tinggi. POF karena itu bukan pengganti serat kaca dalam aplikasi backbone jarak jauh atau bandwidth tinggi, melainkan teknologi pelengkap untuk "seratus meter terakhir."

Jenis Serat Optik Plastik

POF diklasifikasikan menjadi dua tipe primer berdasarkan profil indeks bias:

Step-Index POF (SI-POF)

POF indeks langkah memiliki indeks bias seragam di seluruh inti, dengan perubahan mendadak pada batas kelongsong inti. Ini adalah jenis POF yang paling umum dan berbiaya terendah. Namun, SI-POF menderita dispersi intermodal yang besar, yang membatasi produk jarak bandwidth hingga kurang dari 10 GHz · km. SI-POF tipikal memiliki diameter inti sekitar 1 mm dan bukaan numerik (NA) 0,5.

Graded-Index POF (GI-POF)

POF indeks bertingkat memiliki indeks bias yang secara bertahap menurun dari pusat inti ke persimpangan kelongsong inti. Profil ini mengkompensasi penundaan intermodal dengan memungkinkan sinar cahaya yang membutuhkan jalur lebih lama untuk melakukan perjalanan lebih cepat. GI-POF menawarkan bandwidth yang jauh lebih tinggi daripada SI-POF, dengan desain saat ini menawarkan bandwidth hingga 2 GHz pada jarak 100 meter. GI-POF (PF-GI-POF) adalah varian kinerja yang lebih tinggi dengan diameter inti mulai dari 50 m hingga 120 m.

Bagaimana Serat Optik Plastik Diproduksi?

POF diproduksi menggunakan metode yang berbeda secara signifikan dari produksi serat optik kaca. Ada dua pendekatan manufaktur utama:

Metode Menggambar Preform

Dalam metode ini, bentuk awal polimer dengan profil indeks bias yang diinginkan pertama kali dibuat-misalnya, dengan deposisi sentrifugal, di mana campuran metil metakrilat dan benzil metakrilat dimasukkan ke dalam tabung yang berputar cepat dan dipolimerisasi oleh reaksi termal. Bentuk awal kemudian dipanaskan dan ditarik menjadi serat. Metode ini, termasuk polimerisasi tertutup dan penarikan serat, telah efektif dalam menghasilkan POF rendah-kerugian dengan redaman serendah 55 dB / km pada panjang gelombang 568 nm.

Metode Ekstrusi

Ekstrusi adalah proses kontinu yang mampu menghasilkan POF pada kecepatan yang berguna secara komersial-misalnya, setidaknya 1 m / s untuk serat diameter luar 250 m. Dalam proses koekstrusi berbantuan difusi, dua atau lebih bahan polimer yang mengandung aditif untuk modifikasi indeks bias diumpankan secara terpisah ke dalam cetakan koekstrusi, di mana struktur multilayer konsentris terbentuk. Dopan berdifusi selama proses fabrikasi, dan profil indeks bias dapat dikontrol dengan menyesuaikan suhu zona difusi dan kecepatan rotasi sekrup. Metode ini telah digunakan untuk membuat GI-POF dengan bandwidth lebih tinggi dari 600 Mbit / s pada jarak 100 m.

Perawatan Pasca Ekstrusi

Langkah pasca-ekstrusi dapat meningkatkan berat molekul matriks polimer ke kisaran sekitar 30.000 hingga setidaknya 300.000, memberikan stabilitas mekanik dan termal yang baik untuk serat.

Karakteristik Kinerja Inti

Atenuasi

Redaman POF wavelength-dependent dan secara signifikan lebih tinggi daripada serat kaca. Tipikal SI-POF memiliki redaman sekitar 0.15-00,2 dB / m pada 650 nm. PMMA-core POF memiliki redaman minima di wilayah yang terlihat antara 520 nm dan 670 nm. GI-POF berfluorinasi mencapai redaman yang lebih rendah sekitar 60 dB / km di O-band 1290-1320 nm, meskipun redaman meningkat menjadi sekitar 200 dB / km di S, C, dan L band. Batas redaman bawah teoritis pada POF perfluorinasi pada 850 nm telah ditemukan 10 dB / km.

Bukaan Numerik

POF memiliki bukaan numerik (NA) yang besar biasanya dalam kisaran 0,3 hingga 0,5. NA besar ini, dikombinasikan dengan diameter inti yang besar, membuat POF sangat toleran terhadap ketidakselarasan dan memungkinkan kopling cahaya yang mudah dari sumber LED yang murah. Sudut penerimaan biasanya 60.

Lebar pita

Bandwidth SI-POF dibatasi oleh dispersi intermodal. GI-POF menawarkan bandwidth yang jauh lebih tinggi, dengan desain saat ini menawarkan hingga 2 GHz pada 100 m. Penelitian telah menunjukkan transmisi multi-gigabit melalui POF untuk komunikasi jarak pendek.

Radius Tekuk Minimum

POF menawarkan fleksibilitas yang sangat baik. Radius tikungan minimum tipikal untuk kabel POF simpleks adalah 15 mm, dan 25 mm untuk konfigurasi dupleks. Fleksibilitas ini memungkinkan penyebaran di ruang sempit dan lingkungan yang keras.

Aplikasi yang Cocok dan Tidak Cocok

Aplikasi yang cocok

• Jaringan dalam kendaraan otomotif
  : POF digunakan untuk sistem infotainment, pencahayaan, jaringan multimedia, dan transmisi data sensor, menawarkan kekebalan EMI dan transmisi data berkecepatan tinggi. Standar seperti MOST dan Flexray telah diadopsi secara luas untuk aplikasi POF otomotif.
  

• Otomatisasi industri
  : POF digunakan dalam robotika, sistem kontrol industri, dan otomatisasi pabrik di mana jaraknya pendek dan interferensi elektromagnetik menjadi perhatian.
  

• Jaringan rumah
  : POF menyediakan solusi berbiaya rendah dan mudah dipasang untuk jaringan data di rumah.
  

• Elektronik konsumen
  : Port audio optik digital di TV dan peralatan audio konsumen biasa menggunakan POF.
  

• Pencahayaan dan iluminasi
  : POF banyak digunakan untuk pencahayaan dekoratif, penerangan museum dari benda peka cahaya, pencahayaan kolam renang, dan efek langit-langit starfield.
  

• Sensor medis
  : Biokompatibilitas POF memungkinkan pemantauan tanda-tanda fisiologis seperti laju pernapasan, detak jantung, tekanan kaki, dan gerakan sendi.
  

Kasus Membutuhkan Jenis Serat Lain

• Telekomunikasi jarak jauh
  : Redaman tinggi POF (0,2 dB / m vs. 0,2 dB / km untuk serat kaca) membuatnya tidak cocok untuk jarak di luar beberapa ratus meter.
  

• Jaringan backbone bandwidth tinggi
  : Serat kaca menawarkan bandwidth hingga 100 GHz · km, jauh melebihi kemampuan POF.
  

• Lingkungan bersuhu tinggi
  : POF memiliki toleransi suhu yang lebih rendah daripada serat kaca; rentang operasi tipikal adalah -20C hingga + 70C, dengan kemampuan jangka pendek hingga + 85C.
  

• Instalasi jarak jauh bawah laut atau luar ruangan
  : POF tidak dirancang untuk penyebaran jarak jauh di luar ruangan dan bukan pengganti kabel serat kaca berperingkat luar ruangan.
  

Standar dan Pengujian yang Berlaku

Standar Internasional

POF dicakup oleh standar internasional berikut:

• IEC 60793-2
  : Berlaku untuk kategori serat multimode optik A4 dengan inti plastik dan kelongsong plastik, termasuk indeks langkah, indeks multi-langkah, dan profil indeks bergradasi. Sub-kategori termasuk A4a, A4b, A4c, A4d, A4e, A4f, A4g, dan A4h.
  

• IEC 60794-2-40
  : Spesifikasi keluarga meliputi serat A4 buffered dan serat A4 berkabel untuk penggunaan di dalam ruangan.
  

• ETSI TS 105 175-1
  : Menentukan persyaratan sistem kabel POF untuk interoperabilitas 100 Mbit / s dan 1 Gbit / s.
  

• EN 50173-1 dan EN 50173-4
  : Tentukan kerugian saluran dan persyaratan anggaran tautan untuk POF dalam aplikasi dalam ruangan.
  

Parameter Uji Utama

POF vs. Serat Optik Kaca: Perbedaan Utama

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Apakah POF cocok untuk pemasangan di luar ruangan?

Tidak. POF terutama dirancang untuk aplikasi dalam ruangan. Kabel serat kaca berperingkat luar ruangan dengan penghalang kelembaban, lapis baja, dan perlindungan UV yang tepat diperlukan untuk penyebaran di luar ruangan. POF tidak boleh digunakan untuk aplikasi outdoor jarak jauh atau penguburan langsung.

Bisakah POF mengganti serat kaca di semua aplikasi?

Tidak. POF dan serat kaca melayani segmen pasar yang berbeda. POF dioptimalkan untuk aplikasi jarak pendek, berbiaya rendah, mudah dipasang, sedangkan serat kaca diperlukan untuk telekomunikasi jarak jauh dan bandwidth tinggi.

Berapa kisaran suhu operasi khas POF?

Standar POF beroperasi dari -20C hingga + 70C, dengan kemampuan jangka pendek hingga + 85C. Varian POF yang berfluorinasi dan khusus dapat menawarkan rentang suhu yang diperpanjang.

Apakah POF membutuhkan landasan?

Tidak. POF adalah media all-dielektrik dan tidak menghantarkan listrik, sehingga tidak memerlukan landasan. Ini membuat POF sangat cocok untuk lingkungan dan aplikasi yang sensitif secara listrik di mana kekebalan EMI diperlukan.

Apa perbedaan antara serat POF dan HCS (Hard-Clad Silica)?

POF memiliki inti dan kelongsong yang terbuat dari plastik, sedangkan serat HCS memiliki inti kaca dengan kelongsong plastik keras. POF menawarkan diameter inti yang lebih besar dan biaya yang lebih rendah, sedangkan HCS memberikan redaman yang lebih rendah daripada POF tetapi biaya lebih tinggi.

Kesimpulan

Serat optik plastik adalah anggota khusus dari keluarga serat optik, dibedakan oleh konstruksi polimer, diameter inti yang besar, bukaan numerik yang tinggi, kemudahan penghentian, dan biaya yang rendah. Sementara POF tidak dapat menandingi kinerja redaman dan bandwidth serat optik kaca, ia menyediakan solusi hemat biaya, fleksibel, dan EMI-imun untuk aplikasi jarak pendek termasuk jaringan otomotif, otomatisasi industri, jaringan rumah, elektronik konsumen, pencahayaan, dan penginderaan medis. Pengembangan POF indeks bergradasi dan POF perfluorinasi terus memperluas amplop kinerja teknologi ini. POF diatur oleh standar internasional termasuk IEC 60793-2 dan IEC 60794-2-40, yang menentukan persyaratan dimensi, mekanis, transmisi, dan lingkungan untuk serat kategori A4.

Referensi

1. Asosiasi Serat Optik (FOA). 
   Serat Optik Plastik (POF)
   . Tersedia di: 
   https://www.thefoa.org/tech/pof.htm
   

2. Linden Photonics Inc. 
   Serat Optik Kaca vs Serat Optik Plastik: Perbandingan Komprehensif
   . 2024

3. IEC 60793-2. 
   Serat optik - Bagian 2: Spesifikasi produk - Spesifikasi bagian untuk serat multimode kategori A4
   

4. IEC 60794-2-40. 
   Kabel Serat Optik - Bagian 2-40: Kabel serat optik dalam ruangan - Spesifikasi keluarga untuk kabel serat A4
   

5. COMOSS Electronic Co., LTD. 
   OptoLup™ Lembar Data Kabel POF
   

6. ETSI TS 105 175-1. 
   Spesifikasi Sistem Serat Optik Plastik untuk 100 Mbit / s dan 1 Gbit / s
   

7. IEEE Xmaaf. 
   Transmisi GI-POF Pada Tingkat Bit yang Berbeda, Panjang Serat dan Panjang Gelombang: 1310 dan 1550 Nm
   . 2024

8. Kaino T, Jingugi K, Nara S. 
   Serat optik plastik rendah
   . Konferensi Komunikasi Serat Optik, 1983