Gentian Optik Plastik (POF): Definisi, Jenis, Pembinaan dan Aplikasi

gentian optik plastik (POF) ialah gentian optik berbilang mod yang diperbuat sepenuhnya daripada bahan polimer, dengan diameter teras yang besar-biasanya 1 mm-yang membolehkan gandingan cahaya mudah daripada sumber LED dan penamatan kos rendah yang mudah. Tidak seperti gentian optik kaca (GOF), yang digunakan untuk telekomunikasi jarak jauh, POF direka untuk penghantaran data jarak dekat, rangkaian dalam kenderaan, automasi industri dan aplikasi pencahayaan di mana kemudahan pemasangan dan kecekapan kos diutamakan berbanding pengecilan ultra rendah dan lebar jalur tinggi. Artikel ini merangkumi definisi, jenis, pembinaan, proses pembuatan, ciri prestasi, aplikasi dan piawaian gentian optik plastik yang berkenaan.

Apakah Gentian Optik Plastik?

Gentian optik plastik (POF) ialah gentian optik di mana kedua-dua teras dan pelapisan diperbuat daripada bahan plastik. Teras biasanya terdiri daripada polimetil metakrilat (PMMA), manakala pelapisan diperbuat daripada polimer berfluorinasi. Indeks biasan teras adalah lebih tinggi daripada pelapisan, supaya sinaran cahaya yang dihantar ke dalam gentian dipantulkan kembali pada sempadan antara teras dan pelapisan.

Perbezaan penting
: POF berbeza daripada gentian optik kaca (GOF) dalam kedua-dua bahan dan prestasi. GOF menggunakan kaca silika yang sangat tulen dan mencapai pengecilan serendah 0.2 dB / km pada 1550 nm, manakala POF mempunyai pengecilan tipikal 0.15-0 .2 dB / m pada 650 nm-kira-kira 1,000 kali lebih tinggi. Oleh itu, POF bukanlah pengganti gentian kaca dalam aplikasi tulang belakang jarak jauh atau lebar jalur tinggi, sebaliknya merupakan teknologi pelengkap untuk "ratus meter terakhir".

Jenis Gentian Optik Plastik

PoF dikelaskan kepada dua jenis utama berdasarkan profil indeks biasan:

Step-Index POF (SI-POF)

POF indeks langkah mempunyai indeks biasan seragam di seluruh teras, dengan perubahan mendadak pada sempadan pelapisan teras. Ini adalah jenis POF yang paling biasa dan kos terendah. Walau bagaimanapun, SI-POF mengalami penyebaran antara mod yang besar, yang mengehadkan produk jarak lebar jalurnya kepada kurang daripada 10 GHz · km. SI-POF biasa mempunyai diameter teras kira-kira 1 mm dan apertur berangka (NA) 0.5.

Graded-Index POF (GI-POF)

POF indeks gred mempunyai indeks biasan yang berkurangan secara beransur-ansur dari pusat teras ke persimpangan pelapisan teras. Profil ini mengimbangi kelewatan antara mod dengan membenarkan sinaran cahaya yang mengambil laluan yang lebih panjang untuk bergerak lebih pantas. GI-POF menawarkan lebar jalur yang jauh lebih tinggi daripada SI-POF, dengan reka bentuk semasa menawarkan lebar jalur sehingga 2 GHz pada jarak 100 meter. GI-POF (PF-GI-POF) berfluorinasi ialah varian berprestasi lebih tinggi dengan diameter teras antara 50 μm hingga 120 μm.

Bagaimanakah Gentian Optik Plastik Dikilangkan?

POF dihasilkan menggunakan kaedah yang berbeza dengan ketara daripada pengeluaran gentian optik kaca. Terdapat dua pendekatan pembuatan utama:

Kaedah Lukisan Prabentuk

Dalam kaedah ini, prabentuk polimer dengan profil indeks biasan yang dikehendaki mula-mula dibuat-contohnya, melalui pemendapan emparan, di mana campuran metil metakrilat dan benzil metakrilat dimasukkan ke dalam tiub berputar pantas dan dipolimerkan oleh tindak balas haba. Prabentuk kemudiannya dipanaskan dan ditarik menjadi gentian. Kaedah ini, termasuk pempolimeran tertutup dan lukisan gentian, telah berkesan dalam menghasilkan POF kehilangan rendah dengan pengecilan serendah 55 dB / km pada panjang gelombang 568 nm.

Kaedah Penyemperitan

Penyemperitan ialah proses berterusan yang mampu menghasilkan POF pada kelajuan yang berguna secara komersial-contohnya, sekurang-kurangnya 1 m / s untuk gentian diameter luar 250 μm. Dalam proses penyemperitan bersama dibantu resapan, dua atau lebih bahan polimer yang mengandungi bahan tambahan untuk pengubahsuaian indeks biasan dimasukkan secara berasingan ke dalam acuan kopenyemperitan, di mana struktur berbilang lapisan sepusat terbentuk. Dopants meresap semasa proses fabrikasi, dan profil indeks biasan boleh dikawal dengan melaraskan suhu zon resapan dan kelajuan putaran skru. Kaedah ini telah digunakan untuk mengarang GI-POF dengan lebar jalur lebih tinggi daripada 600 Mbit / s pada jarak 100 m.

Rawatan selepas penyemperitan

Langkah selepas penyemperitan boleh meningkatkan berat molekul matriks polimer kepada julat kira-kira 30,000 hingga sekurang-kurangnya 300,000, memberikan kestabilan mekanikal dan haba yang baik kepada gentian.

Ciri-ciri Persembahan Teras

Pengecilan

Pengecilan POF adalah wavelength-dependent dan jauh lebih tinggi daripada gentian kaca. SI-POF biasa mempunyai pengecilan kira-kira 0.15-0 .2 dB / m pada 650 nm. POF teras PMMA mempunyai minima pengecilan di kawasan yang boleh dilihat antara 520 nm dan 670 nm. GI-POF berfluorinasi mencapai pengecilan yang lebih rendah iaitu kira-kira 60 dB / km dalam jalur O 1290-1320 nm, walaupun pengecilan meningkat kepada kira-kira 200 dB / km dalam jalur S, C dan L. Had pengecilan yang lebih rendah secara teori dalam POF terfluorinasi pada 850 nm didapati 10 dB / km.

Bukaan Berangka

POF mempunyai apertur berangka (NA) yang besar biasanya dalam julat 0.3 hingga 0.5. NA yang besar ini, digabungkan dengan diameter teras yang besar, menjadikan POF sangat bertolak ansur dengan salah jajaran dan membolehkan gandingan cahaya mudah daripada sumber LED yang murah. Sudut penerimaan biasanya 60.

Lebar jalur

Jalur lebar SI-POF dihadkan oleh penyebaran antara mod. GI-POF menawarkan lebar jalur yang jauh lebih tinggi, dengan reka bentuk semasa menawarkan sehingga 2 GHz pada 100 m. Penyelidikan telah menunjukkan penghantaran berbilang gigabit melalui POF untuk komunikasi jarak dekat.

Jejari Bengkok Minimum

POF menawarkan fleksibiliti yang sangat baik. Jejari lentur minimum biasa untuk kabel POF simplex ialah 15 mm, dan 25 mm untuk konfigurasi dupleks. Fleksibiliti ini membolehkan penggunaan dalam ruang sempit dan persekitaran yang keras.

Aplikasi yang Sesuai dan Tidak Sesuai

Aplikasi yang Sesuai

• Rangkaian dalam kenderaan automotif
  : POF digunakan untuk sistem infotainmen, pencahayaan, rangkaian multimedia dan penghantaran data penderia, menawarkan imuniti EMI dan penghantaran data berkelajuan tinggi. Piawaian seperti PALING dan Flexray telah diterima pakai secara meluas untuk aplikasi POF automotif.
  

• Automasi industri
  : POF digunakan dalam robotik, sistem kawalan industri dan automasi kilang di mana jarak adalah pendek dan gangguan elektromagnet menjadi kebimbangan.
  

• Rangkaian rumah
  : POF menyediakan penyelesaian kos rendah dan mudah dipasang untuk rangkaian data dalam rumah.
  

• Elektronik pengguna
  : Port audio optik digital dalam TV dan peralatan audio pengguna biasanya menggunakan POF.
  

• Pencahayaan dan pencahayaan
  : POF digunakan secara meluas untuk pencahayaan hiasan, pencahayaan muzium objek sensitif cahaya, pencahayaan kolam renang, dan kesan siling starfield.
  

• Penderia perubatan
  : Biokompatibiliti POF membolehkan pemantauan tanda fisiologi seperti kadar pernafasan, kadar denyutan jantung, tekanan kaki dan pergerakan sendi.
  

Kes yang Memerlukan Jenis Serat Lain

• Telekomunikasi jarak jauh
  : Pengecilan tinggi POF (0.2 dB / m lwn. 0.2 dB / km untuk gentian kaca) menjadikannya tidak sesuai untuk jarak melebihi beberapa ratus meter.
  

• Rangkaian tulang belakang lebar jalur tinggi
  : Gentian kaca menawarkan lebar jalur sehingga 100 GHz · km, jauh melebihi keupayaan POF.
  

• Persekitaran suhu tinggi
  : POF mempunyai toleransi suhu yang lebih rendah daripada gentian kaca; julat operasi biasa ialah -20C hingga + 70C, dengan keupayaan jangka pendek sehingga + 85C.
  

• Pemasangan jarak jauh bawah laut atau luaran
  : POF tidak direka untuk penggunaan jarak jauh luar dan bukan pengganti kabel gentian kaca berkadar luar.
  

Piawaian dan Ujian yang Berkenaan

Piawaian Antarabangsa

POF dilindungi oleh piawaian antarabangsa berikut:

• IEC 60793-2
  : Berkenaan dengan gentian berbilang mod optik kategori A4 dengan teras plastik dan pelapisan plastik, termasuk indeks langkah, indeks berbilang langkah dan profil indeks berperingkat. Subkategori termasuk A4a, A4b, A4c, A4d, A4e, A4f, A4g dan A4h.
  

• IEC 60794-2-40
  : Spesifikasi keluarga meliputi gentian A4 penimbal dan gentian A4 berkabel untuk kegunaan dalaman.
  

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

• EN 50173-1 dan EN 50173-4
  : Tentukan kehilangan saluran dan pautkan keperluan belanjawan untuk POF dalam aplikasi dalaman.
  

Parameter Ujian Kekunci

POF lwn Gentian Optik Kaca: Perbezaan Utama

Soalan Lazim

Adakah POF sesuai untuk pemasangan luar?

Tidak. POF terutamanya direka untuk aplikasi dalaman. Kabel gentian kaca luaran dengan halangan kelembapan yang betul, perisai, dan perlindungan UV diperlukan untuk penggunaan luaran. POF tidak boleh digunakan untuk aplikasi jarak jauh atau pengebumian langsung.

Bolehkah POF menggantikan gentian kaca dalam semua aplikasi?

Tidak. POF dan gentian kaca melayani segmen pasaran yang berbeza. POF dioptimumkan untuk aplikasi jarak dekat, kos rendah, mudah dipasang, manakala gentian kaca diperlukan untuk telekomunikasi jarak jauh dan lebar jalur tinggi.

Apakah julat suhu operasi biasa POF?

POF standard beroperasi dari -20C hingga + 70C, dengan keupayaan jangka pendek sehingga + 85C. Varian POF yang berfluorinasi dan khusus mungkin menawarkan julat suhu lanjutan.

Adakah POF memerlukan pembumian?

Tidak. POF ialah media semua dielektrik dan tidak mengalirkan elektrik, jadi ia tidak memerlukan pembumian. Ini menjadikan POF amat sesuai untuk persekitaran dan aplikasi sensitif elektrik di mana imuniti EMI diperlukan.

Apakah perbezaan antara serat POF dan HCS (Silika Bersalut Keras)?

POF mempunyai kedua-dua teras dan pelapisan yang diperbuat daripada plastik, manakala gentian HCS mempunyai teras kaca dengan pelapisan plastik keras. POF menawarkan diameter teras yang lebih besar dan kos yang lebih rendah, manakala HCS memberikan pengecilan yang lebih rendah daripada POF tetapi kos yang lebih tinggi.

Kesimpulan

Gentian optik plastik ialah ahli khusus keluarga gentian optik, dibezakan oleh pembinaan polimernya, diameter teras yang besar, apertur berangka yang tinggi, kemudahan penamatan dan kos rendah. Walaupun POF tidak dapat memadankan prestasi pengecilan dan lebar jalur gentian optik kaca, ia menyediakan penyelesaian kos efektif, fleksibel dan EMI-imun untuk aplikasi jarak dekat termasuk rangkaian automotif, automasi industri, rangkaian rumah, elektronik pengguna, pencahayaan dan penderiaan perubatan. Pembangunan POF indeks berperingkat dan POF perfluorinated terus mengembangkan sampul prestasi teknologi ini. POF dikawal oleh piawaian antarabangsa termasuk IEC 60793-2 dan IEC 60794-2-40, yang mentakrifkan keperluan dimensi, mekanikal, penghantaran dan alam sekitar untuk gentian kategori A4.

Rujukan

1. Persatuan Gentian Optik (FOA). 
   Gentian Optik Plastik (POF)
   . Boleh didapati di: 
   https://www.thefoa.org/tech/pof.htm
   

2. Linden Photonics Inc. 
   Gentian Optik Kaca lwn Gentian Optik Plastik: Perbandingan Komprehensif
   . 2024

3. IEC 60793-2. 
   Gentian optik - Bahagian 2: Spesifikasi produk - Spesifikasi keratan untuk gentian berbilang mod kategori A4
   

4. IEC 60794-2-40. 
   kabel gentian optik - Bahagian 2-40: kabel gentian optik dalaman - Spesifikasi keluarga untuk kabel gentian A4
   

5. COMOSS Elektronik Co., LTD. 
   Lembaran Data Kabel POF ™ OptoLup
   

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

7. IEEE Xplore. 
   Penghantaran GI-POF Pada Kadar Bit Berbeza, Panjang Gentian dan Panjang Gelombang: 1310 dan 1550 Nm
   . 2024

8. Kaino T, Jingugi K, Nara S. 
   Gentian optik plastik kehilangan rendah
   . Persidangan Komunikasi Gentian Optik, 1983