Plastik Optik Fiber (POF): Tanım, Tipler, İnşaat ve Uygulamalar

plastik optik fiber (POF), tamamen polimer malzemelerden yapılmış, büyük bir çekirdek çapına (tipik olarak 1 mm) sahip, LED kaynaklarından kolay ışık bağlantısı ve basit, düşük maliyetli sonlandırma sağlayan çok modlu bir optik elyaftır. Uzun mesafeli telekomünikasyon için kullanılan cam optik elyafın (GOF) aksine, POF, kurulum kolaylığının ve maliyet verimliliğinin ultra düşük zayıflama ve yüksek bant genişliğine göre önceliklendirildiği kısa mesafeli veri iletimi, araç içi ağlar, endüstriyel otomasyon ve aydınlatma uygulamaları için tasarlanmıştır. Bu makale, plastik optik elyafın tanımı, türleri, yapımı, üretim süreci, performans özellikleri, uygulamaları ve geçerli standartlarını kapsar.

Plastik Optik Fiber Nedir?

Plastik optik fiber (POF), hem çekirdeğin hem de kaplamanın plastik malzemelerden yapıldığı bir optik elyaftır. Çekirdek tipik olarak polimetil metakrilattan (PMMA), kaplama ise florlanmış polimerden yapılmıştır. Çekirdeğin kırılma indisi kaplamanınkinden daha yüksektir, böylece fibere iletilen ışık ışınları çekirdek ve kaplama arasındaki sınırda geri yansıtılır.

Önemli ayrım
: POF, hem malzeme hem de performansta cam optik elyaftan (GOF) farklıdır. GOF son derece saf silika cam kullanır ve 1550 nm 'de 0,2 dB / km kadar düşük bir zayıflama sağlarken, POF' un tipik zayıflaması 650 nm 'de 0,2 dB / m' dir - yaklaşık 1.000 kat daha yüksektir. POF bu nedenle uzun mesafeli veya yüksek bant genişlikli omurga uygulamalarında cam elyafın yerine geçmez, daha çok "son yüz metre" için tamamlayıcı bir teknolojidir.

Plastik Optik Fiber Türleri

POF, kırılma indisi profiline göre iki ana tipte sınıflandırılır:

Step-Index POF (SI-POF)

Adım indeksi POF, çekirdek kaplama sınırında ani bir değişiklikle birlikte çekirdek boyunca tek tip bir kırılma indisine sahiptir. Bu, en yaygın ve en düşük maliyetli POF türüdür. Bununla birlikte, SI-POF, bant genişliği-mesafe ürününü 10 Ghz · km 'nin altına sınırlayan büyük intermodal dağılımdan muzdariptir. Tipik SI-POF, yaklaşık 1 mm' lik bir çekirdek çapına ve 0,5 'lik bir sayısal açıklığa (NA) sahiptir.

Graded-Index POF (GI-POF)

Kademeli indeksli POF, çekirdeğin merkezinden çekirdek kaplama kavşağına kademeli olarak azalan bir kırılma indisine sahiptir. Bu profil, daha uzun yollar alan ışık ışınlarının daha hızlı hareket etmesine izin vererek intermodal gecikmeyi telafi eder. GI-POF, SI-POF 'tan önemli ölçüde daha yüksek bant genişliği sunar ve mevcut tasarımlar 100 metre mesafelerde 2 Ghz' ye kadar bant genişliği sunar. Perflorlanmış GI-POF (PF-GI-POF), çekirdek çapları 50 um ila 120 um arasında değişen daha yüksek performanslı bir varyanttır.

Plastik Optik Fiber Nasıl Üretilir?

POF, cam optik fiber üretiminden önemli ölçüde farklı yöntemler kullanılarak üretilir. İki ana üretim yaklaşımı vardır:

Preform Çizim Yöntemi

Bu yöntemde, istenen kırılma indisi profiline sahip bir polimer preformu ilk olarak, örneğin, bir metil metakrilat ve benzil metakrilat karışımının hızla dönen bir boruya beslendiği ve termal reaksiyon ile polimerize edildiği santrifüj biriktirme ile üretilir. Preform daha sonra ısıtılır ve lif içine çekilir. Kapalı polimerizasyon ve lif çekme dahil olmak üzere bu yöntem, 568 nm dalga boyunda 55 dB / km kadar düşük zayıflama ile düşük kayıplı POF üretmede etkili olmuştur.

Ekstrüzyon Yöntemi

Ekstrüzyon, ticari olarak kullanışlı hızlarda POF üretebilen sürekli bir işlemdir - örneğin, 250 um dış çaplı lif için en az 1 m / s. Difüzyon destekli koekstrüzyon işleminde, kırılma indisi modifikasyonu için katkı maddeleri içeren iki veya daha fazla polimerik malzeme, eşmerkezli çok katmanlı bir yapının oluştuğu bir koekstrüzyon kalıbına ayrı ayrı beslenir. Dopantlar fabrikasyon işlemi sırasında dağılır ve kırılma indisi profili, difüzyon bölgesinin sıcaklığını ayarlayarak ve vida dönüş hızıyla kontrol edilebilir. Bu yöntem, 100 m mesafeden 600 Mbit / s 'den daha yüksek bant genişliğine sahip GI-POF' yi üretmek için kullanılmıştır.

Ekstrüzyon Sonrası Tedavi

Ekstrüzyon sonrası bir adım, polimer matrisin moleküler ağırlığını yaklaşık 30.000 ila en az 300.000 aralığına çıkarabilir ve elyafa iyi mekanik ve termal stabilite sağlar.

Temel Performans Özellikleri

Zayıflama

POF zayıflaması wavelength-dependent ve cam elyafınkinden önemli ölçüde daha yüksektir. Tipik SI-POF, 650 nm 'de yaklaşık 0.15-0.2 dB / m' lik bir zayıflamaya sahiptir. PMMA çekirdekli POF, görünür bölgede 520 nm ile 670 nm arasında zayıflama minimumuna sahiptir. Perflorlanmış GI-POF, 1290-1320 nm O-bandında yaklaşık 60 dB / km 'lik daha düşük zayıflama sağlar, ancak S, C ve L bantlarında zayıflama yaklaşık 200 dB / km' ye yükselir. 850 nm 'de perflorlu POF' de teorik bir alt zayıflama sınırının 10 dB / km olduğu bulunmuştur.

Sayısal Açıklık

POF, tipik olarak 0,3 ila 0,5 arasında geniş bir sayısal açıklığa (NA) sahiptir. Bu büyük NA, büyük çekirdek çapıyla birleştiğinde, POF 'u yanlış hizalamaya karşı oldukça toleranslı hale getirir ve ucuz LED kaynaklarından gelen ışığın kolay bağlanmasını sağlar. Kabul açısı tipik olarak 60' tır.

Bant genişliği

SI-POF bant genişliği, intermodal dağılım ile sınırlıdır. GI-POF, mevcut tasarımların 100 m 'de 2 GHZ' ye kadar sunduğu, önemli ölçüde daha yüksek bant genişliği sunar. Araştırmalar, kısa menzilli iletişimler için POF üzerinden çoklu gigabit iletimini göstermiştir.

Minimum Viraj Yarıçapı

POF mükemmel esneklik sunar. Simplex POF kablosu için tipik minimum bükülme yarıçapı 15 mm ve çift yönlü konfigürasyonlar için 25 mm 'dir. Bu esneklik, dar alanlarda ve zorlu ortamlarda konuşlandırmayı sağlar.

Uygun ve Uygun Olmayan Uygulamalar

Uygun Uygulamalar

• Araç içi otomotiv ağları
  : POF, EMI bağışıklığı ve yüksek hızlı veri iletimi sunan bilgi-eğlence sistemleri, aydınlatma, multimedya ağları ve sensör veri iletimi için kullanılır. MOST ve Flexray gibi standartlar, otomotiv POF uygulamaları için yaygın olarak benimsenmiştir.
  

• Endüstriyel Otomasyon
  : POF, mesafelerin kısa olduğu ve elektromanyetik girişimin söz konusu olduğu robotik, endüstriyel kontrol sistemleri ve fabrika otomasyonunda kullanılır.
  

• Ev ağı
  : POF, ev içi veri ağları için düşük maliyetli, kurulumu kolay bir çözüm sağlar.
  

• Tüketici elektroniği
  : TV 'lerdeki ve tüketici ses ekipmanlarındaki dijital optik ses bağlantı noktaları genellikle POF kullanır.
  

• Aydınlatma ve aydınlatma
  : POF, dekoratif aydınlatma, ışığa duyarlı nesnelerin müze aydınlatması, yüzme havuzu aydınlatması ve yıldız tarlası tavan efektleri için yaygın olarak kullanılmaktadır.
  

• Tıbbi sensörler
  : POF 'un biyouyumluluğu, solunum hızı, kalp atış hızı, ayak basıncı ve eklem hareketi gibi fizyolojik belirtilerin izlenmesini sağlar.
  

Başka Bir Fiber Tipi Gerektiren Kılıflar

• Uzun mesafeli telekomünikasyon
  : POF 'un yüksek zayıflaması (cam elyafı için 0,2 dB / m' ye karşı 0,2 dB / km), ONU birkaç yüz metreden uzun mesafeler için uygun hale getirmez.
  

• Yüksek bant genişliğine sahip omurga ağları
  : Cam elyafı, POF yeteneklerini çok aşan 100 Ghz · km 'ye kadar bant genişliği sunar.
  

• Yüksek sıcaklık ortamları
  : POF, cam elyaftan daha düşük sıcaklık toleransına sahiptir; tipik çalışma aralığı -20C ila + 70C 'dir ve + 85C' ye kadar kısa süreli kapasiteye sahiptir.
  

• Denizaltı veya açık uzun mesafe montajı
  : POF, açık havada uzun mesafeli dağıtım için tasarlanmamıştır ve açık hava dereceli cam elyaflı kabloların yerine geçmez.
  

Uygulanabilir Standartlar ve Testler

Uluslararası Standartlar

POF aşağıdaki uluslararası standartlar kapsamındadır:

• TS EN 60793-2
  : Adım indeksi, çok adımlı indeks ve kademeli indeks profilleri dahil olmak üzere plastik çekirdekli ve plastik kaplamalı A4 optik çok modlu lifler kategorisine uygulanabilir. Alt kategoriler arasında A4a, A4b, A4c, A4d, A4e, A4f, A4g ve A4h bulunur.
  

• TS EN 60794-2-40
  : İç mekan kullanımı için tamponlu A4 elyafları ve kablolu A4 elyafları kapsayan aile spesifikasyonu.
  

• ETSI TS 105 175-1
  : 100 Mbit / s ve 1 Gbit / s birlikte çalışabilirlik için POF kablolama sistemi gereksinimlerini belirtir.
  

• EN 50173-1 ve EN 50173-4
  : İç mekan uygulamalarında kanal kayıplarını tanımlayın ve POF için bütçe gereksinimlerini bağlayın.
  

Anahtar Test Parametreleri

POF ve Cam Optik Fiber: Temel Farklılıklar

Sıkça Sorulan Sorular

POF dış mekan kurulumu için uygun mu?

Hayır. POF öncelikle iç mekan uygulamaları için tasarlanmıştır. Dış mekan konuşlandırması için uygun nem bariyerlerine, zırhlara ve UV korumasına sahip dış mekan sınıfı cam elyaflı kablolar gereklidir. POF, açık hava uzun mesafe veya doğrudan gömme uygulamaları için kullanılmamalıdır.

POF tüm uygulamalarda cam elyafın yerini alabilir mi?

Hayır. POF ve cam elyafı farklı pazar segmentlerine hizmet eder. POF kısa mesafeli, düşük maliyetli, kurulumu kolay uygulamalar için optimize edilmişken, uzun mesafeli, yüksek bant genişlikli telekomünikasyonlar için cam elyafı gereklidir.

POF 'un tipik çalışma sıcaklığı aralığı nedir?

Standart POF, -20C ile + 70C arasında çalışır ve + 85C 'ye kadar kısa süreli kapasiteye sahiptir. Perflorlu ve özel POF varyantları, uzun sıcaklık aralıkları sunabilir.

POF topraklama gerektirir mi?

Hayır. POF tamamen dielektrik bir ortamdır ve elektrik iletmez, bu nedenle topraklama gerektirmez. Bu, POF 'u özellikle elektriksel olarak hassas ortamlar ve EMI bağışıklığının gerekli olduğu uygulamalar için uygun kılar.

POF ve HCS (Sert Kaplı Silika) elyafı arasındaki fark nedir?

POF 'un hem çekirdeği hem de kaplaması plastikten yapılmışken, HCS elyafının sert plastik kaplamalı bir cam çekirdeği vardır. POF, daha büyük çekirdek çapları ve daha düşük maliyet sunarken, HCS, POF' tan daha düşük zayıflama sağlar, ancak daha yüksek maliyet sağlar.

Sonuç

Plastik optik fiber, polimer yapısı, büyük çekirdek çapı, yüksek sayısal açıklığı, sonlandırma kolaylığı ve düşük maliyeti ile ayırt edilen optik fiber ailesinin uzman bir üyesidir. POF, cam optik lifin zayıflatma ve bant genişliği performansıyla eşleşemezken, otomotiv ağları, endüstriyel otomasyon, ev ağları, tüketici elektroniği, aydınlatma ve tıbbi algılama dahil olmak üzere kısa mesafeli uygulamalar için uygun maliyetli, esnek ve EMI-bağışık bir çözüm sunar. Kademeli indeksli POF ve perflorlu POF 'un gelişimi, bu teknolojinin performans zarfını genişletmeye devam ediyor. POF, A4 kategori lifleri için boyutsal, mekanik, iletim ve çevresel gereksinimleri tanımlayan IEC60793-2 ve IEC60794-2-40 dahil olmak üzere uluslararası standartlara tabidir.

Referanslar

1. Fiber Optik Derneği (FOA). 
   Plastik Optik Fiber (POF)
   . Şu adreste mevcuttur: 
   https://www.thefoa.org/tech/pof.htm
   

2. Linden Photonics Inc. 
   Cam Optik Fiber vs Plastik Optik Fiber: Kapsamlı Bir Karşılaştırma
   . 2024

3. TS EN 60793-2. 
   Optik lifler - Bölüm 2: Ürün özellikleri - A4 kategorisi çok modlu lifler için kesit spesifikasyonu
   

4. TS EN 60794-2-40. 
   Optik fiber kablolar - Bölüm 2-40: İç mekan optik fiber kablolar - A4 fiber kablolar için aile spesifikasyonu
   

5. COMOSS Elektronik A.Ş., LTD. 
   OptoLup™ POF Kablo Veri Sayfası
   

6. ETSI TS 105 175-1. 
   100 Mbit / s ve 1 Gbit / s için Plastik Optik Fiber Sistem Spesifikasyonları
   

7. IEEE Xplore. 
   Farklı Bit Hızlarında, Fiber Uzunluklarında ve Dalga Boylarında GI-POF İletimi: 1310 ve 1550 Nm
   . 2024

8. Kaino T, Jingugi K, Nara S. 
   Düşük kayıplı plastik optik lifler
   . Fiber Optik İletişim Konferansı, 1983