目前，塑料光纖因為其制造簡單、價格便宜、接續(xù)快捷等優(yōu)點，而備受矚目。塑料光纖最先是由日本、美國等發(fā)達國家的一些大學(xué)和公司研究出來，進而成為新一代短距離光傳輸介質(zhì)。塑料光纖主要應(yīng)用于低速、短距離的傳輸中，在汽車、消費電子、工業(yè)控制總線系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)展前景良好，尤其適宜于局域網(wǎng)中短距離通信、有線電視網(wǎng)、室內(nèi)計算機之間的先傳輸。
1 塑料光纖的發(fā)展
塑料光纖（POF）已有30多年的研究歷史，最初用于照明，后來在汽車、醫(yī)療和工業(yè)控制等領(lǐng)域逐漸得到推廣，最近在通信領(lǐng)域中也取得了突破性進展。
70年代初，美國杜邦公司開始了用戶數(shù)據(jù)通信的塑料光纖的基礎(chǔ)研究工作。
1987年，美國杜邦公司將其擁有的所有塑料光纖產(chǎn)品專利全部出售給日本三菱人造絲株式會社。三菱人造絲株式會社繼續(xù)進行塑料光纖產(chǎn)品開發(fā)和推廣應(yīng)用工作。同年，法國塑料光纖聯(lián)合集團研制出的階躍折射率分布塑料光纖，其帶寬為5MHz·km。
1992年，美國IBM公司的Bates提出了在100m長的階躍折射率分布塑料光纖傳輸50Mbps的試驗，小池康博等報道了用紅外激光器在100m長的塑料光纖上進行2.5Gbps的傳輸試驗。
1998年，日本NEC公司的山崎在70m長塑料光纖上進行了400kbps的傳輸試驗。日本硝子玻璃株式會社報道，梯度折射分布的氟化物塑料光纖的衰減僅為摻雜的聚甲基丙烯酯塑料光纖衰減的1／3日本富士通公司的今井報道，以1. 3μmFP-LD、In-GaAs-APD為光源，在200m梯度折射率分布的氟化物塑料光纖上進行了2.5Gbps試驗。
目前，塑料光纖應(yīng)用于低速、短距離的傳輸中。最近分段分序POF技術(shù)的發(fā)展已把帶寬提高到3GHz。新近開發(fā)的年模POF、POF中的光放大器、對1550nm。低損耗的新型POF材料以及更高功率更快的光源，都使得光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）、異步傳輸模式（ATM）、企業(yè)系統(tǒng)連接體系結(jié)構(gòu)（Escon）、光纖通道（FC）、同步光纖網(wǎng)（SONET）等應(yīng)用都涉及塑料光纖領(lǐng)域。
然而，這種介質(zhì)目前還不為標(biāo)準(zhǔn)所認(rèn)可，因為現(xiàn)在可用的技術(shù)在要求的帶寬下都限制在50m內(nèi)�；蛟S五年以后，低成本的POF會得到商業(yè)化的應(yīng)用。
2 塑料光纖的應(yīng)用
網(wǎng)絡(luò)成本的降低、性能的提高（速度更快）、數(shù)字電子的引入、電磁干擾的減少以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定與完善正推動著電信、消費電子、汽車以及工控市場的迅猛發(fā)展，而這四個市場的進步又促使塑料光纖技術(shù)逐漸成為光通信產(chǎn)業(yè)的主流。同時，POF技術(shù)還在低損耗、高性能、氟化聚合物梯度折射率塑料光纖和新型光源方面具有誘人的魅力。
（1）汽車工業(yè)
隨著汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的飛速發(fā)展，信息量的增加，汽車制造商為了提高汽車的安全性能，正在加快采用氣囊與傳感器的步伐，以便在車內(nèi)處理更多的信息。與原來使用的線束相比，POF具有不放射電磁噪音、質(zhì)量輕的特點，因此越來越受到汽車制造商的歡迎。
�。�2）消費電子
1394b是消費電子領(lǐng)域的一套新標(biāo)準(zhǔn)，完全兼容1394a高速匯流排標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)把傳輸距離從原來的4.5m大幅增至100m，讓使用者能在家庭或小型辦公樓內(nèi)，通過電纜線建置一套高速傳輸網(wǎng)路。1394b標(biāo)準(zhǔn)也可以使用多種傳輸媒介，包括Cat.5銅纜線、塑膠光纖以及玻璃材料光纖。此外，1394b的最大傳輸速率也比1394a標(biāo)準(zhǔn)提高許多，傳輸速度超過400Mbps，最高可達3.2Gbps，并且明確指出將具有低損耗高性能的POF作為傳輸介質(zhì)之一。
�。�3）工業(yè)控制總線系統(tǒng)
隨著計算機和自動控制技術(shù)的高速發(fā)展，工業(yè)自動化水平提高到一個嶄新的高度。工業(yè)自動化根據(jù)其特點和使用方向可分為過程控制自動化、面向生產(chǎn)和制造業(yè)的自動化以及自動化測量系統(tǒng)（工業(yè)測量儀表）。這些工業(yè)自動化系統(tǒng)的建立和發(fā)展都有一個共同特點，即由直接控制系統(tǒng)向集散型控制系統(tǒng)發(fā)展，而這種集散型控制系統(tǒng)的發(fā)展都是以各種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)。通過這些形形色色的工業(yè)總線系統(tǒng)，各種工業(yè)設(shè)備構(gòu)成一個既分散又統(tǒng)一的整體。對POF來說，工業(yè)控制總線系統(tǒng)是其最穩(wěn)定和最大的市場之一。通過轉(zhuǎn)換器，POF可以與RS232、RS422、100Mbps以太網(wǎng)、令牌網(wǎng)等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口相連，從而在惡劣的工業(yè)制造環(huán)境中提供穩(wěn)定、可靠的通信線路，高速傳輸工業(yè)控制信號和指令，避免了因使用全屬電纜線路受電磁干擾而導(dǎo)致通信中斷的危險。
（4）互聯(lián)網(wǎng)
由于大型路由器、光交叉連接器和光轉(zhuǎn)換器的速度已經(jīng)達到了兆兆位，因此如何保持這些器件問信息的高速傳輸就顯得極為重要�，F(xiàn)在人們已經(jīng)可以實現(xiàn)OC-192互聯(lián)，它的最大速度可達到40Gbps。目前的主要問題是降低成本和復(fù)雜性，提高底板提供給元件間、電板間、底盤間、支架間配線的可靠性。
現(xiàn)在，越來越多的大型機構(gòu)、數(shù)據(jù)中心和協(xié)同定位設(shè)施將不同類型的設(shè)備連接起來所以這些地方也安裝了越來越多的系統(tǒng)。局域網(wǎng)的長度正不斷擴展，從幾英寸延長到幾十米，這恰恰是目前新型塑料光纖的傳輸距離范圍。塑料光纖在傳輸距離超過100m時，其傳輸速度也能達到11Gbps。
綜上所述，塑料光纖的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。由于這四個主要應(yīng)用市場的快速發(fā)展，IGIC預(yù)測2002年P(guān)OF市場規(guī)模為5.02億美元，2006定將超過20億美元。
3 塑料光纖技術(shù)
（1）光纖結(jié)構(gòu)
顧名思義塑料光纖，即構(gòu)成光纖的芯與包層都是塑料材料。與大芯徑50/125μm和62.5/125μm的石英玻璃多模光纖相比，塑料光纖的芯徑高達200～1000μm，其接續(xù)時可使用不帶光纖定位套筒的便直注塑塑料連接器，即便是光纖接續(xù)中芯對準(zhǔn)產(chǎn)生 ±30μm偏差都不會影響耦合損耗。正是塑料光纖結(jié)構(gòu)賦予了其施工快捷，接續(xù)成本低等優(yōu)點。另外，芯徑100μm或更大則能夠消除在石英玻璃多模光纖中存在的模間噪音。
�。�2）光纖材料
塑料光纖材料選擇時，人們應(yīng)重點解決的問題是材料的本身衰減要低、色散要小、制造簡單、價格低廉等。
當(dāng)今，選作塑料光纖芯材有：聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯聚碳酸醋、氟化聚甲基丙烯酸酯和全氟樹脂等；選作塑料光纖包層有：聚甲基丙烯酸甲醋、氟塑料、硅樹脂等。究其原因是：這些聚合物①有透光性好、光學(xué)性質(zhì)均勻、折射率調(diào)整便利等；②以單體存在時通過減壓蒸餾方法就可以提純；③形成光纖的能力強；④加工及價格便宜等。
（3）制造工藝
今天，人們用來制造塑料光纖的兩種方法：擠壓法和界面凝膠法，都是由塑料生產(chǎn)加工工藝演變而來的。
擠壓法主要用于制造階躍折射率分布塑料光纖。該工藝步驟大致如下：首先，將作為纖芯的聚甲基丙烯甲酯的單體甲基丙烯甲酯通過減壓蒸餾提純后，連同聚合引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑一并送人聚合容器中，接著再將該容器放入電烘箱中加熱，置放一定時間，以使單體完全聚合，最后，將盛有完全聚合的聚甲基丙烯甲酯的容器加溫至拉絲溫度，并用干燥的氮氣從容器的上端對已熔融的聚合物加壓，該容器底部小嘴便擠出一根塑料光纖芯，同時使擠出的纖芯外再包覆一層低折射率的聚合物，就制成了階躍型塑料光纖。
梯度折射率分布塑料光纖的制造方法為界面凝膠法，界面凝膠法的工藝步驟大致如下：首先將高折射率摻雜劑置于芯單體中制成芯混合溶液，其次把控制聚合速度、聚合物分子量大小的引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑放入芯混合溶液，再將該溶液投入一根選作包層材料聚甲基丙烯甲酯（PMMA）的空心管內(nèi)，最后將裝有芯混合溶液PMMA管子放入一烘箱內(nèi)，在一定的溫度和條件下聚合。在聚合過程中，PMMA管內(nèi)逐漸被混合溶液溶脹，從而在PMMA管內(nèi)壁形成凝膠相。在凝膠相分子運動速度減慢，聚合反應(yīng)由于“凝膠作用”而加速，聚合物的厚度逐漸增厚，聚合終止于PMMA管子中心，從而獲得一根折射率沿徑向呈梯度分布的光纖預(yù)制棒，最后再將塑料光纖預(yù)制棒送入加熱爐內(nèi)加溫拉制成梯度折射率分布塑料光纖。
�。�4）光纖性能
自1966年，英藉華人高餛提出光介質(zhì)表面波導(dǎo)設(shè)想以來，光纖的研究由70年代起至今經(jīng)歷了由0.85μm多模光纖、1.31μm標(biāo)準(zhǔn)單模光纖、1.55μm色散位移單模光纖、1.55μm非零色散移單模光纖和1.55μm大有效面積非零色散位移單模光纖幾大技術(shù)與產(chǎn)品的飛躍。石英玻璃光纖性能的研究重點自始至終定位在衰減、色散、偏振模色散、非線性效應(yīng)等；塑料光纖的性能研究重點則是衰減、色散、熱穩(wěn)定性等。
◆衰減
塑料光纖的衰減主要受限于芯包塑料材料的吸收損耗和色散損耗。人們是通過選用低折射率和等溫壓縮率小的塑料材料和通過穩(wěn)定塑料光纖制造工藝降低結(jié)構(gòu)缺陷（如芯直徑波動，芯包界面缺陷等），來使塑料光纖獲得小的散射損耗，而塑料材料的吸收損耗則是由分子鍵（碳?xì)�、碳氟等）伸縮振動吸收和電子躍吸收所致的。
在碳?xì)滏I為基本骨架的塑料材料中，在波長650nm處的衰減系數(shù)大約為120dB／km，如果用氟原子置換碳?xì)滏I中的氫所組成的氟化塑料材料，不僅本征衰減小，而且色散也降低了。用氟化塑料制成的梯度折射率塑料光纖，其在紅外區(qū)無原子振動引起的吸收損耗。故可制得在可見光至紅外范圍的衰減很小，即在0.85μm波長處衰減系數(shù)為41dB／km。在1.3μm波長處衰減為33dB／km的梯度折射率分布的塑料光纖。
◆帶寬
用作短距離光傳輸介質(zhì)的塑料光纖，按其折射率分布形狀可分為兩種：階躍折射率分布塑料光纖和梯度折射率分布塑料光纖。階躍折射率分布塑料光纖由于模間色散作用使人射光發(fā)生反復(fù)的反射，射出的波形相對于人射波形出現(xiàn)展寬，故其傳輸帶寬僅為幾十至上百MHz·km。氟化梯度折射率分布塑料光纖從選擇低色散的材料出發(fā)，再以優(yōu)化的梯度折射率分布手段，即可將其折射率分布指數(shù)在0.85～1.3μm波長范圍內(nèi)選定為2.07～2.33，從而抑制模間色散，控制出射光波相對于人射光波展寬的效果，進而可制得傳輸帶寬高達幾百MHz·km至10GHz·km的梯度折射率分布的塑料光纖。
◆熱穩(wěn)定
由于塑料光纖是由塑料材料構(gòu)成的，故其在高溫環(huán)境中工作會發(fā)生氧化降解。氧化降解是光纖芯材料中的羰基、雙鍵和交聯(lián)形成的，氧化降解將促使電子躍遷加快，進而引起光纖損耗增大。為切實提高塑料光纖的熱穩(wěn)定性，通常的做法是：①選用含氟或硅的塑料材料來制造塑料光纖；②將塑料光纖的光源工作波長選擇在大于660nm，以求得塑料光纖熱穩(wěn)定性長期可靠。
◆系統(tǒng)應(yīng)用
塑料光纖在短距離通信光傳輸系統(tǒng)中用作先傳輸鏈路確保了高速互聯(lián)網(wǎng)接口快速、雙向、清晰地傳送高分辨率圖像和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。塑料光纖網(wǎng)絡(luò)能開展的寬帶業(yè)務(wù)有：交互多媒體和遠(yuǎn)程教學(xué)等。特別因為氫化梯度折射率塑料光纖具有低衰減、高帶寬、價格便宜、熱穩(wěn)定性好、大芯徑、便于接續(xù)施工等優(yōu)點，同時借助當(dāng)前商用的光收發(fā)端機和交換機成功進行了高速數(shù)據(jù)、圖像傳輸，所以氫化梯度折射率塑料將作為下一代短距離光傳輸系統(tǒng)用的先傳輸介質(zhì)。
3．2 塑料光纖的技術(shù)發(fā)展
在局域網(wǎng)中，POF與其它傳輸介質(zhì)相比，具有以下優(yōu)點：POF對電磁干擾不敏感，不發(fā)生輻射，不同數(shù)據(jù)速率下的衰減恒定，可預(yù)測誤碼率，可以在電噪聲環(huán)境中使用；尺寸較長，可降低接頭設(shè)計中公差控制的要求，成網(wǎng)成本低。
有源塑料光纖的光源性能正不斷改善。目前的光源主要有發(fā)光二極管（LED）光源和激光光源兩種。LED光源造價比較低，但在LE D光源功率及散則等性能方面有一定的缺陷，因而多應(yīng)用在短距離的局域網(wǎng)中。長距離的局域網(wǎng)主干中都使用傳統(tǒng)的激光光源，但是激光光源設(shè)備昂貴。為了克服這兩種光源的缺陷，近兩年來，人們又研制出一種新型光源，這就是工作窗口為650nm的具有共振腔的發(fā)光二極管（RC-LED）。它與垂直腔體表面發(fā)射激光器（VCSEL）很相像，但結(jié)構(gòu)更簡單，這使得標(biāo)準(zhǔn)階躍型（SI）聚甲基丙稀酸甲酯（PMMA）芯塑料光纖的連接性能得到提高。實驗證明，當(dāng)傳輸距離不超過50m時，SI-POF的傳輸速度可以達到500Mbps。
近期，世界領(lǐng)先的通信及醫(yī)療芯片供應(yīng)商Zarlink Semicon-ductor推出了針對家庭、辦公室和工廠使用的高速POF使用的發(fā)光二極管ZL6003。該器件是一種諧振腔發(fā)光二極管，采用高效率的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)將電子信號轉(zhuǎn)換為通過POF傳輸?shù)木_的高速紅色光脈沖。在50m塑料光纖上，它可以達到高達500Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，同時也滿足IEE 1394b標(biāo)準(zhǔn)。
梯度型塑料光纖（GI-POF）的發(fā)展?jié)摿艽蟆?000年日本旭玻璃株式會社研制出的GI-POF的衰減為16dB（波長為1310nm），帶寬為569MHz·km。2001年OFC’2001報道日本慶應(yīng)大學(xué)研究出的氟化聚合物在1.0～1.3μm波長處的最低衰減系數(shù)為15dB/km，并以幾個Gbps的速率傳輸了100m。正是這種玻璃態(tài)氟化聚合物中的氟化分子結(jié)構(gòu)使得GI-POF具有大芯徑、小衰減、高帶寬和高可靠性的特點。美國Nanoptics公司稱已開發(fā)出商用GI-POF產(chǎn)品，并將在2003年1月推向市場。PFGI-POF有望替代50／125μm和62.5／125μm多模光纖，成為下一代短距離高速傳輸系統(tǒng)中最好的先傳輸介質(zhì)。
許多研究機構(gòu)最近也正在開發(fā)POF光放大器、WDM系統(tǒng)和光纖光柵（FBG）等器件。最近有報道說去年澳大利亞的Redfem Polymer和韓國研究機構(gòu)KAIST研制出聚合體光電晶體光纖。Redfem計劃不久將聚合體光電晶體光纖推向市場。這些都表明越來越多的企業(yè)和機構(gòu)開始關(guān)注POF的材料、器件及應(yīng)用等。隨著POF制造技術(shù)和原材料制備技術(shù)的不斷進步，POF的相關(guān)成本仍會不斷下降。同時隨著激光器、光電子集成器件、連接器相關(guān)技術(shù)的不斷進步以及生產(chǎn)規(guī)模的擴大，這些器件的成本也會不斷下降，從而使得POF在接入通信中的優(yōu)勢更為明顯。
4 塑料光纖的最新進展
作為一種光傳輸介質(zhì)，POF目前的研究重點是：努力降低衰減；設(shè)法減少色散；完善制造工藝；提高環(huán)境性能；擴大應(yīng)用領(lǐng)域。目前，POF行業(yè)本身已經(jīng)取得了許多進展，例如1999年日本慶應(yīng)大學(xué)、日本旭玻璃株式會社等研制出的氟化聚合物芯梯度折射率塑料光纖（GI POF），在工作波長為840nm和1310nm處，傳輸速率為2.5Gbps，傳輸距離超過500m。1999年美國貝爾實驗室以830nm和1310nm波長，在氟化GI POF上進行了11Gbps的數(shù)據(jù) 傳輸試驗。塑料光纖在衰減與帶寬方面取得了新的進展，如日本ASAHI GLASS公司于2000年7月宣稱，他們將日本慶應(yīng)大學(xué)的GI-POF技術(shù)商品化，采用全氟聚合物CYTOP制造出GI光纖，該光纖的衰減速率為3Gbps，帶寬大于200MHz·kin。2000年日本硝子玻璃株式會社研制出的GI POF的衰減為16dB／km（波長為1310nm），帶寬為569MHz·km。2001年OFC’2001報道日本慶應(yīng)大學(xué)研究出的氟化聚合物在1.0～1.3μm處的最低衰減為15dB/km，傳輸距離達到了100m。2002年3月，有消息報道，美國麻省波士頓光纖公司研制出一種塑料光纖，其傳輸速度比現(xiàn)用標(biāo)準(zhǔn)銅線快30倍，而且比玻璃纖維的重量輕、柔性好、成本低。這種光纖利用光的折射或光在纖維內(nèi)的跳躍方式來達到較高的傳輸速度，可在100m內(nèi)以3Mbps的速度傳輸數(shù)據(jù)。表1列出了PFGI-POF的一些最新進展。
目前，世界上研究POF的主要機構(gòu)和組織是美國的POFTO、法國的POFClub、日本的POF協(xié)會、韓國政府最近組織的POF協(xié)會以及德國POF應(yīng)用中心（POFAC）在紐倫堡大學(xué)成立的德國聯(lián)盟。同時。我們也應(yīng)該看到，POF行業(yè)的進一步發(fā)展也遇到了一些阻礙因素，如：
（1）在目前的局域網(wǎng)中，與現(xiàn)有可升級的銅纜相比，使用塑料光纖的成本仍然較為昂貴，從而使得企業(yè)在準(zhǔn)備進行新的線纜業(yè)務(wù)時，會考慮光纜的使用率和價格是否合算。因此，由銅纜向光纜的過渡仍然是一個較為緩慢的過程。
�。�2）研究機構(gòu)缺少市場意識，與企業(yè)間的合作關(guān)系不太緊密，導(dǎo)致有些技術(shù)即使取得實質(zhì)性進展卻不能實用化。同時企業(yè)獲得市場與技術(shù)方面的相關(guān)信息也較困難。
�。�3）雖然ATM論壇在1997年5月通過155Mbpa POF和硬塑料包層的標(biāo)準(zhǔn)，但整個行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的制定與完善卻進展緩慢，從而不利于塑料光纖的產(chǎn)業(yè)化。
�。�4）POF開發(fā)者自身將目標(biāo)定得過高，將主要的精力投入到高端產(chǎn)業(yè)中，而這些產(chǎn)業(yè)需要更高的進入門檻和更先進的技術(shù)使得本應(yīng)成為POF主流的市場仍在大量使用銅纜。POF應(yīng)該以低端產(chǎn)業(yè)為基石，逐步占領(lǐng)這些市場后，再向高端產(chǎn)業(yè)進軍。
（5）缺少強有力的商業(yè)協(xié)會推動POF的發(fā)展。
�。�6）高校中缺少相關(guān)課程等等。
但總體來看，POF作為短距離通信網(wǎng)絡(luò)的理想傳輸介質(zhì)，在未來家庭智能化、辦公自動化、工控網(wǎng)絡(luò)化以及車載機載通信網(wǎng)等方面的地位越來越重要。廠使用的高速POF使用的發(fā)光二極管ZL6003。該器件是一種諧振腔發(fā)光二極管，采用高效率的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)將電子信號轉(zhuǎn)換為通過POF傳輸?shù)木_的高速紅色光脈沖。在50m塑料光纖上，它可以達到高達500Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，同時也滿足IEE 1394b標(biāo)準(zhǔn)。
