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[導(dǎo)讀] 在目前遠(yuǎn)距離、高速率、大容量的傳輸網(wǎng)絡(luò)中,具有高帶寬、小衰耗優(yōu)點(diǎn)的石英玻璃光纖是最為常用的光傳輸介質(zhì)。但是,短距離光傳輸和光接入工程對(duì)光傳輸媒質(zhì)有如下要求:制造工藝簡(jiǎn)單、較好的耐彎曲及耐擠壓特性

在目前遠(yuǎn)距離、高速率、大容量的傳輸網(wǎng)絡(luò)中,具有高帶寬、小衰耗優(yōu)點(diǎn)的石英玻璃光纖是最為常用的光傳輸介質(zhì)。但是,短距離光傳輸和光接入工程對(duì)光傳輸媒質(zhì)有如下要求:制造工藝簡(jiǎn)單、較好的耐彎曲及耐擠壓特性、接續(xù)工藝及操作簡(jiǎn)單。這些恰恰是石英玻璃光纖的缺點(diǎn),再加上石英玻璃光纖對(duì)加工原料純度有較高的要求,使其難以在短距離光接入中廣泛應(yīng)用。

受技術(shù)水平和成本的限制,目前的通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃忽略了通信距離與傳輸帶寬對(duì)傳輸介質(zhì)的要求,通常采用石英光纖作為傳輸媒介,給短距離通信帶來種種不便,加大了施工成本和施工難度。而布線方便、轉(zhuǎn)接靈活、制造工藝簡(jiǎn)單的塑料光纖完全能夠滿足短距離通信對(duì)傳輸媒質(zhì)的這些要求,并且在通信質(zhì)量達(dá)到較高要求的前提下,極大地節(jié)省了成本。

1 、塑料光纖概論

1.1 塑料光纖的結(jié)構(gòu)及工作原理

常見的塑料光纖剖面由內(nèi)至外依次為:塑芯、塑纖包層、塑纖保護(hù)層、塑纖外包皮,其剖面示意圖如圖1所示。

由物理光學(xué)基本原理可知:光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí),當(dāng)入射角超過某一角度C(臨界角)時(shí),折射光完全消失,只剩下反射光線的現(xiàn)象叫做全反射。發(fā)生全反射時(shí),光線及其所攜帶能量進(jìn)入光密介質(zhì)。光纖通信正是通過滿足入射角以及光密介質(zhì)、光疏介質(zhì)的要求,實(shí)現(xiàn)全反射,將光信號(hào)從源端傳輸?shù)剿薅?。塑料光纖由高、低折射率的兩種透明聚合物構(gòu)成,其剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。塑芯和包層材料須滿足:

(1)兩種材料應(yīng)具有耐高溫性和強(qiáng)韌性;

(2)滿足n芯-n皮≥0.05的折射率條件,保證全反射對(duì)入射角的要求;

(3)界面粘接良好。

1.2 塑料光纖的優(yōu)點(diǎn)

石英玻璃光纖具有高帶寬、小衰耗的優(yōu)點(diǎn),但是同時(shí)也具有制造工藝復(fù)雜、耐彎曲性及耐擠壓特性較差、接續(xù)工藝及操作復(fù)雜的缺陷。

和石英光纖相比,塑料光纖具有布線方便、轉(zhuǎn)接靈活、制造工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn),完全能夠滿足短距離通信對(duì)傳輸媒質(zhì)的要求,并且在通信質(zhì)量達(dá)到較高要求的前提下,可極大地節(jié)省成本[3]。

1.3 目前最先進(jìn)的塑料光纖

1994年,致力于研究透明氟樹脂“CYTOP”的日本慶應(yīng)大學(xué)的小池先生提出了應(yīng)用光纖的提案,此后經(jīng)過共同開發(fā),日本旭硝子公司(AGC)研制出了“FONTEX”系列塑料光纖產(chǎn)品。與以往的塑料光纖產(chǎn)品相比,“FONTEX”系列塑料光纖產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì):

(1)因?yàn)槭欠夭牧?,與丙烯不同,塑料光纖在廣泛的波長(zhǎng)范圍內(nèi)是透明的,從而可以使用長(zhǎng)波長(zhǎng)的低價(jià)高速光源;

(2)與石英光纖相比,塑料光纖柔軟不易斷,可忍耐小半徑彎曲或者折返彎曲;

(3)超高速性能等同并超出石英光纖,可達(dá)到10 Gb/s×100 m的傳輸速度;

(4)電耗低、無噪聲、纖細(xì)輕巧;

(5)產(chǎn)品種類豐富多樣,包括緊線纜、多芯帶狀線纜等。

正是由于以上特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),“FONTEX”系列塑料光纖產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于以下方面和領(lǐng)域:

(1)電視(3D、4K2K、8K4K顯示器等)間的連接用光纖以及設(shè)備內(nèi)部光配線;

(2)電腦與相關(guān)設(shè)備間的連接用光纖;

(3)攜帶用設(shè)備內(nèi)的光配線;

(4)數(shù)據(jù)中心的設(shè)備之間的連接光纖;

(5)醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備間的連接光纖等。

1.4 塑料光纖在組網(wǎng)中的應(yīng)用

在塑料光纖綜合布線解決方案中,塑料光纖應(yīng)用于中心機(jī)房到樓宇之間的干線。在接入點(diǎn)眾多的樓層水平布線系統(tǒng)(Horizontal Wiring System)中,塑料光纖得到了廣泛的應(yīng)用,具體如圖2所示。從光纖通信到桌面的水平方向數(shù)據(jù)連接,連接線路很多,使用以往的銅線(UTP)有如下缺點(diǎn):帶寬受限、距離有限、不能完全消除RFI(射頻干擾)和EMI(電磁干擾)、不能很靠近電力電纜及安全性差等。 如果采用石英光纖,則會(huì)面臨項(xiàng)目成本、維護(hù)管理等不利因素的挑戰(zhàn)。塑料光纖具有長(zhǎng)達(dá)1 mm的直徑,使光纖的布放施工、耦合、端接等工作容易實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí),塑料光纖對(duì)安裝環(huán)境要求較低,并且需滿足的最小彎曲半徑更小,因此,如果能將塑料光纖應(yīng)用于高端的千兆網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、防干擾、防信號(hào)泄漏的布線系統(tǒng)工程以及全光布線系統(tǒng)中,與采用其他類型線纜的系統(tǒng)相比,必將產(chǎn)生更大優(yōu)勢(shì)[4]。塑料光纖的另外一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是在波長(zhǎng)為650 nm的可見紅光下傳輸,不會(huì)對(duì)肉眼造成傷害,適合于安裝在居民家中,可與石英光纖配合實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò);而石英光纖是在近紅外光下傳輸,如果直視會(huì)對(duì)眼睛造成極大傷害甚至失明[5]。

2 、核心技術(shù)研究

本部分針對(duì)最后100 m的接入網(wǎng)問題,給出了基于塑料光纖的全光系統(tǒng)的研究思路,通過對(duì)包括塑料光纖接口的ONU、塑料光纖交換機(jī)等核心設(shè)備的研究和技術(shù)攻關(guān),提供了一種解決方案,實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)接入,真正實(shí)現(xiàn)光纖到桌面的接入。

以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)是一種采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)的單纖雙向光接入網(wǎng),它的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為樹形。EPON系統(tǒng)由局端的光線路終端(OLT)、用戶端的光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)和光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)組成,如圖3所示。

2.1 全塑料光纖接口的ONU

ONU通過對(duì)對(duì)應(yīng)用戶的多樣化業(yè)務(wù)的復(fù)用與解復(fù)用,使得各種不同的家庭終端的不同業(yè)務(wù)信號(hào)在上行方向?qū)崿F(xiàn)復(fù)用,從而在同一種傳輸介質(zhì)中傳輸;在下行方向上,將不同種類的業(yè)務(wù)進(jìn)行解復(fù)用處理,通過不同的接口傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)終端。ONU的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

本方案提供ONU的FE端口為POF的標(biāo)準(zhǔn)100 Mb/s接口,4個(gè)100 Mb/s塑料光纖接口,工作波長(zhǎng)為650 nm,塑料光纖直接插入,定光纖后即可互聯(lián)互通,應(yīng)用簡(jiǎn)單,可實(shí)用性強(qiáng)。ONU上連口為標(biāo)準(zhǔn)PON口,可以與主流的OLT廠家互聯(lián)互通,其適應(yīng)性較強(qiáng)。末端光纖接入業(yè)務(wù)端口,抗干擾性強(qiáng),傳輸帶寬大,非常適合電力、國防等安全性要求比較高的網(wǎng)絡(luò),可為未來高清圖像傳輸提供高帶寬通道。

2.2 POF-全光交換機(jī)

本解決方案實(shí)現(xiàn)8個(gè)塑料光口+1個(gè)千兆上聯(lián)的交換機(jī),并具有WEB方式的網(wǎng)管,適合于室內(nèi)或樓道的使用,該交換機(jī)能夠連接基于POF的以太網(wǎng)設(shè)備,使在家庭或者辦公場(chǎng)所的設(shè)備連接更加便捷高效,適合于接入信息點(diǎn)距離小于100 m的場(chǎng)所,提供FTTH和FTTD的解決方案。本方案解決了傳統(tǒng)采用網(wǎng)線傳輸?shù)膮R聚問題,可實(shí)現(xiàn)POF網(wǎng)絡(luò)的匯聚與交換,在國內(nèi)具有技術(shù)領(lǐng)先性。POF-全光交換機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)如表2所示。

基于塑料光纖的全光系統(tǒng)中成套設(shè)備核心技術(shù)的研究,在國內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先。目前塑料激光器核心組件需要進(jìn)口,產(chǎn)品價(jià)格較貴,但該產(chǎn)品和技術(shù)非常適合國內(nèi)電力及專網(wǎng)行業(yè)。隨著市場(chǎng)的普及,光器件的逐漸國產(chǎn)化,該設(shè)備的造價(jià)也會(huì)隨之下降,為該產(chǎn)品在國內(nèi)乃至國外市場(chǎng)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),并相信在未來的專網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域有很大的實(shí)用價(jià)值,是通信網(wǎng)絡(luò)最后100 m傳輸解決方案的優(yōu)先選擇,在通信網(wǎng)絡(luò)“三網(wǎng)合一”中發(fā)揮很大的作用。同時(shí)該系統(tǒng)也是光纖到桌面技術(shù)的最佳選擇,該技術(shù)的領(lǐng)先性必成為“全光接入”網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的最佳選擇之一。

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