短距離塑料光纖通信系統(tǒng)

與電纜相比，作為傳輸介質(zhì)，光纖具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是普通通信用的石英光纖連接難度大、成本昂貴、安裝維護(hù)費(fèi)用高，不能廣泛應(yīng)用于短距離數(shù)據(jù)通信或桌面數(shù)據(jù)連接。塑料光纖不但具有光纖的優(yōu)點(diǎn)，而且其直徑一般在0.3～3mm，大的直徑宜于連接，光的耦合效率也較高，同時(shí)還兼有柔軟、抗彎曲、耐震動(dòng)、抗輻射、價(jià)格便宜、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，可在一定程度上代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石英光纖及銅纜。因此塑料光纖通信系統(tǒng)非常適合于短距離（100m左右）、中小容量（幾Kb/s至100Mb/s）、低成本（幾十元）的桌面數(shù)據(jù)連接，以及設(shè)備之間、設(shè)備內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)連接。

塑料光纖傳輸系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
采用塑料光纖通信系統(tǒng)取代電纜連接后，將會(huì)在以下幾個(gè)方面提高設(shè)備的性能。

● 提高設(shè)備的抗電磁干擾和抗核輻射能力。

● 無(wú)串?dāng)_。使用光纜來(lái)傳輸信號(hào)，各路信號(hào)之間不會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_。

● 減輕系統(tǒng)的重量。1500m直徑1mm的塑料光纖的重量只有不到2kg。

● 抗雷擊能力強(qiáng)。無(wú)金屬的光纜本身是很好的絕緣體，即使暴露在室外，也不會(huì)引來(lái)雷電擊壞設(shè)備。

塑料光纖通信的系統(tǒng)描述
塑料光纖通信系統(tǒng)的基本組成為：光發(fā)送器、光接收器、塑料光纖及一些無(wú)源器件。光發(fā)送器將電信號(hào)（如TTL電平的信號(hào)）轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，光信號(hào)被耦合到塑料光纖中，通過(guò)塑料光纖傳輸?shù)焦饨邮掌?，光接收器將光信?hào)還原為電信號(hào)（如TTL電平的信號(hào)）。

塑料光纖通信系統(tǒng)側(cè)重于短距離通信，低成本、簡(jiǎn)單易操作、高可靠性，因此在具體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上，完全不同于石英光纖通信系統(tǒng)。

1 塑料光纖通信收發(fā)器
塑料光纖收通信發(fā)器是塑料光纖通信系統(tǒng)中核心部分，包含光發(fā)送器和光接收器。

圖1是光發(fā)送器結(jié)構(gòu)示意圖，發(fā)光二極管（LED）是普通顯示用的高亮度表面貼裝發(fā)光二極管，驅(qū)動(dòng)電流小于20mA，中心波長(zhǎng)590nm（橙黃色光）。之所以選取590nm的發(fā)光二極管，是因?yàn)檫@種波長(zhǎng)的發(fā)光二極管很廉價(jià)，而且在590nm波長(zhǎng)處，塑料光纖的損耗值相對(duì)較低。發(fā)光二極管芯片尺寸選擇在1.0mm×1.0mm左右，與塑料光纖的直徑相當(dāng)，容易將光信號(hào)耦合進(jìn)入塑料光纖中。

圖1是光發(fā)送器結(jié)構(gòu)示意圖

將外部輸入的TTL電平信號(hào)進(jìn)行FSK調(diào)頻，把TTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成更適合塑料光纖傳輸?shù)妮d波信號(hào)驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光。發(fā)光二極管（LED）輸出的光信號(hào)直接耦合進(jìn)入直徑為1.0mm的玻璃棒，通過(guò)玻璃棒，再耦合進(jìn)入直徑為1.0mm的塑料光纖中。

圖2是光接收器結(jié)構(gòu)示意圖，光探測(cè)器探測(cè)到光信號(hào)并產(chǎn)生感應(yīng)電流，后經(jīng)放大模塊兩級(jí)放大，輸入到FSK解調(diào)模塊由觸發(fā)器進(jìn)行解調(diào)。解調(diào)出的信號(hào)仍含有高頻干擾，經(jīng)濾波器模塊進(jìn)行濾波后，再由判決模塊進(jìn)行判決，即可還原成輸入的TTL信號(hào)。

圖2 光接收器結(jié)構(gòu)示意圖

以上兩種塑料光纖收發(fā)器方案均是針對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接應(yīng)用的。總線型塑料光纖通信系統(tǒng)的收發(fā)器應(yīng)該是總線型的，在光電轉(zhuǎn)換上，總線型塑料光纖通信收發(fā)器和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)型的塑料光纖通信收發(fā)器相同，但總線型塑料光纖通信收發(fā)器是半雙工方式工作的，它只有一個(gè)光信號(hào)輸入輸出端口，或者說(shuō)它只有一個(gè)凹頭塑料光纖活動(dòng)連接器，此時(shí)，該凹頭塑料光纖活動(dòng)連接器中，與LED和Si-PIN相接的玻璃棒的端面不是垂直方式，而是45°斜面方式，這樣光束可以一分為二，一路到Si-PIN，一路到LED。圖3為總線型塑料光纖通信收發(fā)器示意圖。

圖3 總線型塑料光纖通信收發(fā)器

[!--empirenews.page--]2 塑料光纖活動(dòng)連接器
塑料光纖活動(dòng)連接器用于塑料光纖收發(fā)器和塑料光纖的連接，通過(guò)它將光信號(hào)耦合進(jìn)入塑料光纖中。和電纜連接器類(lèi)似，分為凹頭和凸頭兩種結(jié)構(gòu)。凹頭塑料光纖活動(dòng)連接器和塑料光纖通信收發(fā)器是一體，凸頭塑料光纖活動(dòng)連接器連接塑料光纖。

塑料光纖活動(dòng)連接器的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以有多種選擇，因?yàn)樗芰瞎饫w纖芯直徑較大，塑料光纖活動(dòng)連接器和目前常用的石英光纖活動(dòng)連接器可以完全不同，可以仿照目前電纜連接器的結(jié)構(gòu)（如SMA結(jié)構(gòu)），不但做到連接損耗小，而且可以使用夾線鉗和電工刀片，很方便地在現(xiàn)場(chǎng)完成塑料光纖活動(dòng)連接器散件組裝。

3 塑料光纖固定連接器
塑料光纖固定連接器用于塑料光纖和塑料光纖的連接。采用V型槽結(jié)構(gòu)，將兩根塑料光纖放置在V型槽中，用金屬材料固定塑料光纖好后，再用熱縮套管封裝好即完成了一個(gè)塑料光纖固定連接器的制作。V型槽結(jié)構(gòu)的方式可以達(dá)到快速、簡(jiǎn)便地制作塑料光纖固定連接器的目的，同時(shí)由于塑料光纖的直徑較大（1mm），連接損耗也不會(huì)大。

4 塑料光纖總線分支器
塑料光纖總線分支器用于總線型塑料光纖通信系統(tǒng)。如圖4所示，任何一個(gè)端口的光輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)玻璃棒的全反射和玻璃棒端面的反射后，被均勻地分配到其他端口上。對(duì)塑料光纖總線分支器要求一是附加損耗低，二是各端口的均勻性好，三是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。

圖4 塑料光纖總線分支器

5 塑料光纖光萬(wàn)用表
塑料光纖光萬(wàn)用表由一個(gè)光源、一個(gè)光功率計(jì)、一個(gè)微處理器及液晶顯示器組成。采用LED作為光源，Si-PIN作為探測(cè)器。它和目前常用的光纖光萬(wàn)用表類(lèi)似，只是使用的光波長(zhǎng)范圍不同，成本也不同而已。

關(guān)鍵技術(shù)
1 低成本的塑料光纖通信收發(fā)器
塑料光纖通信收發(fā)器應(yīng)是具有高靈敏度、突發(fā)性接收機(jī)和極低成本的光纖收發(fā)器。塑料光纖通信收發(fā)器的原理是較為簡(jiǎn)單的，但要求電路成本極低的同時(shí)，還要保證具有較高接收靈敏度、高可靠性、體積小。目前本系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)發(fā)送端發(fā)送靈敏度-10dBm，接收端接收靈敏度為-40dBm（10E-9誤碼率）。

2 塑料光纖活動(dòng)連接器
塑料光纖活動(dòng)連接器的關(guān)鍵技術(shù)在于制作簡(jiǎn)單、成本低，可以使用夾線鉗和電工刀片等簡(jiǎn)單工具，很方便地在現(xiàn)場(chǎng)完成塑料光纖活動(dòng)連接器散件的組裝。其連接損耗要小于1dB。

3 塑料光纖總線分支器
塑料光纖總線分支器是一個(gè)實(shí)現(xiàn)總線型塑料光纖通信系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。任何一個(gè)端口的光輸入信號(hào)，被均勻地分配到其他端口上。

它看似現(xiàn)在普遍采用的1×N光分支器，其實(shí)原理和功能皆不同。1×N光分支器是將一個(gè)端口的光輸入信號(hào)均勻地分配到其他端口上，或者是將N個(gè)端口的光輸入信號(hào)集中到一個(gè)端口上；而塑料光纖總線分支器是要求任何一個(gè)端口的光輸入信號(hào)，被均勻地分配到其他端口上。它是一個(gè)半雙工器件，總線型塑料光纖通信系統(tǒng)在正常工作時(shí)，只有一個(gè)端口有光信號(hào)輸出，其余端口是輸入光信號(hào)。它配合總線型塑料光纖收發(fā)器使用，便可構(gòu)成總線型塑料光纖通信系統(tǒng)。它不但要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且要求成本很低。