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，但是普通通信用的石英光纖連接難度大、成本昂貴、安裝維護費用高，不能廣泛應用于短距離數(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，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，同時還兼有柔軟、抗彎曲、耐震動、抗輻射、價格便宜、施工方便等優(yōu)點，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，以及設備之間、設備內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)連接。

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

● 提高設備的抗電磁干擾和抗核輻射能力。

● 無串擾。使用光纜來傳輸信號，各路信號之間不會產(chǎn)生串擾。

● 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。無金屬的光纜本身是很好的絕緣體，即使暴露在室外，也不會引來雷電擊壞設備。

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、塑料光纖及一些無源器件。光發(fā)送器將電信號（如TTL電平的信號）轉(zhuǎn)化為光信號，光信號被耦合到塑料光纖中，通過塑料光纖傳輸?shù)焦饨邮掌?，光接收器將光信號還原為電信號（如TTL電平的信號）。

塑料光纖通信系統(tǒng)側重于短距離通信，低成本、簡單易操作、高可靠性，因此在具體系統(tǒng)實現(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)送器結構示意圖，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)動電流小于20mA，中心波長590nm（橙黃色光）。之所以選取590nm的發(fā)光二極管，是因為這種波長的發(fā)光二極管很廉價，而且在590nm波長處，塑料光纖的損耗值相對較低。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，容易將光信號耦合進入塑料光纖中。

圖1是光發(fā)送器結構示意圖

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

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

圖2 光接收器結構示意圖

以上兩種塑料光纖收發(fā)器方案均是針對點對點連接應用的?？偩€型塑料光纖通信系統(tǒng)的收發(fā)器應該是總線型的，在光電轉(zhuǎn)換上，總線型塑料光纖通信收發(fā)器和點對點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，它只有一個光信號輸入輸出端口，或者說它只有一個凹頭塑料光纖活動連接器，此時，該凹頭塑料光纖活動連接器中，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

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2 塑料光纖活動連接器
塑料光纖活動連接器用于塑料光纖收發(fā)器和塑料光纖的連接，通過它將光信號耦合進入塑料光纖中。和電纜連接器類似，分為凹頭和凸頭兩種結構。凹頭塑料光纖活動連接器和塑料光纖通信收發(fā)器是一體，凸頭塑料光纖活動連接器連接塑料光纖。

塑料光纖活動連接器的機械結構可以有多種選擇，因為塑料光纖纖芯直徑較大，塑料光纖活動連接器和目前常用的石英光纖活動連接器可以完全不同，可以仿照目前電纜連接器的結構（如SMA結構），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)場完成塑料光纖活動連接器散件組裝。

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型槽結構，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塑料光纖固定連接器的制作。V型槽結構的方式可以達到快速、簡便地制作塑料光纖固定連接器的目的，同時由于塑料光纖的直徑較大（1mm），連接損耗也不會大。

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，任何一個端口的光輸入信號經(jīng)過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，三是結構簡單、成本低。

圖4 塑料光纖總線分支器

5 塑料光纖光萬用表
塑料光纖光萬用表由一個光源、一個光功率計、一個微處理器及液晶顯示器組成。采用LED作為光源，Si-PIN作為探測器。它和目前常用的光纖光萬用表類似，只是使用的光波長范圍不同，成本也不同而已。

關鍵技術
1 低成本的塑料光纖通信收發(fā)器
塑料光纖通信收發(fā)器應是具有高靈敏度、突發(fā)性接收機和極低成本的光纖收發(fā)器。塑料光纖通信收發(fā)器的原理是較為簡單的，但要求電路成本極低的同時，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 塑料光纖活動連接器
塑料光纖活動連接器的關鍵技術在于制作簡單、成本低，可以使用夾線鉗和電工刀片等簡單工具，很方便地在現(xiàn)場完成塑料光纖活動連接器散件的組裝。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實現(xiàn)總線型塑料光纖通信系統(tǒng)的關鍵器件。任何一個端口的光輸入信號，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，其實原理和功能皆不同。1×N光分支器是將一個端口的光輸入信號均勻地分配到其他端口上，或者是將N個端口的光輸入信號集中到一個端口上；而塑料光纖總線分支器是要求任何一個端口的光輸入信號，被均勻地分配到其他端口上。它是一個半雙工器件，總線型塑料光纖通信系統(tǒng)在正常工作時，只有一個端口有光信號輸出，其余端口是輸入光信號。它配合總線型塑料光纖收發(fā)器使用，便可構成總線型塑料光纖通信系統(tǒng)。它不但要求結構簡單，而且要求成本很低。