塑料光纤的优点及应用

塑料光纤的优点及应用 1 什么是塑料光纤设备投入等将会是其在短距离通信中应用的主要障碍从现实实用和技术研究发展趋势看，要克服铜导体和无 塑料光纤(POF)是用高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙 传输技术的缺陷，POF 是实现短距离高速传输的优先选 烯酸甲酯(有机玻璃)制成的。它的特点是制造成本低廉， 目标。 相对来说芯径较大，与光源的耦合效率高，耦合进光纤的(2)塑料光纤(POF)与石英光纤相比，具有以下 光功率大，使用方便。很早以前人们就考虑过用塑料来制 点:?模量低，芯径大(0.3~1.0mm)，接续时可使用简单 造光纤，但是由于塑料光纤的衰减太大、带宽太窄而没有 POF 连接器，即使是光纤接续中心对准产生 30 m 的偏 也不会影响耦合损耗;?数值孔径大(NA0.5 左右)，受 考虑用于通信。近年来，通过日本、美国和欧洲一些国家 的研究开发，降低了塑料光纤的衰减、增大了带宽，使它用 于短距离低速率通信如短距离的接入网、计算机网链路、 角 A 可达 60?，而石英光纤只有 16?，可用便宜的 LED， 船舶内通信成为可能。 且耦合效率高;?挠曲性好，易于加工和使用;?在可见 2 塑料光纤的优点区有低损耗窗口;?重量轻;?成本及加工费用低。 我们知道，在长距离通信中光纤早已唱起了主角，而 (3)POF 网络在局域网系统中与其它传输介质相比在短距离如家庭内、交通工具内、办公大楼及办公室内的 具有明显的优点:?POF 对电磁干扰不敏感，也不发生通信和多媒体传输中光纤的运用目前却还很少。但随着 射，不同数据速率下的衰减恒定，误码率可预测，能在电 INTENRET 数据通信、视频点播、可视电话、电视会议等多 声环境中使用;?其尺寸较长，可降低接头中公差 媒体业务的迅速扩大，对物理网络的宽带化、高速化提出 制的要求，故成网成本较低等。(4)POF 与目前成本低、室内接入使用最流行的铜 了更高的要求，使光纤到户和光纤到桌面的传输网络逐步 质作比较:目前 SI 型 POF 的使用成本与 UTP-5 电缆的 取代现有的光电混合形式成为最理想的传输网络，为用户 当，但传输性能和环境适当性比电缆好得多;同轴电缆 提供宽带高速的信息服务，从而推动了全光交换技术的不 传输性能比较好，但使用距离最大 90 米，电缆外径大， 断发展。在全光交换网络中，为用户提供宽带高速的信息 不易弯曲，影响安装使用，与之配套的电子设备和连接 服务，从而推动了全光交换技术的不断发展。在全光交换 件价格昂贵。 网络中，石英光纤的传输带宽和电磁兼容完全能满足使用 要求，且网络技术很成熟，但熔接及器件成本高使其作为 随着 POF 制造技术和原制备技术的不断进步接入媒介主力受到限制。而塑料光纤在高速短距离通信 POF 的生产成本还会不断的降低;从目前的激光器、光传输中成本与对称电缆相当，在 100 米范围内传输带宽可 子集成器件、连接器的发展情况看，国内及国际的相关 达数 1GHz，且易连接，可挠性好、易于弯曲等优势，尽管目 术进步很快，随着生产规模的不断扩大，相信发送接收 前其系统性能还处于研究或应用初期阶段，但它在未来短 件的成本会有较大幅度的下降，使 POF 在接入通信中更 距离通信中所担当的角色是不可忽视，它在价格及性能上 优势。 综上所述，塑料光纤最主要的优点是成本低、易于的优势，使其在网络全光化中入户接入方面的应用具有广 泛的前景。 工、重量轻、易连接、可挠性好、易于弯曲、抗冲击强度高 (1)目前室内短距离信息传输媒介或技术主要有以下 抗辐射性能强、芯径和数值孔径都比较大，耦合效率较高 几种:?以基于铜导体的对绞线和同轴电缆。这一种使用 对施工和维护都比较方便。 成本低且满足现实需求而使用最多，但若满足用户将来对 3 塑料光纤通信应用和展望 带宽和速率的更高要求，需要为克服电磁干扰、信息保密、 目前，塑料光纤应用于低速、短距离的传输中。而 扩大带宽、提高传输速率、保证传输距离等投入很高的研 近 分 段 分 序 POF 技 术 的 发 展，已 把 带 宽 提 高 究资金，使用成本也因使用昂贵复杂的电子装置而变得很 3GHz/100m。新近开发的单模 POF，塑料光纤中的光放高，综合竞争力降低;?单模和多模石英光纤。该种技术 器，对 1550nm 低损耗的新型 POF 材料，以及更高功率、比较成熟，但石英光纤芯径很细(10 m)导致连接困难而 快的光源，都使得 FDD(I 光纤分布式数据接口)、ATM( 成本较高，光电子器件技术要求高、价格昂贵，其易脆断和 步传输模式)、Escon(企业系统连接体系结构)、FC(光纤 弯曲损耗限制其在狭窄空间中安装使用;?红外及短距离 道)、Sone(t 同步光纤网)等应用都涉及塑料光纤领域。 移动通信等无线技术。此种技术在目前比较热门，世界各 塑料光纤作为短距离通信网络的理想传输介质，在 国对移动通讯的技术研究投入很大，技术也日新月异，相 来家庭智能化、办公自动化、工控网络化、车载机载通信网 关产品更新换代速度很快，但当数据无线传输技术应用于 军事通信网的数据传输中具有重要的地位。象室内、交通工具内这样的短距离通讯时其使用成本就比 通过塑料光纤，我们可实现智能家电(家用 PC较高，且电磁干扰问题、环境影响问题、传输带宽和速率问 HDTV、电话、数字成象设备、家庭安全设备、空调、冰箱题，或为解决这些问题所必须的高研究成本和昂贵的使用 音响系统、厨用电器等)的联网，达到家庭自:下转 6 页 构及空隙度、渗透系数见 2。动力学方面，随着深度的加大，地下水径流途径和循环时 表 2 砂岩成分、结构及渗透性间加长，水力梯度变缓，径流交替强度减弱;在水化学方面， 矿物成分(%) 空隙 渗透 空隙度 样 结构 空隙 降水在垂直向下渗过程中，其侵蚀性逐渐丧失，由酸性逐直径 系数 号 特征 特征 ()% 石英 长石 岩屑 填隙物 ()mm ()渐变成中性乃至弱碱性，方解石等由不饱和状态演变为饱 m/d 分选较好，颗粒支 粒间及粒 和状态或过饱和;在区域地下水径流系统中，由于径流滞 1 30 35 25 10 0.01~0.1 4.6 0.006 撑，孔隙式胶结 内溶孔 缓，水岩达到平衡后，就丧失了对岩石的淋滤能力，上述两 分选性中等，颗粒 粒间及粒2 25 60 10 5 0.05~0.3 10.27 0.006 支撑，孔隙式胶结 内溶孔方面决定了地下水对边坡岩石的化学淋滤强度必然具有 分选较好，颗粒支 粒间及粒 垂直分带性。3 25 58 9 8 0.05~0.2 18.75 0.012 撑，孔隙式胶结 内溶孔 我们在成渝 K442 的一个边坡中部一个 10m 的钻孔 分选较好，颗粒支 粒间及粒岩芯进行分段采样，制薄片在显微镜下观察发现，由于砂 4 34 48 8 10 0.05~0.25 13.27 0.006 撑，孔隙式胶结 内溶孔岩中富含长石，且长石已风化为粘土矿物，方解石胶结物 分选较好，颗粒支 粒间及粒 5 29 47 14 10 0.05~0.2 9.94 0.006 撑，孔隙式胶结 内溶孔 被溶滤所腾出的空间，大部分被膨胀的粘土矿物所占据， 所以尽管方解石胶结物被淋滤，但孔隙度增大不明显，这 从表 2 可看出，砂岩块的透水性是很低的。，长石石英砂岩在近地表经受强烈的化学淋滤后，渗 在成渝线的红层砂岩边坡的输入和输出地下水的成 透性不一定明显增大。3413 分(分别为,个样品的平均值)及 S 、 C 见表 3。输入水 由于边坡内只有一种砂岩，可假定干容重的降低是由 为 HCO-SO-Ca，而输出水则主要为 SO-Ca;输入水的平 344于地下水对方解石等填隙物的淋滤作用造成的，由此可以 均矿化度为 85mg/l，输出水的矿化度则高达 1073mg/l，这 确定不同深度的淋滤率(表 4)。对不同深度砂岩在干燥状 说明地下水的化学淋滤作用是很强的;输入水的 PH 值为态下进行单轴抗压试验结果见表 4。 4.5~5，为典型的酸性水，而输出水的 PH 值一般介于 6.5~7表 淋滤率与砂岩强度 4 之间，说明酸性入渗水在淋滤岩石的同时，自身也被中和。 表 3 边坡输入水、输出水的化学组分及同位素组成深度(m) 1.2 2.5 4.0 6.5 8.1 10.0 组分种类输入水(mg/l)输出水(mg/l)32+ ) 干容重(g/cm Ca268.42 69(472.10 2.00 2.16 2.24 2.32 2.40 2+ Mg24.11 3(14淋滤率(%) 88.0 80.0 46.0 33.0 20.0 7.0 +Na 7.59 29.16 + UCS(MPa) 25 27 60.8 70.6 79.3 82.0 K1.10 3019 0.00 0.01 ?Fe 2 结论CO30.50 12.92 2 从上述实验可以看出，地下水对砂岩的淋滤强度 65.60 170.77 HCO3 是很大的，被地下水淋失的可溶性组分在砂岩中均具有胶2- 136.60 621.34 SO 4 结作用，它们的淋失将削弱颗粒之间的联系而使岩石强度-Cl 13.20 47.21 降低，尽管地下水要淋滤掉所有的胶结物需要相当长的时 PH 4.5~5 605~7 间，但岩石强度的降低与胶结物含量并不总是呈线性关系0TC 25 15 的，有时胶结物的微小变化，都会引起岩石强度的突变，因 13 -11.2 3.14 C(‰) 为要想使岩石强度降低，只需淋滤胶结物的衔接部位就可 34 -15.6 -27.5 S (‰) 以了，而这些部位正是淋滤作用最易发生的场所。 边坡特有的地形和地貌条件决定了其中地下水不论 参考文献:1...19875 刘继山岩体水力学分析初探勘察科学技术,:: 2.周志芳,等.地下水对边坡稳定性作用的动态效应.勘察科学技术,1994:4: 3.Rudolph.D,L.etal.Hydraulic response of highly compressible aquitards during Consolidation. Water Resour.Res,Vol.No.1 :上接 7 页:动化和远程控制管理，提高生活质量;通过塑可靠的通信线路。能够高速地传输工业控制信号和指令，料光纤，我们可实现办公设备的联网，如计算机联网可以 避免因使用金属电缆线路而受电磁干扰导致通信传输中 实现计算机并行处理，办公设备间数据的高速传输可大大 断的危险。 POF 重量轻且耐用，可以将车载机通信网络和控制系提高工作效率，实现远程办公等。 在低速局域网的数据速率小于 100Mbps 时，100 米范 统组成一个网络，将微型计算机、卫星导航设备、移动电话、 围内的传输用 SI 型塑料光纤即可实现;150Mbps50 米范 传真等外设纳入机车整体设计中，旅客还可通过塑料光纤 围内的传输可用小数值孔径 POF 实现。 Internet 等 网络在座位上享受音乐、电影、视频游戏、购物、 POF 在制造工业中可得到广泛的应用。通过转换器， 服务。 POF 可以与 RS232、RS422、100Mbps 以太网、令牌网等标总之，随着科技的高速发展，塑料光纤的应用领域会