三网融合下的塑料光纤接入系统

摘 要 在用户带宽需求不断增长及三网融合发展的推动下，光纤入户已经成为接入网最后一公里解决方案的终极目标。塑料光纤作为一种新型材料光纤，因其较柔软、容易安装和维护正在逐渐引起业界的关注。本文首先介绍了塑料光纤器件的研究进展，然后对塑料光纤器件的技术特点进行了分析，包括塑料光纤收发器、连接器、耦合器等，最后提出两种塑料光纤接入方案供各方探讨。

关键词 三网融合；光接入网；塑料光纤；室内布线系统

中图分类号TN818 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）56-0194-02

0 引言

2010年1月13日国务院总理主持召开国务院常务会议，决定加快推进电信网、广播电视网和互联网三网融合。会议指出，我国目前已基本具备进一步开展三网融合的技术条件、网络基础和市场空间，加快推进三网融合已进入关键时期。要着眼长远，统筹规划，确定合理、先进、适用的技术路线，促进网络建设、业务应用、产业发展、监督管理等各项工作协调发展，探索建立符合我国国情的三网融合模式。因此，“三网融合”成为了业界关注的热点，如何有效地推动三网融合发展也是当前业界探讨的热点。

接入网络是用户感知三网融合的桥梁，在三网融合网络架构下用户的带宽需求已经远远超过现有接入模式所能提供的带宽，随着光纤以及相关光器件的价格不断降低，可以采用FTTH（Fiber To The Home，光纤到户）来组建接入网以满足日渐增长的带宽。但是，我们也应看到，目前通信系统所用的光纤通常为石英光纤，它存在连接难度大、生产成本高、系统安装及维护费用高等问题，这些问题阻碍了光纤接入的进一步推广。塑料光纤作为一种新型材料光纤，因其较柔软、容易安装和维护正在逐渐引起业界的关注。

塑料光纤（POF，Polymer Optical Fiber）是由高折射率的聚合物材料为纤芯和低折射率的聚合物材料为包层所构成的光纤，因为可以利用聚合物成熟的简单拉制工艺，故成本比较低，且比较柔软，坚固，结构较粗（约达 1mm）。塑料光纤传输光信号的原理和石英光纤一样，也是利用光的全反射原理，只要光线射入的角度合适，那么这束光线就会在光纤内部不停地进行全反射而传向另一端。从图1可以看出，塑料光纤的传输损耗在200dB/km左右，较石英光纤高，不适宜长距离传输，比较适合短距离、中小容量的接入系统。

图1 PMMA型塑料光纤的损耗窗口

塑料光纤具有良好的耐热性能，目前商用的塑料光纤工作温度范围在-40℃~85℃之间，相关数据表明[1-2]，长时间加热到70℃不影响光纤的带宽和传输性能。此外，塑料光纤的抗弯曲和拉伸能力都很不错，它的允许弯曲半径小，能够十分方便地安装在光纤分线箱中，非常适合于应用在接入网的室内布线系统。

塑料光纤作为一种新型材料光纤，尽管具有很多的优点，但也存在很多实际问题。本文根据调研，提出一种基于现有塑料光纤商用产品的接入系统，供业界相关研究人员探讨。

1 塑料光纤收发器

目前，制作商用POF主要的材料有两类：一类是聚甲基丙烯酸甲脂聚合物（PMMA）；另一类是全氟树脂（PF）。两者的传输特性有所区别，需要选择不同的设计方案。

1.1 基于PMMA型塑料光纤的收发器

PMMA型塑料光纤的低损耗窗口如图1所示[3]，在580nm、650nm和780nm附近，可以选择廉价的大功率LED作为光源。LED是一种无噪声光源，且有很高的可靠性和寿命。同时，LED的成本很低，是代替昂贵的激光器光源的首选器件。 自从1992年，贝尔实验室提出RCLED，并于1994年提出了把其用于塑料光纤通讯领域的设想以来，RCLED在近20年的发展中取得了许多突破性进展。第一只高效率的RCLED是DeNeve等人在1995年做出的。

塑料光纤光电检测器通常使用光电二极管（PIN）或雪崩光电二极管（APD）。相对于雪崩二极管而言，光电二极管具有响应速度快（上升时间约为0.5ns）、响应度大（0.7A/W）、热效应小、暗电流小等优点，在短距离通信中使用有较好的性价比，因此，大部分基于塑料光纤的收发器中检测器都是选用光电二极管。

现在安捷伦、安华高、日立、Honeywell等公司都在进行塑料光纤收发器的产业化研究。 在塑料光纤收发器领域，最引人注目的是爱尔兰Firecomms公司，他们研制出一种超快红色RCLED来用在塑料光纤收发器中，接收灵敏度高，与其它公司的同类产品相比，在同样的塑料光纤上传输距离更远；同时Firecomms公司的塑料光纤收发器模块还集成了无接头OptoLockВ快速连接技术，应用非常方便，逐渐成为塑料光纤网络通信的接口标准。国内塑料光纤系统研制及进展国内研究塑料光纤系统的公司主要有江苏华山光电有限公司、深圳市中技源专利城有限公司、西安飞讯光电有限公司等。

需要注意的是，PMMA型POF在650 nm 处损耗系数的极限值为106dB/km， 限制了其在FTTH 中的进一步应用。

1.2 基于PF型塑料光纤的光纤收发器

PF型塑料光纤的低损耗窗口如下图所示，它在650nm～1 310nm 波段内具有良好的透光性，损耗极限与石英光纤类似。PF型塑料光纤的带宽在1310nm 可达100GHz（100 m），比多模石英光纤的带宽宽。目前PF型塑料光纤比PMMA型塑料光纤成本高，商用化不多，但是随着FTTH普及率的提高，PF型塑料光纤在生产和销售上有较大的降价空间，在不久的将来会有应用的前景。

图2 PF型塑料光纤的损耗窗口

2 塑料光纤连接器

塑料光纤连接器是塑料光纤系统不可缺少的基本无源器件，主要用于实现系统中设备间、设备与仪表间、设备与光纤间以及光纤与光纤间的非永久性固定连接。与石英光纤相比，由于塑料光纤芯径大(直径一般在0.3mm~3mm)，连接精度不是很苛刻，所以塑料光纤连接器结构简单，种类多。目前，其连接多采用注塑的连接器，直接将塑料光纤插入，下图所示的为插拔式和卡口式塑料光纤连接器。目前市场上的POF产品作为低成本分布型网络的传输介质，已能满足100Mb/s以上50m~100m距离实时传输的要求。

图3 塑料光纤连接器

3 分路器/耦合器

光纤分路器/耦合器是光接入网的基本器件。目前，基于石英光纤的分路器/耦合器技术早已成熟，各种技术的耦合器都已商品化。塑料光纤耦合器的研究也在不断进行，因为聚合物光纤是有机高分子材料，具有芯径大、包层薄、软化温度低等特点，塑料光纤分路器/耦合器的制备方法一般采用熔融拉锥的方法。目前，上海康阔光通信技术有限公司已有1x2，2x2，1x3，3x3，1x4，4x4， 1x8，8x8等系列塑料光纤耦合器产品，工作波长为650nm～850nm波长，支持工业，医疗，汽车，航空，以太网通信等各种应用。

4 基于塑料光纤的光纤接入系统

考虑到现有接入系统都是采用石英光纤作为传输介质，我们设计两种塑料光纤的应用方案，如图4所示。

在方案1中，远端分路器直接采用塑料光纤分路器，这样就需要在光纤分路器前加一个收发器用于将石英光纤转换为塑料光纤。后端ONU与分路器的连接就直接采用塑料光纤进行互联。这个方案的好处就在于接入设备全采用塑料光纤设备，系统的建设成本和维护成本都较低。缺点在于塑料光纤的传输距离较短，组网范围较小。在方案2中，在ONU前端接入收发器，将石英光纤转换为塑料光纤给后端ONU使用。这个方案只需在用户端加入一个收发器即可实现塑料光纤的接入，有利于塑料光纤的入户，对施工人员的技术要求不高。如将ONU和塑料光纤收发器集成为一体，还可减少系统中有元器件的数量，减少故障点。

图4 塑料光纤接入系统（应用方案1）

图5 塑料光纤接入系统（应用方案2）

5 结论

目前，我国正在积极推动三网融合相关的试点及网络改造工作，三大电信运营商及广电公司都将FTTH作为接入网的终极解决方案。虽然石英光纤已经广泛应用于光纤到户系统，但石英光纤仍在存在连接难度大、生产成本高、系统安装及维护费用高等问题，这些问题在一定程度上阻碍了光纤接入的进一步推广。塑料光纤作为一种新型材料光纤，因其较柔软、容易安装、相关的连接器件和安装的总成本比较低，适合于应用在FTTH中布线环境较为复杂的最后100m之内。然而由于塑料光纤插入损耗较高，并且低损窗口与石英光纤不一致，在具体的应用中仍然存在一些问题，如何使塑料光纤成为石英光纤的最佳补充，共同构建下一代高速光纤接入网，还需要更进一步研究和探讨。

参考文献

[1]杨春，孙小涵，张明德，丁东.用于短距离通信的塑料光纤技术[J].高技术通信，2000(2)：107-110.

[2]蔡志方.KEVLAR-光纤光缆和电缆的新材料[J].高技术纤维与应用，1996(1)：14-19.

[3]C.Koeppen，R.F.Shi，W.D.Chen，A.F.Garito.Properties of plastic optical fibers.Optical Society of America B，1998，15(2)：727.