摘  要： 提出采用塑料光纖接入技術(shù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)100 m全光網(wǎng)絡(luò)光纖到桌面的一種可行方案，針對全光系統(tǒng)中的全塑料光口接入的ONU端口和全塑料光口的交換機(jī)兩個(gè)部分進(jìn)行了重點(diǎn)討論與研究,。該塑料全光系統(tǒng)相對石英光纖接續(xù)方便,、便于敷設(shè)；相對網(wǎng)線抗干擾性強(qiáng),，成本較低,，具有較強(qiáng)的先進(jìn)性和實(shí)用性。
關(guān)鍵詞： 塑料光纖,；光纖至桌面,；全光網(wǎng)絡(luò)；EPON

    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)[1],。但是，短距離光傳輸和光接入工程對光傳輸媒質(zhì)有如下要求：制造工藝簡單,、較好的耐彎曲及耐擠壓特性,、接續(xù)工藝及操作簡單。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[2],。而布線方便,、轉(zhuǎn)接靈活,、制造工藝簡單的塑料光纖完全能夠滿足短距離通信對傳輸媒質(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,、制造工藝簡單的特點(diǎn),，完全能夠滿足短距離通信對傳輸媒質(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：
    (1)因?yàn)槭欠夭牧?，與丙烯不同，塑料光纖在廣泛的波長范圍內(nèi)是透明的,，從而可以使用長波長的低價(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,，“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[4],。塑料光纖的另外一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是在波長為650 nm的可見紅光下傳輸，不會(huì)對肉眼造成傷害,，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通過對對應(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?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,，工作波長為650 nm，塑料光纖直接插入,，鎖定光纖后即可互聯(lián)互通,，應(yīng)用簡單，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,。
參考文獻(xiàn)
[1] 廖延彪.光纖光學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社,，2000.
[2] 孫學(xué)康.光纖通信技術(shù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2001.
[3] POLISHUK P.Excitement runs high at the first international conference on POF technology and their application [J]. Fiber Optics,，1992(7)：14-17.
[4] 儲(chǔ)九榮,，王學(xué)忠，吳祥君.POF在局域網(wǎng)中的應(yīng)用[J].光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù),，2003(4)：39-41.
[5] 劉天山.塑料光纖(POF)的發(fā)展及其應(yīng)用[J].應(yīng)用光學(xué),，2004,，25(3)：5-8.