Пластиковое оптоволокно POF: свойства, применение и отличия от стеклянного волокна

Пластиковое оптическое волокно, или POF (Plastic Optical Fiber), используется для передачи света и данных на сравнительно небольшие расстояния. По принципу работы оно относится к тем же оптическим волноводам, что и традиционное стеклянное волокно, однако сердцевина и оболочка выполняются из полимерных материалов. Именно свойства полимеров определяют главные особенности POF: большую гибкость, крупный диаметр сердцевины, сравнительно простую обработку и одновременно более высокое оптическое затухание.

POF применяется там, где важны простота монтажа, устойчивость к вибрациям и изгибам, гальваническая развязка и короткая длина линии. Типичные области — автомобильные и промышленные системы, локальные соединения оборудования, датчики, системы управления, бытовая электроника и светотехнические решения.

При этом пластиковое оптоволокно не является прямой заменой стандартным одномодовым и многомодовым кабелям из кварцевого стекла. Для структурированных кабельных систем, магистральных ВОЛС, ЦОД и телекоммуникационных сетей чаще используют стеклянное волокно классов OS2, OM1, OM2, OM3, OM4 и OM5.

Содержание

• Что такое пластиковое оптическое волокно
• Из чего состоит POF
• Как производят пластиковое оптоволокно
• Ступенчатое и градиентное POF
• Рабочие длины волн и затухание
• Преимущества пластикового волокна
• Ограничения POF
• POF и стеклянное оптоволокно: сравнение
• Где применяют пластиковое оптоволокно
• Монтаж и оконцовка
• Когда выбирать POF, а когда стекловолокно
• Оптические кабели в каталоге «Анбик»
• Стандартизация пластикового оптоволокна
• Заключение

Что такое пластиковое оптическое волокно

POF — оптическое волокно, у которого сердцевина и оптическая оболочка изготовлены из полимеров. В наиболее распространенном варианте сердцевина выполняется из полиметилметакрилата (PMMA), а оболочка — из фторированного полимера с меньшим показателем преломления.

Передача света происходит за счет полного внутреннего отражения на границе материалов с разными показателями преломления. Принцип тот же, что у кварцевого волокна, но размеры и оптические параметры существенно отличаются.

У типичного коммуникационного PMMA-POF внешний диаметр оптического волокна составляет около 1 мм, а сердцевина занимает большую часть этого диаметра. Для сравнения, у стандартного многомодового стеклянного волокна сердцевина обычно имеет диаметр 50 или 62,5 мкм, а у одномодового — порядка 9 мкм.

Из чего состоит POF

Базовая конструкция пластикового оптического волокна включает:

• сердцевину — основной светопроводящий полимер;
• оптическую оболочку — материал с меньшим показателем преломления, обеспечивающий удержание света;
• защитную оболочку — механическая и эксплуатационная защита волокна;
• внешнюю кабельную оболочку — применяется в готовых кабельных конструкциях в зависимости от назначения.

Большая сердцевина облегчает ввод света и снижает чувствительность к небольшим ошибкам при совмещении волокна с источником или приемником. Благодаря этому POF может быть проще в полевом монтаже, чем тонкое стекловолокно.

Как производят пластиковое оптоволокно

В исходной технологии, как и у стеклянного волокна, сначала формируют заготовку с нужным распределением показателя преломления, а затем вытягивают волокно при контролируемой температуре и геометрии. Для PMMA температура технологической переработки находится примерно в районе температуры размягчения полимера, значительно ниже температур, необходимых для вытяжки кварцевого стекла.

Для волокон со ступенчатым профилем сердцевина и оболочка имеют практически постоянные показатели преломления. Для градиентных волокон показатель преломления сердцевины изменяется по радиусу, что уменьшает модовую дисперсию и повышает пропускную способность.

Ступенчатое и градиентное POF

SI-POF — ступенчатый профиль

Step Index POF — наиболее распространенное пластиковое волокно. Оно сравнительно недорогое, технологичное и подходит для коротких линий, где не требуется высокая полоса пропускания на большой длине.

GI-POF — градиентный профиль

Graded Index POF имеет плавное изменение показателя преломления в сердцевине. За счет этого лучи света проходят волокно с меньшей разницей по времени, а модовая дисперсия снижается. Такой тип обеспечивает более высокие скорости и большую дальность, но сложнее и дороже в производстве.

Отдельное направление — перфторированные градиентные полимерные волокна, у которых затухание существенно ниже, чем у обычного PMMA-POF. Они занимают промежуточную нишу между стандартным пластиковым и кварцевым волокном.

Рабочие длины волн и затухание

Для распространенного PMMA-POF характерна работа в видимом диапазоне. Одна из типичных длин волн для передачи данных — около 650 нм, то есть красный свет.

Главное ограничение стандартного POF — сравнительно высокое затухание. Для коммерческого ступенчатого PMMA-волокна оно обычно измеряется десятками и сотнями дБ/км и может составлять примерно 100–200 дБ/км около 650 нм в зависимости от конкретного волокна. Поэтому стандартное POF применяют прежде всего на дистанциях в десятки метров, а не на километры.

Для стеклянного одномодового волокна затухание на телекоммуникационных длинах волн на порядки ниже. Поэтому магистральные и протяженные сети строятся именно на кварцевом стекловолокне.

Преимущества пластикового волокна

• Большая сердцевина. Упрощает ввод света, соединение и монтаж.
• Гибкость. POF лучше переносит изгибы и вибрации, чем обычное стеклянное волокно.
• Простая обработка. В ряде систем волокно можно подготовить и оконцевать менее сложным инструментом.
• Низкая масса. Полимерные конструкции удобны для транспорта, автомобилей и подвижного оборудования.
• Гальваническая развязка. Как и стекловолокно, POF не проводит электрический ток.
• Устойчивость к электромагнитным помехам. Оптический канал не восприимчив к наводкам так, как медная линия передачи.
• Видимый сигнал. В системах на 650 нм наличие света проще контролировать визуально.

Ограничения POF

• Высокое затухание. Главная причина ограничения длины линии.
• Меньшая дальность. Стандартный PMMA-POF рассчитан на локальные соединения.
• Ограниченная полоса пропускания у простых SI-волокон. На высокой скорости допустимая длина уменьшается.
• Зависимость от температуры и состава полимера. Рабочий диапазон необходимо проверять по паспорту.
• Низкая распространенность в классических СКС. Экосистема разъемов, трансиверов и измерительного оборудования уже, чем у стеклянной оптики Ethernet.

POF и стеклянное оптоволокно: сравнение

Где применяют пластиковое оптоволокно

Автомобильные системы

POF применяется для передачи цифровых аудио- и управляющих сигналов внутри транспортных средств, где ценятся малая масса, гальваническая развязка и устойчивость к электромагнитным помехам.

Промышленная автоматика

Короткие оптические соединения могут использоваться в оборудовании и системах управления, особенно при наличии электромагнитных помех или необходимости электрической развязки.

Домашние и локальные сети

POF рассматривался и применяется как среда для коротких внутридомовых линий. Большая сердцевина упрощает оконцовку, однако при выборе необходимо учитывать поддерживаемую скорость и максимальную длину конкретного оборудования.

Датчики и светотехника

Пластиковое волокно применяется не только для Ethernet-подобной передачи данных. Оно используется для передачи света, в декоративном освещении, сенсорных системах и приборах.

Монтаж и оконцовка

Несмотря на механическую гибкость, POF требует аккуратного монтажа. Основные правила:

• соблюдать минимальный радиус изгиба производителя;
• не допускать сдавливания и надрезов волокна;
• резать торец инструментом, обеспечивающим ровную поверхность;
• использовать совместимые коннекторы и приемопередатчики;
• контролировать суммарные потери в соединениях;
• учитывать температурный диапазон кабеля и оборудования.

Большая сердцевина делает POF менее чувствительным к микроскопическим ошибкам центровки, однако качество торца и соединения по-прежнему влияет на оптический бюджет.

Когда выбирать POF, а когда стекловолокно

POF имеет смысл рассматривать, если линия короткая, важны гибкость, простая оконцовка, гальваническая развязка и устойчивость к электромагнитным помехам, а используемое оборудование изначально рассчитано на пластиковое волокно.

Стеклянное волокно предпочтительнее, если требуется стандартная СКС, высокая скорость на значительном расстоянии, магистральная линия, совместимость с типовыми SFP/SFP+ трансиверами, массовой оптической коммутацией и измерительным оборудованием.

Главный критерий — не материал сам по себе, а требования всей системы: длина, скорость, интерфейсы, бюджет потерь, условия эксплуатации и доступность совместимых компонентов.

Оптические кабели в каталоге «Анбик»

В каталоге «Анбик» основную часть оптических кабелей составляют изделия на стеклянном одномодовом и многомодовом волокне. Это не POF, поэтому приведенные ниже позиции следует рассматривать как практические решения для стандартных СКС и ВОЛС и как альтернативу пластиковому волокну там, где требуется совместимость с распространенным телекоммуникационным оборудованием.

RC19 TB-ZIP-MM-62.5/125-02T-OM1-LSZH-IN-3,0-OR

Двухволоконный многомодовый кабель OM1 с плотным буфером и LSZH-оболочкой для внутренней прокладки. Используется для патч-кордов, пигтейлов, тестовых шнуров и коротких внутренних соединений.

RC19 TB-ZIP-SM-9/125-04T-LSZH-IN-3,0-YEL

Одномодовый кабель OS2 для внутренней прокладки с плотным буфером и LSZH-оболочкой. Подходит для изготовления оптических шнуров и соединений на коротких и средних дистанциях, но благодаря одномодовому стекловолокну совместим с типовой телекоммуникационной инфраструктурой.

Одномодовый 9/125, 4 волокна, универсальный

Полностью диэлектрический кабель для внутренней и внешней прокладки. Может применяться в стояках, кабель-каналах и для организации распределительной оптической инфраструктуры.

Cabeus OM3 50/125, 16 волокон, внутренний/внешний

Многомодовый кабель OM3 с плотным буфером и LSZH-оболочкой для распределительных линий внутри и вне зданий. Это пример стеклянной оптики для задач, где требуются более высокая пропускная способность и развитая совместимость с Ethernet-оборудованием.

Полный раздел: оптический кабель в каталоге «Анбик».

Стандартизация пластикового оптоволокна

Пластиковые многомодовые волокна входят в категорию A4 международного стандарта IEC 60793-2-40. Стандарт охватывает различные подкатегории POF с пластиковыми сердцевиной и оболочкой и допускает ступенчатый, многоступенчатый и градиентный профили показателя преломления.

При проектировании линии необходимо ориентироваться не только на общее обозначение POF, но и на спецификацию конкретного волокна, интерфейсы активного оборудования, рабочую длину волны, допустимое затухание и температурный диапазон.

Заключение

Пластиковое оптоволокно занимает отдельную нишу между медными линиями и традиционным стекловолокном. Его сильные стороны — большая сердцевина, гибкость, простота обработки, электрическая изоляция и устойчивость к электромагнитным помехам. Главный недостаток стандартного PMMA-POF — высокое затухание, из-за которого практические линии обычно ограничиваются небольшими расстояниями.

Для автомобильных, промышленных, сенсорных и некоторых домашних систем POF может быть рациональным решением. Для стандартных телекоммуникационных ВОЛС, структурированных кабельных систем и магистральных линий чаще выбирают стеклянные одномодовые или многомодовые кабели, широко представленные в каталоге «Анбик».