原标题：国际塑料光纤通信系统新发展
[导读]欧洲是塑料光纤行业技术、应用和标准发展的领导者，尤其是欧盟基金多年来，投入大量研发资金，支持塑料光纤通信技术的研究和产品实现。在欧洲光子学组织Photonics21ETP的支持下，欧盟第七框架计划光子学管理部通过合作研发计划集中了光子学研究的关键力量，通过产业界和学术界的合作，开发创新性的光子学器件与系统，并开拓市场。
随着数据流量和网络规模的快速扩张，三大电信运营商的2008年5月开始的欧盟基金第七框架计划内的POF-PLUS项目，于2011年4月结束。
该项目主要聚焦在通过几十米POF来进行1Gbit/s以上的数据传输，考虑了潜在的应用范围从短距离多媒体设备的连接和家庭网络的光学互连数据中心。该项目的重要成果如下：多Gbit/s的光电收发器的开发和优化，以提高线性度，带宽和可靠性;充分设计以在塑料光纤(IEC国际标准A4a.2类型)超过50米时，实现使用LED进行实时1Gbit/s的传输;在非标准的多芯塑料光纤和光纤带上进行多G比特的数据传输。应用大芯径的POF实现ROF的可靠传输。
FP7里的ALPHA课题在2008年1月开始，于2010年9月结束，ALPHA项目回答了几个问题：从现在开始的10-15年最终用户ICT服务是什么?将如何建设接入和建筑屋内/家庭网络来支持这些服务?ALPHA报告里总结了塑料光纤的研发、生产现状和如何选择，还重点研究和介绍了POF用光源、光探测器的情况。根据ALPHA项目白皮书里的描述，塑料光纤技术路线图(见图1)。
由上述可见，塑料光纤通信在未来会成为终端接入的重要技术，应用领域非常广阔。
国际塑料光纤通信系统的最新进展主要体现在四大方面：第一，千兆塑料光纤(POF)通信系统，包括千兆塑料光纤、通信用塑料光纤收发器及调制技术;第二，具有优势的POF家庭网络布线;第三，塑料光纤与其它技术如无线相结合的应用研究，可实现方式灵活的终端接入以及拓展其在物联网的应用;第四，塑料光纤在电力通信仪表、风力发电及飞机等领域的应用。
千兆塑料光纤(POF)通信系统
2010年1月，欧洲电信标准协会颁布了“接入、终端、传输和复用(ATTM);100Mbit/s和1Gbit/s的塑料光纤系统技术规范ETSITS105175-1V1.1.1”(2010-01)，并于2011年8月进行了改版(V2.0.0)，V2.0.0中明确规定了百兆及千兆塑料光纤系统的要求及连接方式。
基于SI-POF的优点，ETSITS105175-1规定塑料光纤使用SI-POF类型。连接方式可以使用已有标准的塑料光纤连接头SMI(IEC61754-21)、SC/RJ(IEC61754-24)、F-SMA(IEC61754-22)、SC(IEC61754-4[27])以及LC(IEC61754-20)，也可以使用无连接头方式Optolock。(见表2)
同时根据POF-PLUS的报告，1G比特的POF以太网的路线图(见图2)。在实验室通信记录方面，一个新的物理层千兆传输记录是在1毫米PMMASI-POF进行，传输距离超过75米，由于SI-POF具有大芯径、成本低、易连接的显著特点，在最后100米内的千兆内数据领域占据着绝对优势。
而带宽更大(超过10G)的数据传输，近年来在新型的全氟GI塑料光纤(PFGI-POF)上也取得了很多进展。随着无定形全氟聚合物聚全氟-丁烯基乙烯醚(商业上叫CYTOPRR)的出现，阶跃型POF的局限被克服了。CYTOPR是日本AGC旭硝子公司研发并生产的高透明聚合物，具有优秀的透光性能、适宜的折射率，可生产低衰减大容量的全氟GI-POF(见图3)。
chromisFiberoptics的全氟GI塑料光纤在近红外区展示了非常低的损耗(～10dB/km)，如图3b所示，对高达100米的距离可支持10Gb/s以上的传输速率。这归结于高的模式耦合，低的材料色散和差分模式衰减间的相互影响。
AGC公司的旭硝子宣称其PFGI-POF比石英光纤有着更大的高速潜力，并已推出商业化产品FONTEX。目前PFGI-POF传输实验记录已达到100G。
由于目前世界先进的电信运营商如法国电信，已经准备在终端家庭采用千兆技术，并使用集成塑料光纤接口设备，因而高性价比的千兆塑料光纤收发器研究成为亮点。
POF-PLUS项目的主要成果之一是示范了1Gbit/s被调制的POF收发器，要达到这样的结果不仅要研究RC-LED，而且它的驱动程序也要通过几个途径被仔细地优化。
在塑料光纤收发器商业化方面，飞尔康(Firecomms)公司于2012年2月推出了GDL1000POF收发器。传统千兆级光纤收发器是基于850nm和更高波长的光源，精密复杂的光学组件，与200微米和更小芯径的玻璃光纤匹配。
而Firecomms新的千兆POF收发器仍然利用一个人眼安全、可见光波长650nm(红色)RCLED容易耦合的集成透镜，用透明树脂模压封装，与1毫米芯径的POF匹配，连接方式采用Optilock这样GDL1000除了能够实现千兆数据传输，还保留了百兆POF收发器的优点，如成本低、容易连接、工作温度范围宽、可单3.3V电力供应。预计不久的将来，GDL1000将装配有目前最常用的LC型光纤连接器，并将被国际电工委员会(IEC)批准。
与石英光纤相比，塑料光纤系统的额外费用明显降低，因为不需要昂贵的耦合和跳线加工设备。因此千兆POF收发器获得了巨大的市场机会，昂贵的预装配石英光纤跳线已过时。
具有优势的POF家庭网络布线
家庭网络是最近一些年来通信领域研究的重点方向，例如数字家庭、智能家居等等，很多设备提供商和电信运营商都在致力于研究塑料光纤家庭网络技术。
2009年7月，AT&T(美国电报电话公司)主导了一个小型的塑料光纤家庭网络实验。不同的POF光交换机、介质转换器在4个家庭组成了不同的家庭网络。3号家庭改造了现有的同轴电缆，使用POF介质转换器用于7个机顶盒上，使得以前HPNA(家庭电话线联网)造成的问题都被消除了。研究人员还撰文分享了塑料光纤技术评估结果。塑料光纤可以整体减少U-verse用户的安装和维护时间，并减少已知的各种噪音或HPNA产生的问题。因此可以通过POF连接楼内和屋内的网络，形成一个端到端的全光网架构。
另外也有一些先进技术公司生产和使用POF网络设备用于家庭网络布线。例如奥地利Homefibre公司提供了一个完整的并易于安装的塑料光纤POF系统。POF柔韧性强，并且可以简单而快速端接，可以多种方式安装在墙以及与电力线共管道安装。
这种方法是升级改造现有家庭网络的理想方式。其优点主要体现在：通过电线系统安装-无需钻孔，没有灰尘;同电力线共同布线-节省安装费用;在新建大楼布线节省管道费用;塑料光缆能够安装在墙面和地毯下以及踢脚线下面，美观;塑料光缆能够在集线盒内(同电源一起)，并可集成传感器和无线接入点;没有接地和防雷问题;每个数据插座可以配置一个墙面型交换机。
POF与无线技术结合
现有的家庭网络，主要基于金属导线(双绞线，五类双绞线和同轴电缆)及短距离无线链路如现在无处不在的WiFi标准。
VD-H研究认为：对于家庭网络而言，无线技术可能将再次发挥重要作用，但只有光纤到户技术才能够提供最高的带宽和稳定对顾客的宽带服务。
目前使用光电子的家庭网络解决方案，即使用玻璃光纤或塑料光纤(POF)，或是自由空间光通信(FSO，无线光学技术)，还没有得到广泛的应用，因此未来的系统技术和网络架构，将是混合的解决方案。(见图4)当前的短距离无线技术主要有Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、UWB、NFC等，很多实验室和研究机构都对塑料光纤和无线技术的结合做了研发。D.Visani等人研究了在超过50米1mmGI-POF同时传输宽带、有线和无线信号，在家庭网络里融合了有线和无线服务。
ZigBee是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本。ZigBee最初预计的应用领域主要包括消费电子、能源管理、卫生保健、家庭自动化、建筑自动化和工业自动化。
随着物联网的兴起，ZigBee又获得了新的应用机会。ZigBee便于快速大规模部署等特点顺应了物联网发展的要求和趋势。
目前来看，物联网和ZigBee技术在智能家居、工业监测和健康保健等方面的应用有很大的融合性。
在2011年的第五次欧洲ZigBee研究论坛上，“在家庭网络中使用塑料光纤来扩展ZigBee”提出了设计方案，整合现有的ZigBee网络协议栈，并在MAC层使用POF。其优点是：POF以可接受的价格提供可靠的连接;是不发射无线电波的光传输;对于系统网络层的路由技术是透明的;POF是用于解决“地下室接入问题”的首选。
数字家庭网络应用倡导者美国网件公司NETGEARInc致力于网络技术创新，专注于产品的可靠性和易用性提升，为全球商用企业用户和家庭个人用户提供使用简便的高质量网络解决方案，2008年推出了塑料光纤接口的产品PF101，与其无线家庭网关结合，组成了数字家庭网络。
在电力通信仪表、风力发电及飞机等领域的应用
POF在智能电网里的功能应用，包括光纤连接到其他传感元件、连接到控制器、光纤传感器、数据通信及数据采集等。
目前国内外已经有一定的应用和研究。例如塑料光纤技术已经应用在兰吉尔公司的仪表里，来提供可靠、低成本和易于维护的光纤连接。
中国湖南省电力公司提出了将塑料光纤应用于用电信息采集系统，采用塑料光纤(POF)替代目前用电信息采集系统中的下行通信方式，可使智能电表与主站之间实现实时通信，并具有可靠性高、功耗低、投资相对较小的优点，对于智能电表集中安装的城区内，这是一种用电信息采集的理想方案，塑料光纤还能够用于风力发电系统、电力火车和机车。
在飞机上使用POF早在1996年就有先例，波音公司就利用塑料光纤进行在飞机中应用的研究。在飞机中使用塑料光纤的理由是因为：铜缆尺寸过大而且太重;石英光纤系统成本太高，而且很难安装/维护;急切需要低成本廉价维护的飞机光缆;苛刻的飞机环境需要新的发明;商用飞机需要耐用的产品可以可靠而安全的长期使用等因素所决定的。
GE航空集团使用POF进行了研究并进行了示范，并指出：器件制造者需要“看见”飞机塑料光纤的市场，从而研发POF器件。展示了带有时间触发协议的塑料光纤无源星型拓扑结构，与以前飞机网络使用的光纤网络拓扑结构类似。
目前塑料光纤有可观的航空航天市场，但没有一家公司能够提供整套的解决方案，需要技术联盟来创建供飞机使用的塑料光纤生态系统。
不仅如此POF在便携式电子终端设备上也得到了广泛应用。
在塑料光纤波导(POW)消费应用中，使用塑料光纤(POF)是首选的介质，由于其潜在的成本优势。通常石英光纤的衰减性能比POF更好，但对于短距离消费应用这不是一个问题。POF比石英光纤更灵活，并可能有2个或更多的POF光波导嵌入在相同的物理介质里。
低成本高效能的回流焊与塑料光纤(POF)收发器封装技术兼容，可实现嵌入消费手持设备和有源光缆中的多千兆位级收发器，应用在设备至设备以及设备内部通信(手机、手提电脑)及有源光缆等领域。
德国SiliconLine开发出了符合便携终端内部传输技术“MIPI(MobileIndustryProcessorInterface)”物理层标准“D-PHY”的控制IC，这是一款用来对D-PHY信号进行光传输的桥接IC，设想用于便携终端的应用处理器与液晶驱动电路之间的信号传输通道。据该公司介绍，最大能以2Gbit/秒的速度传输数据。估计可在便携终端内传输大容量视频数据时发挥威力。
