Why Does Industrial Plastic Optical Fiber Usually Use a 1 mm Core?

Промышленные пластиковые оптические волокна часто выглядят необычно для инженеров, которые более знакомы с телекоммуникационными волокнами.Обычные промышленные ПОФ могут использовать оптическое волокно диаметром около 1 мм, намного больше, чем ядра, обнаруженные в обычных силиковых коммуникационных волокнах.

Разница заключается не только в том, что в волокно поступает больше света.

Большая оптическая диафрагма1 мм пластиковых оптических волоконПромышленные оптические связи на короткие расстояния часто отдают предпочтение простой сцепке светодиодов, щедрой терпимости к выравниванию, практичной конструкции соединителей, простому завершению,и надежная установкаЭти преимущества сбалансированы с более высокой атенуацией и более ограниченной пропускной способностью по пропускной способности по сравнению с силиконовыми волокнами телекоммуникационного класса.

Таким образом, формат приблизительно 1 мм лучше всего понимать какинженерный компромисс на уровне системы, а не как попытка максимизировать один оптический параметр.

Таким образом, термин "1 мм POF" обычно используется в качестве практического описания размера волокна, а не как утверждение о том, что каждое оптическое ядро измеряет ровно 1000 мм.

Пластиковые оптические волокна также существуют в различных оптических конструкциях.IEC 60793-2-40классифицирует многомодные оптические волокна с пластиковым ядром и пластиковой обшивкой в категорию А4.

Для обычных промышленных линий на короткие расстояния наиболее значимой характеристикой является сочетание большого оптического ядра, мультимодного распространения,и системной архитектуры, разработанной вокруг практической сцепления и соединения, а не дальнего передачи.

Размерная разница между промышленными POF и обычными кремниевыми коммуникационными волокнами существенна.

Обычное силиковое мультимодное волокно может использовать ядро 50 мкм, в то время как оптическое ядро обычного одномодного волокна намного меньше.POF класса 1 мм представляет собой значительно большую оптическую цель.

1 мм POF против размер ядра силиконового волокна

Это не означает, что POF с большим ядром по своей сути лучше, чем силиконовое волокно.

Различные конструкции волокон решают различные проблемы

Телекоммуникационные и волоконно-волоконные системы для центров обработки данных обычно уделяют большое внимание низкой атенуации, высокой пропускной способности, большому расстоянию передачи и строго контролируемой оптической производительности.

Промышленный POF часто решает другую проблему: как построить практическую оптическую связь на относительно коротком расстоянии, не требуя чрезвычайно точного оптического выравнивания.

Внутри промышленного оборудования управления, приводов, силовых электронных систем, машин или шкафов управления требуемое соединение может простираться только на несколько метров или десятки метров.легкость подключения, толерантность к установке, обслуживаемость и механическая простота могут быть более ценными, чем дальность на километр.

Таким образом, более крупное волокнистое ядро изменяет инженерный баланс всей системы передатчика/волокна/соединителя/приемника.

Следовательно, важное различие заключается не в размерах ядра, а в том, что размер ядра позволяет окружающей оптической и механической системе делать.

Промышленные POF-ссылки обычно используют видимые светодиоды в качестве оптических передатчиков.

Светодиод не излучает свет в виде совершенно узкого коллиматизированного луча.

Соединение этого света в очень маленькое волокнистое ядро требует более строгого позиционирования и оптического контроля.

Почему большое ядро POF легче соединяется с светодиодом

Большая оптическая цель снижает точность запуска

Основной геометрический принцип прост.

Если излучающий элемент, соединитель и волокно слегка не выровнены, большое волокнистое ядро все равно может перекрываться с значительной частью излучаемого света.То же физическое смещение будет представлять собой гораздо большую ошибку относительно небольшого оптического ядра.

Это дает оптическому интерфейсу большую толерантность к обычным производственным и сборочным изменениям.

В результате не достигается идеального иммунитета к неправильному выравниванию, а серьезные латеральные или угловые ошибки могут привести к значительной оптической потере.

Преимущество заключается в том, что приемлемое окно позиционирования становится более широким.

Диаметр ядра является лишь частью схемы соединения

Только диаметр ядра не определяет, насколько легко свет может проникнуть в волокно.

Цифровая диафрагма, или NA, также важен, потому что он связан с диапазоном углов входа, которые могут быть приняты и направлены волокном.

Большое ядро обеспечивает большую толерантность положения, в то время как относительно большой диапазон приемки обеспечивает большую угловую толерантность.

Эта комбинация помогает объяснить, почему обычные промышленные POF эффективно работают с светодиодными передатчиками.

Следовательно, инженерное отношение лучше выразить следующим образом:

большая оптическая диафрагма + подходящая численная диафрагма + дизайн светодиодного соединения малого радиуса действия = более прощающий оптический интерфейс

Это точнее, чем просто сказать, что большое ядро собирает больше света".

Как только оптический сигнал проходит через разъемы или отсоединяемые интерфейсы, механическое позиционирование становится частью оптического энергобюджета.

При соединении волоконного волокна с волокном оптическая потеря может увеличиться, когда два конца волоконного волокна смещены в сторону, угловой неправильно выровнены, плохо подготовлены или разделены неуместным разрывом.

Большое ядро POF не устраняет эти эффекты, но обеспечивает более геометрический марж.

Небольшие боковые смещения становятся менее критическими

Рассмотрим два конца волокна, которые слегка смещаются в сторону друг друга.

При очень маленьком оптическом ядре даже небольшое физическое смещение может представлять собой значительный процент от общего диаметра ядра.Таким образом, перекрытие между передающими и принимающими регионами может быстро уменьшаться..

То же смещение представляет собой гораздо меньшую часть 1 мм оптического ядра.

Толерантность выравнивания большого ядра против малого ядра

Это создает большую толерантность к:

• нормальное изменение производства,

• изменение положения соединителя,

• многократное вставление и удаление,

• скромное механическое износ,

• небольшие ошибки сборки,

• незначительные изменения положения во время работы оборудования.

Это особенно полезно в промышленном оборудовании, где оптические компоненты должны работать как часть более крупной механической и электрической системы, а не в условиях лабораторного позиционирования.

Большие ядра POF все еще не должны быть описаны как невосприимчивые к проблемам с выравниванием.или чрезмерное смещение все еще может уменьшить доступную оптическую маржу.

То же преимущество измерений также влияет на окончание волокон.

Соединения с небольшим ядром кремниевого волокна обычно требуют более строгого контроля выравнивания волокон и подготовки конечных поверхностей.

Крупноядерные POF могут поддерживать более простую архитектуру соединителей и конечных устройств в подходящих системах.

Упрощенное прекращение промышленного POF

Некоторые системы соединителей POF позволяют разрезать волокно, вставить в соединитель, механически удержать и подготовить относительно простыми процедурами.Другие системы могут по-прежнему требовать полировки или специальных инструментов окончания.

Следовательно, важно не то, что POF не требует никакой точности.

Инженерное преимущество заключается в том, что его большая оптическая площадь позволяет конструкторам соединителей работать с гораздо большей целью выравнивания,уменьшение уровня оптической точности, требуемого некоторыми методами окончания.

Оптические характеристики - это только одна часть промышленной системы связи.

Также необходимо собрать, установить, проверить, заменить и обслуживать волоконно-волоконное соединение.

Более терпимый оптический интерфейс может облегчить эти практические задачи.

Проще сбор и проповедническое служение

Во многих промышленных системах оптические связи устанавливаются или обслуживаются как часть обычного обслуживания оборудования, а не как часть выделенной телекоммуникационной волоконной установки.

Больший оптический интерфейс может уменьшить зависимость от чрезвычайно точного выравнивания во время рутинной сборки и соединения.

Это может быть полезно в таких приложениях, как:

• оборудование промышленного управления,

• сервоприводы,

• приводы с переменной частотой,

• сборки электроэлектроники,

• кабинеты управления,

• короткие оптические связи между оборудованием и оборудованием,

• электрически изолированные сигнальные пути.

1-мм ядро не делает автоматически каждую установку POF простой.Процедура установки все еще влияет на конечный результат.

Большое ядро обеспечиваетбольшей возможности выравнивания для конструктора и установщика системы;.

Больше возможностей для небольших механических движений

Промышленное оборудование может испытывать вибрации, тепловое расширение, движение соединителя или другие небольшие механические изменения.

Большое ядро POF-ссылки не должно быть описано как "вибрационное". Механическая надежность по-прежнему зависит от удержания соединителя, маршрутизации кабеля, облегчения напряжения и общей конструкции оборудования.

Однако, если небольшое движение приводит к незначительному изменению оптического выравнивания, большая оптическая мишень обеспечивает более геометрический марж, прежде чем это движение создаст значительную потерю сцепления.

Поэтому преимущество заключается в том, чтосниженная чувствительность к небольшим изменениям положения, но не защищен от механических нарушений.

Нет, большее ядро POF не автоматически производит большее расстояние передачи.

Это различие важно, потому что эффективность сцепления и дальность передачи - это не одно и то же.

Большое ядро может помочь большему количеству оптической энергии поступать в волокно и может сделать выравнивание соединителей более прощающим. Это может улучшить оптическую границу, доступную на интерфейсе.

Но расстояние передачи зависит от производительности всей оптической связи.

Эффективность соединения не то же самое, что охват соединения

Ссылка с эффективной связью может начинаться с более сильного оптического сигнала, но сигнал все равно теряет мощность по мере распространения через волокно.

Традиционные PMMA POF имеют значительно более высокую аттенуацию, чем телекоммуникационные силиконовые волокна.

В результате промышленные 1 мм POF-ссылки, как правило, предназначены для коротких расстояний передачи, а не для коммуникации в километровом масштабе.

Большое ядро помогает решить проблему сцепления на интерфейсах.

Что на самом деле определяет расстояние передачи POF?

Используемое расстояние связи POF зависит от полного бюджета оптической мощности и качества сигнала, включая:

• оптический выход передатчика,

• эффективность сцепления,

• ослабление волокон,

• потери соединителей и интерфейсов,

• чувствительность приемника,

• количественная диафрагма и условия запуска,

• скорость передачи данных,

• модальное рассеивание,

• требуемая операционная маржа.

1 мм ядро может улучшить некоторые из этих факторов, особенно толерантность сцепления.

Это не улучшает их всех.

Следовательно:

большее ядро → более легкое сцепление

не означает:

большее ядро → большее расстояние передачи

                                         Почему большие ядра не означают больших расстояний

Те же характеристики, которые делают 1 мм POF практичным для промышленной установки, также помогают объяснить, почему он не используется в качестве прямой замены для длинных коммуникационных волокон из кремния.

Инженерный дизайн всегда предполагает компромисс.

Модальная дисперсия и пропускная способность

Обычный промышленный индекс шага POF сильно мультимодный.

Свет может распространяться через волокно по многим различным оптическим путям. Некоторые режимы путешествуют относительно прямо, в то время как другие следуют более длинным путям через волокно.

Поскольку эти пути различаются, разные части оптического импульса могут прибывать к приемнику в несколько разное время.

Этот эффект известен какмодальная дисперсия.

По мере того, как импульс распространяется во времени, получателю становится сложнее различать соседние символы данных при более высоких скоростях передачи данных или на больших расстояниях.

Это создает ограничение пропускной способности.

Однако было бы неверно сказать, что большое ядро в одиночку вызывает низкую пропускную способность.

Пропускная способность зависит от нескольких взаимодействующих факторов, в том числе:

• профиль индекса преломления,

• числовая диафрагма,

• геометрия ядра,

• распределение режимов,

• условия запуска,

• характеристики передатчика,

• конструкция приемника.

Обычный POF с индексом шагов с большим ядром с высоким количеством режимов принимает некоторые ограничения пропускной способности в обмен на более легкую оптическую сцепку и большую толерантность выравнивания.

Более высокое ослабление, чем у кремниевых волокон

Другой важный компромисс - это потеря распространения.

Кремниевое волокно для связи оптимизировано для очень низкой затухания на большие расстояния.

Традиционный PMMA POF имеет гораздо более высокую аттенуацию, что сильно ограничивает расстояние, на которое сигнал может пройти, прежде чем доступная оптика превратится в недостаточную.

Для системы связи на большие расстояния это будет серьезным недостатком.

Для короткой промышленной оптической связи компромисс может быть приемлемым, если система получает более простую сцепку, более простую конструкцию соединителей, большую толерантность к выравниванию,и более удобная установка в обмен.

Вот почему промышленные POF не должны оцениваться с использованием тех же приоритетов, что и телекоммуникационные волокна.

Диаметр ядра - это только один из параметров оптической связи.

Два волокна с похожими размерами ядра могут вести себя по-разному, если они имеют разные:

• числовые диафрагмы,

• профили с индексом преломления,

• оптические материалы,

• характеристики ослабления;

• условия запуска,

• рабочие длины волн.

Точно так же изменение диаметра ядра само по себе не определяет окончательную пропускную способность, расстояние или надежность системы.

Волокно должно всегда оцениваться вместе с передатчиком, разъемом, приемником и необходимыми условиями связи.

Примерно 1 мм геометрия, обычно используемая в промышленных POF имеет смысл, когда все требования к системе рассматриваются вместе.

Большая оптическая диафрагма облегчает соединение светодиодов.

Это ослабляет требования к выравниванию.

Это дает системам соединителей большую толерантность к механическим изменениям.

Он может поддерживать более простые методы отключения и установки.

Эти характеристики ценны в коротких промышленных связях, где важна практическая установка, обслуживаемость и надежная сцепка.

В то же время, обычные крупноядерные ПОФ принимают значительные компромиссы.

Его ослабление намного выше, чем у телекоммуникационных силиконовых волокон, и сильное мультимодное распространение ограничивает производительность полосы пропускания на расстоянии в обычных системах с индексом шагов.

Поэтому более крупное ядро не автоматически создает лучшее волокно, более быстрое волокно или волокно более длинного радиуса действия.

Вместо этого,1 мм пластикового оптического волокна представляет собой инженерный компромисс на уровне системы:большая оптическая и механическая толерантность в точках соединения в обмен на ограничения производительности, которые приемлемы во многих промышленных связях на короткие расстояния.

Этот компромисс является настоящей причиной того, что формат большого ядра остается полезным.

Почему промышленные пластиковые оптические волокна используют такое большое ядро?

Промышленный POF часто использует оптическую геометрию приблизительно 1 мм, потому что большая диафрагма делает оптическое соединение и механическое выравнивание более прощающими.более простые соединительные конструкции, более легкое завершение и большая терпимость к обычным изменениям сборки.

Почему 1 мм POF легче соединить с светодиодом?

Большое ядро POF обеспечивает гораздо большую оптическую цель, поэтому передатчик и волокно не должны быть выровнены с микроскопической точностью.Цифровая диафрагма также влияет на диапазон углов запуска, которые может принять волокно.

Легче ли устранить 1 мм POF, чем стеклянные оптические волокна?

Большое оптическое ядро позволяет некоторым системам соединителей POF использовать более простые методы резки, механического удержания и окончательной подготовки.Точный процесс окончания все еще зависит от конструкции соединителя, и некоторые системы могут требовать специальных инструментов или полировки.

Увеличивает ли большее ядро POF расстояние передачи?

Большое ядро может улучшить эффективность сцепления и маржу выравнивания, но расстояние передачи также зависит от ослабления волокон, потерь соединителей, выхода передатчика,чувствительность приемника, скорость передачи данных, распределение модалов и требуемая маржа системы.

Что ограничивает полосу пропускания 1 мм пластикового оптического волокна?

В обычном индексе шага 1 мм POF многие оптические режимы распространяются по разным путям и могут прибывать в разное время.Эта модальная дисперсия распространяет оптические импульсы и ограничивает производительность пропускной способностиЧисленная диафрагма, профиль показателя преломления, условия запуска и конструкция передатчика также влияют на результат.

Всегда ли 1 мм ядро является лучшим выбором для промышленных оптических связей?

Нет, подходящее волокно зависит от расстояния передачи, пропускной способности, оптического энергобюджета, конструкции соединителя и требований к установке.1 мм POF особенно полезен, когда ссылка на короткие расстояния извлекает выгоду из простого соединения, великодушная толерантность к выравниванию и практичная установка.