Polymerfaser

Die optische Polymerfaser (POF) ist eine All Plastic Fiber (APF). Sie besteht aus einem transparenten polymeren Kern- und Mantelmaterial, das einen geringeren Brechungsindex aufweist als das Kernmaterial. Je nach Bedarf wird auf das Mantelmaterial ein Schutzmantel aus verschiedenen Polymeren aufgebracht. Gegenüber der Glasfaser hat die POF-Faser wesentlich höhere Dämpfungswerte und einen größeren Durchmesser, sie ist allerdings preiswerter, einfach zu installieren und nimmt wie der Lichtwellenleiter keine Störstrahlungen auf.


Polymerfasern verwenden als Kernmaterial meistens Polymethylmethacrylat (PMMA), manchmal auch Polycarbonat (PC). Die Kerndurchmesser betragen 980/1.000 µm. Das Kernmaterial der POF-Faser ist von einem nur 10 µm dünnen Mantelmaterial aus fluoriertem Acrylat oder Fluorpolymer umgeben. Die wichtigsten Kennwerte von Polymerfasern wie die Dämpfung und der Brechungsindex, der die Bandbreite bestimmt, sind abhängig von den verwendeten Materialien und den Indexprofilen.

Größenvergleich von Glas- und Plastikfasern

Größenvergleich von Glas- und Plastikfasern

Die verschiedenen POF-Indexprofile

Die Standard-POF-Faser hat ein Brechungsprofil mit Stufenindex (SI-POF). Der Brechungsindex des Kernmaterials liegt bei 1,49, der des Mantels bei 1,41. Die Differenz bestimmt die numerische Apertur (NA) und damit den maximalen Ausbreitungswinkel. Dieser liegt bei einer Differenz von 5 % bei etwa 20 Grad gegenüber der Faserachse, was zur Reduzierung der Bandbreite führt.

Optische 
   Fenster und Dämpfungswerte der POF-Faser

Optische Fenster und Dämpfungswerte der POF-Faser

SI-POF-Fasern arbeiten mit sichtbarem Licht bei Wellenlängen von 520 nm ( grün), 560 nm ( gelb) und 650 nm ( rot), wobei meistens das optische Fenster bei der obersten Frequenz benutzt wird. Im Grünbereich bei 520 nm sind Datenraten von 100 Mbit/s über 300 m realistisch und im Rotbereich bei 650 nm werden Übertragungsraten von 100 Mbit/s über 100 m erreicht. Die Dämpfung liegt im Grünbereich bei 80 dB/km, bei Rot beträgt sie 140 dB/km. Da die Bandbreite der POF-Faser auf ca. 50 MHz begrenzt ist, werden für die Übertragung mit hoher Datenrate spezielle Codierungsverfahren verwendet. Bei der Stufenfaser wird der Lichtstrahl am Mantelmaterial reflektiert und so innerhalb des Kernmaterials geführt. Da die verschiedenen Moden unterschiedliche Laufzeiten haben, werden kürzere Lichtimpulse durch Materialdispersion verbreitert, was sich in der Reduzierung der Bandbreite zeigt.

POF-Indexprofile

POF-Indexprofile

Neben der Stufenfaser (SIF) gibt es auch Polymerfasern mit Gradientenindex (GI-POF). Bei diesen Gradientenfasern (GIF) ändert sich der Brechungsindex kontinuierlich über den Querschnitt. Durch Reduzierung der Durchmesser auf 500 µm/750 µm oder auf 120 µm/490 µm und Erhöhung der Wellenlänge auf 850 nm kann die Dämpfung einer GI-POF-Faser auf 40 dB/km reduziert werden. Bei optimaler Gradientencharakteristik erreichen GI-POF-Fasern die hundertfache Bandbreite von SI-POF-Fasern, und somit Bandbreitenlängenprodukte von 1,0 GHz x 100 m.

Als Alternative zum Stufen- und Gradientenindex bieten sich Polymerfasern mit mehrstufigem Index an, sogenannte Multi Step Index (MSI-POF). Solche MSI-POF-Fasern können aus zehn und mehr Schichten aufgebaut sein und haben Bandbreitenlängenprodukte von 1,5 GHz x 100 m.

Eine weitere Alternative sind Multicore POF (MC-POF). Bei diesen Polymerfasern ist der Kern in viele lichtführende Bereiche unterteilt. Der Brechungsindex und die numerische Apertur entsprechen denen der Stufenindex-Polymerfaser.

Neben den reinen Polymerfasern bei denen der Kern und der Mantel aus Plastik bestehen, gibt es Fasern in hybrider Technologie, die aus einer Kombination von Kernglas und Plastikmantel bestehen, wie die Plastic Cladding Silica Fiber (PCF).

POFs werden für Kurzstreckenübertragungen in Feldbussen Kraftfahrzeugen und Flugzeugen wie Byteflight, FlexRay und dem MOST-Bus eingesetzt, aber ebenso in der Fertigung, Automation und Produktion, der Heimverkabelung, auf Rechnerplatinen und in der Gebäudeautomation. Darüber hinaus auch im Anschlussbereich mit Fiber to the Home (FTTH) oder in Home-Networks. Die Polymerfaser wurde ständig weiterentwickelt, damit sie auch für breitbandige Anwendungen wie Gigabit-Ethernet eingesetzt werden kann.

Stecker für Polymerfasern

HFBR 4506 nach HP-Standard, Foto: Hütter

HFBR 4506 nach HP-Standard, Foto: Hütter

Der Anschluss der Polymerfasern erfolgt über POF-Stecker. Es gibt diverse Ausführungen mit und ohne Verriegelung in Simplex- und Duplex-Ausführung. Dazu gehört der PN-Stecker, eine Variante des F07-Steckers, der F05-Stecker von TOSlink bekannt, der SMI-Stecker, der HFBR-Stecker, der Duplex-HFBR nach HP-Standard und der RCC-45-Stecker. Den aus der Weitverkehrstechnik bekannten SC-Stecker gibt es mit anderen Ferrulen auch für Polymerfasern. Für die platzsparende Installation in der Größe von RJ-45-Steckern gibt es mit dem SC-RJ-Stecker und dem EM-RJ-Stecker entsprechende Alternativen. Konfektioniert werden die Stecker mit verschiedenen Verfahren. Hot Plate ist eines dieser Verfahren bei dem die Plastikfaser abgeschnitten und an eine heiße Platte gedrückt wird.

Lichtquellen für Polymerfasern

Polymerfasern arbeiten im sichtbaren Licht und haben ihre geringste Dämpfung bei etwa 570 nm. Als Lichtquelle können Leuchtdioden (LED), RC-LEDs, Laser und VCSEL-Laser eingesetzt werden. Da LEDs bei 570 nm relativ ineffizient und langsam sind, weicht man auf effizientere LEDs mit niedrigeren Wellenlängen zwischen 450 nm und 530 nm aus. Bei höheren Wellenlängen im 1. optischen Fenster sind sowohl effiziente LEDs als Laser und VCSEL-Laser verfügbar.

Informationen zum Artikel
Deutsch: Polymerfaser
Englisch: plastic optical fiber - POF
Veröffentlicht: 27.12.2014
Wörter: 767
Tags: #Lichtwellenleiteraufbau
Links: Anschluss, Automation, Bandbreite, Bandbreitenlängenprodukt, Brechungsindex