POF: Plastic Optical Fibers

POF: Plastic Optical Fibers Bart Coelmont & Charles-Antoine Coget 25 december 2006

1

Inleiding

Als men spreekt over optische vezels, denken mensen meestal aan glasvezels. Nochtans bestaan er ook plastic optische vezels (POF). Zoals de naam reeds doet vermoeden wordt de vezel vervaardigd op basis van polymeren en niet op basis van silica (glas). Beiden worden tegenwoordig gebruikt in telecommunicatietoepassingen. Men wendt hen dan aan als medium waarover signalen gestuurd kunnen worden tussen zender en ontvanger met behulp van lichtpulsen. Deze paper handelt over Plastic Optical Fibers en vergelijkt hen met de klassieke glasvezels. De huidige ontwikkelingen worden zowel gesitueerd binnen een historische context als geprojecteerd op de toekomst.

1.1

Historiek van de POF

Hoewel weinigen van hun bestaan afweten dateert de ontwikkeling van de POFs nog van voor 1970, het jaar waarin Corning de glasvezelindustrie op de kaart zette. Hij slaagde er immers in glasvezels te ontwikkelen met een aanvaardbare verzwakking van minder dan 20dB/km. Zo werd het mogelijk data te versturen over grote afstanden met behulp van glasvezels. Moderne glasvezels vertonen zelfs verzwakkingen van minder dan 1dB/km. Deze ontwikkelingen maakten glasvezelcommunicatie superieur tov communicatie over POFs. POFs hadden destijds immers nog steeds te kampen met veel te grote verzwakkingen en werden zo al gauw veroordeeld tot korte afstandsverbindingen. Hoewel POFs dus in de schaduw kwamen te staan van de glasvezel, bleef men toch verder werken aan hun ontwikkeling. Men zag immers ook in dat POFs ontegensprekelijke voordelen hadden zoals (o.a. veel groter gebruiksgemak, veel lagere kost) ten opzichte van glasvezels.

1.2

State-of-the-art

Recente technische vooruitgang (zie figuur 1) zorgt voor enthousiasme rond Plastic Optical Fibers . Tot voor enkele jaren kon men over 50m een maximaal databdebiet van 400Mbps bereiken [2]. De nieuwe perfluorinated gra1

ded index Plastic Optical Fibers maken echter gigabitverkeer mogelijk. Verzwakkingen van 25dB/km zijn realistisch en op termijn kan men zelfs de 10dB/km bereiken over het golflengtegebied tussen de 650nm en de 1300nm. Op die manier haalt men een bandbreedte van meer dan 4Ghz over 100m. Met andere woorden werden er de afgelopen jaren enorme voortgangen geboekt op gebied van de verzwakking per km, net het punt waar POFs grandioos tekort kwamen tov glasvezels. Hoewel glasvezels dus nog altijd veel betere verzwakkingseigenschappen hebben dan POFs hebben de vooruitgangen voor euforie gezorgd binnen de POF-wereld. Omwille van diverse redenen blijkt er een groeiende markt te zijn voor POFs. Steeds meer bedrijven maken kennis met de mogelijkheden en de interessante eigenschappen van POFs en wenden ze aan in hun ontwerpen.

Figuur 1: Snelheidsrecords behaald met POFs, let op de afstanden

1.3

Plastic Optical Fiber Trade Organization

Om zoveel mogelijk mensen aan te spreken heeft de POFindustrie zich zelfs verenigd en de Plastic Optical Fibers Trade Organization (POFTO) (zie figuur 2) opgericht. Hun doel is het actief promoten van systemen die POFs met hoge bandbreedte gebruiken. Ze doen dit vooral door conferenties te organiseren. De POFTO [1] promoot ook de vooruitgang in de technologie, en vooral de standaardisatie. Leden van de organisatie krijgen toegang tot artikels over POFs en worden uitgenodigd actief deel te nemen aan conferenties. 2

Figuur 2: Logo van de Plastic Optical Fiber Trade Organization

In wat volgt wordt er eerst ingegaan op de POF-technologie en de verschillende beschikbare POF-types. Na een korte vergelijking met die andere optische vezels, de glasvezels dus, werpen we nog een blik in de toekomst.

2

De POF-technologie

2.1

Wat is een POF

Zoals eerder reeds vermeld staat POF voor Plastic Optical Fiber en kan deze optische vezel aangewend worden als transmissiekanaal waar met behulp van een lichtbundel informatie over verzonden kan worden. Deze vezel bestaat uit een di¨elektrische core met een hoge brekingsindex en is omringd door de cladding met een lagere brekingsindex. Door dit verschil in brekingsindex treedt er kritische reflectie op aan de interface tussen core en cladding wanneer de lichtstraal onder een hoek groter of gelijk aan de kritische hoek invalt (opmerking: deze hoek is de hoek gevormd door de normaal op het oppervlak en de lichtstraal). Het geleiden van het licht gebeurt dus normaliter door een opeenvolging van dergelijke reflecties zoals aangegeven in figuur 3. Dit principe is analoog aan dat bij glasvezels.

Figuur 3: Single Index POF: geleidingsprincipe + brekingsindexverloop over dwarsdoorsnede In tegenstelling tot glasvezels worden zowel de core als de cladding van 3

een POF niet uit glas maar wel van plastic (een polymeer dus) gemaakt. Oorspronkelijk werkte men met PMMA (Polymethyl methacrylaat), beter bekend als plexiglas. Recente technologi¨en werken echter met polymeerketens die geperfluorineerd werden. Hierover volgt later meer. Rond core en cladding bevindt zich dan ook nog eens een beschermende laag. Deze versterkt de vezel zonder zijn optische eigenschappen te veranderen. De diameter van de core (en bij benadering ook de POF zelf) is ongeveer 1mm zoals op figuur 4 aangegeven is. De cladding vormt slechts een dun laagje rond de core. Glasvezels daarentegen hebben kernen een veel kleinere diameter (grootteorde 10 tot 50µm). Figuur 5 vergelijkt dwarsdoorsnedes van verschillende optische vezels (zowel POFs als glasvezels!).

Figuur 4: De core en de cladding van een POF

Figuur 5: Vergelijking van omvang van verschillende soorten optische vezels

2.2

De verschilende Plastic Optical Fiber -types

In het vorige puntje werd uitgelegd dat de lichtbundel in optische vezels zich voortplant door een opeenvolging van reflecties aan het scheidingsoppervlak tussen core en cladding. Aldaar wordt immers een verschil in brekingsindex 4

waargenomen (kritische reflectie enkel mogelijk bij overgang van medium met hoge naar medium met lage brekingsindex). Wil men dus lichtstralen geleiden doorheen de optische vezel zal men de brekingsindex moeten laten vari¨eren over de doorsnede van de vezel. Dit kan uiteraard op verschillende manieren gebeuren en dat heeft dan ook geleid tot 2 essentieel verschillende technologi¨en: 1. Step Index POF (SI-POF): discontinue variatie van de brekingsindex over de dwarsdoorsnede 2. Grade Index POF (GI-POF): continue variatie van de brekingsindex over de dwarsdoorsnede 2.2.1

Step Index POFs

Single Step Index POFs Figuur 3 toont de dwarsdoorsnede en het brekingsindexprofiel over die dwarsdoorsnede van een Single Step Index POF. Het is duidelijk dat de volledige kern dezelfde brekingsindex heeft. De cladding daarentegen heeft een lagere brekingsindex. Dit was zoals eerder vermeld een vereiste om kristische reflectie te bekomen aan het scheidingsoppervlak tussen beide. Single step slaat uiteraard op het feit dat we slechts werken met 2 verschillende brekingsindices. Tot voor enkele jaren waren alle POFs van dit type. De firma Mitsubishi Rayon (verwant met de autofabrikant) vervaardigde dergelijke POFs uit PMMA (plexiglas) en bereikte hiermee een bandbreedte van 35 Mhz over 100m (Mitsubishi Eska fiber). Een typisch spectrum van dergelijke POFs wordt weergegeven in figuur 6. Mitshubishi werkte hierbij in het gebied rond de 650nm omdat er toen nog geen LEDs of lasers diodes voorhande waren die in het golflengtegebied rond de 520 of de 580nm werken. Vandaag zijn die wel beschikbaar en kan de performantie dus opgedreven worden.

Figuur 6: Typisch spectrum van een SI-POF vervaardigd uit PMMA

5

Multi Step Index POFs Mitsubishi Rayon bedacht echter een betere variant op de SI POF. Waar bij SI POFs slechts 2 brekingsindices voorkomen over de dwarsnede zijn er nu meerdere discrete niveaus. Zoals op figuur 7 gellustreerd wordt neemt de brekingsindex nu geleidelijkaan af vanuit het centrum naar de mantel. Dit gebeurt echter nog steeds op discontinue wijze (dus met discrete stappen). Vandaar de naam uiteraard.

Figuur 7: MSI POF: dwarsdoorsnede en het brekingsindexverloop hierover Belangrijk is op te merken dat de lichtstraal nu dus op meerdere plaatsen een verschil in brekingsindex zal waarnemen. Toch zal de straal nog steeds pas weerkaatst worden aan het scheidingsoppervlak tussen core en cladding door kritische reflectie. In de kern zou door de brekingindexsprongen echter ook kritische reflectie kunnen optreden maar dat wordt voorkomen door de inschiethoek van de straal en de opeenvolgende brekingsindexverschillen zorgvuldig te kiezen. Met andere woorden wordt de straal doorheen de kern afgebogen om uiteindelijk aan het scheidingsoppervlak met de cladding weerkaatst te worden (zie figuur 8).

Figuur 8: Voorplanting van een lichtstraal in een MSI Pof Mitsubishi gebruikte deze technologie in zijn Eska Mega Fiber. Het slaagde erin op deze manier de bandbreedte te verhogen tot 105Mhz over 100m. In oktober 2003 diende POF Applications Center (POFAC) in Nurenberg (Duitsland) een voorstel in bij de werkgroep “Ethernet over POF”. Dit voorstel handelde over een datalink van 125Mbps (fast ethernet) over 100m gebruikmakende van een SI-PMMA POF. De voorgestelde link gebruikte een 520nm LED als lichtbron en een Dual Step Index (DSI) PMMA vezel. Zoals verder blijkt zijn er nog betere technologi¨en dan de MSI POF ontwikkeld maar die vezels zijn vaak een stuk moeilijker te vervaardigen dan de MSI POFs (en dus ook duurder!). Ook laten MSI POFs toe gemakkelijk de 6

bandbreedte te wijzigen door het aantal niveaus te veranderen (dus er kunnen makkelijk vezels van verschillende bandbreedten vervaardigd worden). 2.2.2

Graded Index POFs

Bij Graded Index POFs verandert de brekingsindex ontinu over de dwarsdoorsnede van de vezel. De hoogste brekingsindex wordt waargenomen in het centrum, de laatste op het scheidingsoppervlak tussen core en cladding. Figuur 9 toont een dergelijk indexverloop.

Figuur 9: GI POF: dwarsdoorsnede en het brekingsindexverloop hierover Heel belangrijk is hierbij op te merken dat het voortplantingsmechanisme van de lichtbundel in de vezel hier wezenlijk verschilt van het klassieke geval! Bij graded index POFs wordt de lichtstraal immers afgebogen alvorens zij de cladding kan bereiken. Er zal dus normaliter geen reflectie optreden, dit integenstelling tot (M)SI POFs en multimode glasvezels. In figuur 10 wordt het stralenpatroon voor verschillende modes weergegeven.

Figuur 10: Voorplanting van een lichtstraal in een GI Pof Deze vezel is geschikt voor grote tranmissiedebieten en laat gigabittransmissie toe. Fuji Film kondigde in 2003 de lancering aan van een GI-POF en een Digital Video Interface (DVI) link die gebruik maakte van een 780nm VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser). Deze vezel die dus voor die link gebruikt werd kreeg de naam Lumistar en had een diameter van 300µm en was in staat het DVI signaal te verzenden over 30 meters aan een datarate van 1.65Gbps. Mitsubishi heeft ook een GI-POF, de EskaGIGA, wederom een POF geschikt voor gigabittranmissie.

7

2.3

Gebruikte materialen

Verzwakking van het signaal In de vorige sectie werd aangegeven dat de bandbreedte waarover informatie gezonden kan worden vergroot door het brekingindexprofiel over de de dwarsdoorsnede van de vezel te wijzigen. SIPOFs hebben de laagste bandbreedte, GI-POFs de hoogste. Deze laatsten maakten Gigabitdataverkeer mogelijk over een beperkte afstand. Die beperkte afstand is te wijten aan het feit dat POFs nog steeds een te grote verzwakking vertonen per kilometer. Deze verzwakking komt voort uit het feit dat lichtstralen ’scatteren’ door de aanwezigheid van onzuiverheden in de vezel en defecten in het materiaal. Daarnaast kan het materiaal zelf ook licht absorberen. Dit alles maakt dat een gedeelte van de energie in bundel gewoon verloren gaat. Ook bij glasvezels doet dit fenomeen zich voort. In 1970 slaagde men er echter in verzwakking terug te brengen tot een 20dB/km. Vandaag de dag vertonen glasvezels verzwakkingen van 0.2dB/km voor single mode vezels tot 3dB/km voor multi mode vezels, hetgeen hen geschikt maakt voor datalinks over lange afstand. Zoals verder zal gellustreerd zal worden liggen de verliezen voor POFs veel hoger, waardoor zij enkel voor datalinks over korte afstanden gebruikt worden. Positief echter is het feit dat men recent nieuwe materialen heeft ontdekt die toelaten deze verzwakking sterk terug te dringen. Alzo kan men nu ook hoge datarates halen over POFs op lange afstand datalinks! Oude materialen: PMMA, polystyreen en polycarbonaat Poly Methyl Meta Acrylaat (plexiglas), polystyreen en polycarbonaat zijn allen polymeren (dus koolwaterstofverbindingen). Allen kunnen gebruikt worden in POFs. Al deze materialen hebben transmissievensters (dus golflengten waarrond de golflengten van de verzonden bundels zullen liggen) in het zichtbare golflengte gebied (520nm tot 730nm). Onder hen is PMMA veruit het populairst. Plexiglas vertoont immers ’slechts’ verzwakkingen rond de 150 dB/km waar bv. polystyreen verzwakkingen vertoont van 1000 dB/km. Dit alles maakt dat vezels vervaardigd uit deze materialen slechts geschikt zijn voor verbindingen van maximaal 100m. Zowel figuur 6 als figuur 11.a geeft de verliezen weer voor een PMMA-vezel over de relevante golflengterange. We zien duidelijk minima in de buurt van de 530nm, 580nm en 650nm. Eerder werd reeds opgemerkt dat men zal trachten bundels met deze frequenties te gebruiken. Uiteraard dienen dan ook lichtbronnen die in die ranges werken voorhande te zijn. Nieuwe materialen: geperfluorineerde polymeren Ook deze materialen zijn uiteraard koolwaterstoffen (anders zouden POFs geen POFs zijn) alleen worden zij bewerkt met fluorgas. Op speciale wijze (deze methode is zelfs gepatenteerd, zie [10]) reageren de polymeren met het fluorgas. Fluor 8

Figuur 11: Voorplanting van een lichtstraal in een GI Pof (F) wordt toegevoegd aan onverzadigde C-C-verbindingen (C is koolstof) en C-H (H is waterstof) verbindingen worden vervangen door C-F verbindingen en dit tot minstens 90 procent van het aanwezige fluorgas verbruikt is. Geperfluorineerde polymeren vertonen veel betere verzwakkingseigenschappen dan andere polymeren. Figuur 11.b geeft de verliezen weer voor een Perfluorinated PMMA-vezel (PF PMMA) over de relevante golflengterange. Wanneer we deze resultaten vergelijken met het spectrum dat in figuur 11.a (gewone PMMA vezels) getoond wordt dan valt duidelijk op te merken dat de verzwakking van PF PMMA veel lager ligt dan deze van gewone PMMA. De verzwakking kan immers teruggedrongen worden tot minder dan 50 dB/km (rond de 25 dB/km) hetgeen dus een hele vooruitgang betekent. Nog valt op te merken dat waar gewoon PMMA lage verzwakkingen vertoonde tussen een klein gebied tussen de 450 en de 600nm (en in de buurt van 650nm), PF PMMA een redelijke verzwakking vertoont tussen de 650 en de 1300nm. Dit gebied is dus opmerkelijk breder dan bij gewoon PMA. Dit alles maakt dus dat POF verbindingen over kilometerranges mogelijk worden. Uiteraard kunnen POFs nog niet tippen aan de verzwakkingseigenschappen van glasvezels, toch betekent dit dat POFs gebruikt kunnen 9

worden voor meer dan enkel links van een paar meter. Welke deuren deze ontwikkelingen openen wordt verderop in de tekst toegelicht. Tot slot van deze paragraaf toch nog kort een praktische implementatie van deze nieuwe ontdekking aanhalen. Het Japanse Asahi Glass uit ontwikkelde samen met de Keio Universiteit een perfluorinated polymer graded index POF met verliezen van minder dan 25dB/km en dit over de 850-1300nm range. Het materiaal waaruit deze vezel opgebouwd werd heet CYTOP. In Juni van 2000 werd beslist de vezel te commercialiseren. De vezel heeft een diameter van 500µm, de kern is 120µm in diameter. De verliezen schommelen dus tussen de 22 en de 40dB/km (850-1300nm) en een bandbreedte van 1Gbps over 200m (850nm). Asahi heeft tevens aangetoond dat het mogelijk is 2.5Gbps over 100m te versturen.

2.4

Voor- en nadelen ten opzichte van glasvezels

Er werd dus reeds voldoende aangegeven dat glasvezels superieure verzwakkingseigenschappen hebben tov POFs. Glasvezels verzwakken het signaal veel minder dan POFs (en ook koperdraden) en zijn daarom het medium bij uitstek om wired verbindingen over lange afstanden op te zetten. POFs worden dus veeleer gebruikt voor toepassingen over kortere afstanden. Vermits momenteel enkel de voordelen van glasvezel ten opzichte van POFs werden aangegeven volgt hier een overzicht van de voor- en de nadelen [8] van POFs ten opzichte van glasvezels: • lagere kost • grotere flexibiliteit: de vezels kunnen veel makkelijker gekromd worden zonder dat er zich noemenswaardige verliezen voor doen. • ze zijn imuun voor electromagnetische interferrentie • vermits hun diameter groter is dan die van glasvezels zijn ze makkelijker te hanteren en de connecteren • de kabels kunnen ook gewoon ingekort worden mbv een mes en kunnen gemakkelijk verlengd worden door gewoon de uiteinden te verwarmen en tegen mekaar te drukken • de installatie kan dus makkelijk gebeuren, makkelijker dan bij glasvezel en vereist dus geen hooggetraind personeel • omdat de meeste POFs in het zichtbare licht werken kan goedkopere testapparatuur aangewend worden • om de zelfde reden zijn ze robuust: mensen kunnen het licht zien, dit in tegenstelling tot infrarood licht (glasvezels) en zullen zij voorzichtiger met de vezels omspringen 10

De nadelen: • grote signaalverzwakking bij het verzenden • gebrek aan standaarden • een gebrek aan kennis over POFs bij ontwerpers: niet iedereen weet wat mogelijk is met POFs, hoe men met POFs moet designen of men POFs dient te installeren • weinig verdelers die totaalsytemen in POF-uitvoering verkopen • een nog steeds gebrekkige productie waardoor nog niet iedereen kennis heeft kunnen maken met POFs Zoals u merkt tracht men deze nadelen weg te werken. Het eerste probleem is voldoende aangehaald. Het wegwerken van het gebrek aan kennis over POFs en het ontwerpen etc. met POFs is een van de doeleinden van POFTO (zie hoger). Ook het gebrek aan standaarden tracht men bij te werken door de POFstandaarden te integreren bij de glasvezelstandaarden. Die standaarden zouden dus algemene standaarden moeten worden voor optische vezels.

3

Toepassingen

POFs vinden hun toepassingen in andere domeinen dan gasvezels. Hoger werd reeds uitgelegd dat deze laatsten vooral gebruikt worden voor lange afstandscommunicatie vanwege hun lage verzwakkigen. POFs zijn (voorlopig) slechts geschikt voor veel kortere afstanden, meestal 100 of een paar 100 meter. Hun grote voordeel is dat de koste zowel qua bekabeling als randapparatuur serieus gedrukt wordt.

3.1

Industrial Controls & Sensors

Dit is de grootste en stabielste markt. Dit komt door de nood aan dataverbindingen die bestand zijn tegen EMI, electromagnetische interferentie veroorzaakt door toestellen die werken op een hoge spanning of stroom. POFs zijn ongevoelig hiervoor en dus uitermate geschikt voor dit soort toepassingen. Bovendien zijn POFs vrij flexibel: ze kunnen perfect gebogen worden hetgeen ideaal is voor het gebruik in robots. POFs zijn bovendien bestand tegen grote vochtigheid- en temperatuurschommelingen.

3.2

Automotive fields

Dit toepassingsdomein wordt algemeen aanzien als de ’killer application’ voor POFs. Daimler-Benz heeft immers ingezien dat nu de autoconstructeurs meer en meer elektrische apparatuur in de auto installeren er nood is 11

aan een standaard voor bekabelde communicatie binnen de auto. DaimlerBenz zou dus een standaard databus (MOST: de Media Oriented System Transport) willen creren die alle andere constructeurs dan zouden kunnen gebruiken in hun modellen. Deze standaard zou dan immers weer in massaproductie kunnen gaan, hetgeen de kosten enorm zou reduceren. Analyses toonden dat er gewerkt moest worden met POF-ring netwerken. Samen met 6 andere autoconstructeurs werd de MOST Coorperation opgericht. Deze bestaat nu uit 16 autobouwers en brengt meer dan 60 POF leveranciers samen. Het oorspronkelijk MOST systeem werkt op 25Mbit/s en haalt tegenwoordig zelfs datarates tot 150Mbit/s. Een zender van een MOST systeem werkend op 25Mbit/s en kost 3 dollar. Een equivalente zender voor glasvezels kost 50 tot 100 dollar. Er dient nog opgemerkt te worden dat BMW (dat ook deel uitmaakt van de MOST Cooperation) een ander systeem, de Byteflight, ontworpen heeft. Dit 10 Mbit/s ster-netwerk wordt gebruikt voor veilgheidskritische toepassingen zoals airbag sensors.

3.3

Home networks en Digital Audio/Video interfaces

POFs kunnen tegenwoordig ook gebruikt worden voor kleine locale netwerken. Ze halen een snelheid van 250 tot 400 Mbit/s en zullen binnenkort zoals hoger al aangegeven werd - snelheden halen van 1 Gbit/s. Het grote voordeel voor de installateur is het gemak waarmee hij alles kan plaatsen. Een POF kan met een schaar doorgeknipt worden tot de gepaste lengte. De vezel is heel licht en dun. POFs hebben het voordeel dat ze een hogere bandbreedte hebben ten opzichte van de koperen kabels, ze veroorzaken ook geen EMI. Er zal dus geen interferentie zijn met andere toestellen of kabels. De combinatie van POFs met de IEEE 1394b standaard biedt een groot gebruiksgemak en een lage kost. Die standaard wordt ook veel gebruikt om hoge debiet digitale audio en video door te sturen.

3.4

Medical

POFs worden gebruikt in medische toepassingen waar kost en flexibiliteit belangrijke ontwerpparameters zijn. POFs zijn nuttig voor image-transfer toepassingen.

3.5

Aerospace

POFs zijn heel licht, dit maakt hen uiterst geschikt voor de lucht- en ruimtevaart industrie. Het gewicht is cruciaal voor alles wat vliegt. Zware koperen kabels vervangen door hoge transmissiesnelheid plastieke vezels biedt ook de mogelijkheid de data capaciteit voor piloot en passagiers te verhogen.

12

3.6

Decorative verlichting

Ook het aantal toepassingen in het domein van verlichting blijft groeien: • Binnen displays (zie figuur 12) • Verlichting (zie figuur 13) • Verkeersborden Nieuwe toepassingen zoals geweven vezels zijn spectaculair. Figuur 14 toont de manier hoe POFs worden gebruikt om langs alle kanten licht te tonen.

Figuur 13: Voorbeeld van POF voor een display

Figuur 12: Voorbeeld van gewoven vezels

Figuur 14: Principe achter de gewoven vezels. Hierdoor wordt het lichtgevend effect bekomen

3.7

Conclusie

Voor POFs bestaan er dus tal van toepassingen, gaande van de industrie tot thuisnetwerken. Steeds meer toepassingen maken er gebruik van. Figuur 7 rondt dit hoofdstuk af, hierop is duidelijk te zien welke voordelen van POFs belangrijk zijn voor welke toepassingen. 13

Figuur 15: Welke voordelen zijn praktisch voor welke toepassing

4

De toekomst: een marktstudie

4.1

De POF markt kent een snelle groei

In tegenstelling tot de glasvezelmarkt, kent de POF markt in 2006 een grote groei. Nieuwe bedrijven uit China, Taiwan, Japan, de V.S., Europa, Brazili¨e, Korea, Australie¨e en Ierland betreden de markt. We merken dus een stijgende belangstelling in POFs.

4.2

Redenen voor snelle groei

Er vallen heel wat redenen te bedenken voor de toenemende belangstelling in POFs: • Er is een nood aan optische oplossingen met een lage kost • De nieuwe MOST (zie Toepassingen) standaard voor de auto • De recente goedkeuring van de IEEE 1394b standaard die datarates verhoogt tot 3,29Gbit/s over 100m • Een grote belangstelling voor de nieuwe toepassingen van POFs zoals bijvoorbeeld voor de verlichting

14

• De technische vooruitgang in resonante caviteiten, LED’s, VCELs (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), graded index PMMA en PF vezels.

4.3

Hoe groot is de markt ?

Een recent marktonderzoek van IGI voorspelt een groei tot meer dan 2 miljard dollar voor het jaar 2006 (zie ook figuur 16).

Figuur 16: Grote van de markt over de jaren en de toepassingen heen Tot slot nog een opsomming van enkele marktspelers: • • • • • • •

5

Nexans Mitsubishi Rayon Co. LTD Nanotech Semiconductors Rockwell Allen Bradley Bosch Rexroth Yokogawa Senko

• • • • • • •

Chromis Fiberoptics Moritex Lucent Technologies Siemens Hirschman Sony Paradigm Optics

Eindconclusie

POFs hebben lange tijd moeten onderdoen voor de fantastische prestaties van glasvezels. POFs verdwenen in de vergetelheid en werden veroordeeld tot korte afstandscommuncatie. Recente ontwikkelingen hebben de POFindustrie echter nieuw leven ingeblazen. Er valt immers een toenemende belangstelling te merken vanwege verschillende industrietakken en marktsegmenten.

15

Een aantal van deze marktsegmenten kunnen wel eens voor een boxoffice zorgen bij de producenten van POFs. Nu het mogelijk lijkt gigabitverbindingen op te zetten mbv de relatief goedkope POFs over grotere afstanden dan tevoren is de weg vrij om de markt van de home networks te veroveren. (zie paragraaf 3.3). Een ander marksegment dat de POF-verkoop wel eens kan doen ontploffen is de automobielsector. Autoconstructeurs zien immers in POFs de perfecte oplossing voor het bekabelingsprobleem in auto’s. Dus hoewel POFs van de wereld verdwenen leken is de kans reel dat POFs binnenkort weer prominent op het toneel verschijnen. Tot slot een grafiek (Figuur 17) die de marktevolutie voor de komende jaren toont. Daar de bron [3] verschillend is van deze in de vorige paragraaf, zijn de cijfers niet gelijk aan die van hoofdstuk 4. Dit komt waarschijnlijk omdat de vorige grafiek meer omvat dan alleen de transmitters, de receivers, de connectoren en de kabels. Bovendien is de opsplitsing industrial-automotive bij beiden niet gelijk. Ze geven wel een mooi beeld van de evolutie over de jaren heen, ge¨extrapoleerd naar de toekomst.

Figuur 17: Plastic Optical Fibers

16

Referenties [1] Website of the Plastic Optical Fiber Trade http://www.pofto.com (Last checked: 23/12/2006)

Organisation:

[2] POFTO - Present State-of-the-art of Plastic Optical Fibers (POF) Components and Systems - www.pofto.com/downloads/WP-TIAPOFTO.pdf (Last checked: 20/12/2006) [3] Paul Polishuk - Plastic Optical Fibers Branch Out (The industrial Physicist) - http://www.pofto.com/downloads/aip.pdf (Last checked: 22/12/2006) [4] MITSUBISHI RAYON CO., LTD. - What are POF? http://www.pofeska.com/pofeskae/tece/whatspofe/whatspofe.htm (Last checked: 21/12/2006)

-

[5] Senko Advanced Components Optical Power Meter for Plastic Optical Fiber (POF) Applications http://www.senko.com/get article.php?id=8 (Last checked: 23/12/2006) [6] Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Plastic optical fiber (Last checked: 20/12/2006) [7] Michael O’Gorman, Michael Scholles & Josef Faller POF: High-End Connectivity with Plastic Optical Fiber http://www.firecomms.com/downloads/tech%20papers/Simply POF.pdf (Last checked: 23/12/2006) [8] Paradigm Optics: http://www.paradigmoptics.com/pof/pofadvantages.html (Last checked: 22/12/2006) [9] IGI (Information Gatekeepers Inc.): http://www.igigroup.com/st/pages/poficn.html en http://www.igigroup.com/st/pages/pofmarket.html 20/12/2006)

(Last

checked:

[10] Patent on perfluorination - http://www.freshpatents.com/Methodof-producing-a-fluorine-containing-compounddt20060406ptan20060074260.php?type=description (Last checked: 23/12/2006) [11] nformation Gatekeepers, Inc - Graded Index POF arrives in the U.S http://www.findarticles.com/p/articles/mi m0NVN/is 9 25/ai n13463852 (last checked: 22/12/2006)

17

[12] raig Kuhl - POF emerging as viable glass option http://www.cedmagazine.com/article/CA6260321.html?industryid=43679 (last checked: 22/12/2006)

18

Inhoudsopgave 1 Inleiding 1.1 Historiek van de POF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 State-of-the-art . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Plastic Optical Fiber Trade Organization . . . . . . . . . . . 2 De POF-technologie 2.1 Wat is een POF . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 De verschilende Plastic Optical Fiber -types 2.2.1 Step Index POFs . . . . . . . . . . . 2.2.2 Graded Index POFs . . . . . . . . . 2.3 Gebruikte materialen . . . . . . . . . . . . . 2.4 Voor- en nadelen ten opzichte van glasvezels

1 1 1 2

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

3 3 4 5 7 8 10

3 Toepassingen 3.1 Industrial Controls & Sensors . . . . . . . . . . . . 3.2 Automotive fields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Home networks en Digital Audio/Video interfaces . 3.4 Medical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Aerospace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6 Decorative verlichting . . . . . . . . . . . . . . . . 3.7 Conclusie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

11 11 11 12 12 12 13 13

4 De 4.1 4.2 4.3

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

toekomst: een marktstudie 14 De POF markt kent een snelle groei . . . . . . . . . . . . . . 14 Redenen voor snelle groei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Hoe groot is de markt ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

5 Eindconclusie

15

19