光纖光纜技術(shù)的進步之路解析：助推產(chǎn)業(yè)發(fā)展的原動力

　　ICCSZ訊    1966年，在英國工作的中國人高錕與英國人霍克曼共同提出用玻璃纖維作為光傳輸介質(zhì)的科學(xué)設(shè)想。他們認為，電可以沿著導(dǎo)電的金屬線遠距離傳輸，光也可以沿著導(dǎo)光的玻璃纖維傳輸，由此產(chǎn)生了低損耗的光導(dǎo)纖維(簡稱光纖)的概念。當時玻璃纖維的傳輸損耗為1000dB/km，用于醫(yī)學(xué)技術(shù)的短距離直接圖像傳輸。他們認為玻璃纖維的損耗是可以減小的，如果能降到20dB/km以下，就可用于通信。許多國家開始從事這方面研究。

　　1970年，美國康寧公司研制成功了損耗小于20dB/km(633nm)的石英單模光纖。1972年康寧又把光纖的損耗降到7dB/km。1973年貝爾實驗室發(fā)明的MCVD法制造光纖，使光纖的損耗又降到2.5dB/km。

　　1970年，美國貝爾實驗室研制成功室溫下連續(xù)振蕩的GaAlAs半導(dǎo)體激光器。與早期發(fā)明的紅寶石激光器和氣體激光器相比，半導(dǎo)體激光器體積小，耗電少，又能直接用電流調(diào)制，使用極為方便，為光纖通信找到了合適的光源。但是，初期的半導(dǎo)體激光器壽命很短，只有幾個小時。此后，各國不懈努力，各種實用的激光器相繼問世。1976年日本NTT和美國麻省理工學(xué)院又研制出InGaAsP長波長激光器。1977年貝爾實驗室研制成功了室溫下壽命為100萬小時的GaAlAs激光器，為光纖通信的商用化奠定了基礎(chǔ)。

　　1976年美國首先在亞特蘭大成功地進行了44.736Mb/s傳輸10km的光纖通信系統(tǒng)現(xiàn)場試驗，使光纖通信向?qū)嵱没~出了第一步。

　　1977年美國在芝加哥兩個電話局之間開通世界上第一個使用多模光纖商用光纖通信系統(tǒng)(距離7KM，波長850nm，速率44.736Mb/s)。之后日本、德國、英國也先后建起了光纜線路。1979年單模光纖通信系統(tǒng)也進入了現(xiàn)場試驗。以后光纖通信在全世界飛速發(fā)展起來。

　　二、光纖的技術(shù)進步之路

　　光纖通信商用化以來，由于市場需求和技術(shù)進步的推動，光纖品種和特性及應(yīng)用經(jīng)歷了下述三個重要發(fā)展階段。

　　1、多模光纖(第一窗口、第二窗口)

　　1972-1981年間是多模光纖研發(fā)和應(yīng)用期。前期第一個使用的波長是850nm，稱為第一窗口。先開發(fā)使用階躍型多模光纖。接著開發(fā)了A1a類梯度多模光纖(50/125)，其衰減3.0-3.5dB/km，帶寬200-800MHz·km，數(shù)值孔徑0.20±0.02或0.23±0.02;以后又開發(fā)使用A1b類梯度多模光纖(62.5/125)，其衰減3.0-3.5dB/km，帶寬100-800MHz·km,數(shù)值孔徑0.275±0.015。這兩種光纖與850nm附近波長LED(發(fā)光二極管)相配合，形成光通信系統(tǒng)。LED光譜寬度40nm，注入光功率5或20μW，最大比特速度5或60Mb/s。

　　70年代末到80年代初，又開發(fā)了第二窗口(1300nm)。A1a類光纖衰減0.8-1.5dB/km，帶寬200-1200MHz·km;A1b類光纖衰減0.8-1.5dB/km，帶寬200-1000MHz·km。與它們相配合使用的是高輻射LED，其光譜寬度120nm，注入光功率20μW，最大比特率100Mb/s。

　　2、G.652及G.653、G.654單模光纖(第二、三窗口)

　　1982-1992年是G.652及G.653、G.654單模光纖開始大規(guī)模應(yīng)用期，打開了光纖的第二窗口(1310nm)和第三窗口(1550nm)。1973-1977年世界各大光纖制造商開發(fā)了各種先進的預(yù)制棒生產(chǎn)工藝?？祵庨_發(fā)出OVD技術(shù);日本的NTT、住友、古河、藤倉等聯(lián)合開發(fā)出VAD技術(shù);朗訊改善了MCVD技術(shù);荷蘭菲力浦開發(fā)了PCVD技術(shù)。1982年由美國開始，日、德等國家緊跟，世界上開始大量建設(shè)G.652單模光纖長途工程。單模光纖市場需求大增刺激了其大規(guī)模生產(chǎn)。這時康寧的OVD進一步提高了沉積速率，VAD、MCVD、PCVD都外加套管來作為增大預(yù)制棒的措施。以后各家都照著兩步法的混合工藝來加大預(yù)制棒。90年代法國阿爾卡特開發(fā)了APVD技術(shù)(MCVD+等離子噴涂工藝)。各大光纖制造商制造技術(shù)的重大進步，為常規(guī)單模光纖的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了更好的條件。1984年開始用第三窗口(1550nm)。1984年CCITT發(fā)布G.651和G.652標準。到1985年，G.652光纖1310nm損耗已達0.35dB/km，1550nm損耗已達0.21dB/km。

　　1985年日本、美國研發(fā)的G.653色散位移光纖商用化，其特點是把零色散點從第二窗口移到第三窗口，1550nm波長不僅損耗最低，而且色散也最小，1988年CCITT發(fā)布G.653標準。此光纖大量用于日本的通信干線。90年代初，摻鉺光纖放大器(EDFA)開始商用化促使密集波分復(fù)用(DWDM)提上議事日程。但G.653光纖在1550nm波長處的零色散造成DWDM系統(tǒng)波道間的非線性干擾十分嚴重，因而沒在世界上推廣開來。1995年我國建設(shè)京九光纜工程，24芯纖中用了六根G.653光纖，一直沒開通，以后我國也沒用G.653光纖。

　　這一時期還產(chǎn)生了一種截止波長移位的光纖，它在1550nm處不但損耗低，而且微彎損耗小，適合使用光放大器的長途干線系統(tǒng)和海底光纜系統(tǒng)，CCITT1988年發(fā)布G.654標準。

　　3、光纖通信窗口全打開，光纖特性大進展

　　1993-2006期間光纖通信窗口擴展到4、5窗口及S波段，光纖通信窗口全打開，新開發(fā)四種新品種光纖，光纖特性更趨完善。

　　3.1 非零色散位移單模光纖(第三、第四窗口)

　　為抑制密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)中的四波混頻(FWM)和交叉相位調(diào)制(XPM)，減小光通道間的非線性干擾，非零色散位移光纖(WZDSF)在1993年問世了。先是朗訊推出真波光纖，接著康寧推出了大有效面積LEAF光纖。這些光纖一開始工作在第三窗口，即C波段(1530-1565nm)，1995年后擴展到第四窗口，即L波段(1565-1625nm)。1996年ITU-T制定了G.655標準。1998后在全世界得到廣泛應(yīng)用。以后光纖特性逐漸提高，標準也在不斷趨向完善。

　　3.2 低水峰單模光纖G.652C(第五窗口)

　　朗訊1998年推出了全波光纖即低水峰光纖，使1383nm的水峰幾乎不存在(衰減〈0.31dB/km〉，打開了光纖的第五窗口，即E波段(1360-1460nm)。中國1999年開始用全波光纖做光纜，用于九江電信。2000年ITU-T制定了G.652C標準。2001年康寧做出了低水峰光纖。2002年G.652C光纖在全世界推廣開來。從此單模光纖從1260nm至1625nm波長范圍內(nèi)，具有優(yōu)異的衰減性能。2002年5月ITU-T對于單模光纖通信系統(tǒng)光波段劃分為O、E、S、C、L、U。多模光纖850nm稱為第一窗口，單模光纖O帶為第2窗口，C帶稱第3窗口，L帶為第4窗口，E帶為第5窗口。把多模光纖和單模光纖的通信波段匯總起來可列出下表。

　　光纖的傳輸損耗和波長關(guān)系

　　單模光纖從O→L波帶傳輸信號，U帶傳送維護信號。

　　3.3 PMD問題提出，導(dǎo)致了單模光纖新品種的產(chǎn)生

　　90年代末，光通信速率提高到10Gb/s，在DWDM系統(tǒng)中光纖的偏振模色散PMD將限止光纖的傳輸距離。2000年ITU-T把G.652光纖分成G.652A、G.652B、G.652C，把G.655光纖分成G.655A和G.655B。其中G.652A和G.655A不作PMD要求;G.652B、G.652C和G.655B等光纖的PMD系數(shù)鏈路設(shè)計最大值PMDQ為0.5PS/KM1/2。由于G.652光纖的標準規(guī)范，產(chǎn)品特性比較一致，而G.655光纖種類多且變化快，不少運營商寧用G.652光纖而不用G.655光纖。

　　2003年ITU-T又頒布了G.652的新標準，把G.652分為G.652A、G.652B、G.652C、G.652D。G.652A和G.652C的PMDQ最大值為0.5PS/KM1/2，用于2.5G單通道SDH系統(tǒng)和10G以太網(wǎng)(40km)系統(tǒng)。G.652B和G.652D的PMDQ最大值為0.2PS/KM1/2，用于10G單通道和多通道SDH系統(tǒng)和40G(局內(nèi)應(yīng)用)系統(tǒng)。

　　3.4 G.656光纖問世，非零色散位移單模光纖擴展到S波段

　　日本住友、藤倉、法國阿爾卡特等公司努力把非零色散位移光纖的波段擴展到S波段(1460-1530nm)。2004年ITU-T發(fā)布了G.656標準，在S、C、L波段(1460-1625nm)都可搞DWDM，而且色散控制在2.0-14PS/(nm·km)范圍內(nèi)，且色散為正值。

　　3.5 G.657光纖問世

　　2006年末，ITU-T又制定了新標準G.657光纖，它是一種接入網(wǎng)用彎曲不靈敏性單模光纖。這表明光纖通信界不僅關(guān)注長途干線網(wǎng)、城域網(wǎng)，對接入網(wǎng)也高度重視。

　　三、中國光纖光纜的技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展

　　我國光纖光纜的技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要經(jīng)歷了下述四個階段。

　　1、啟動階段(1978-1982)

　　1978年召開全國科學(xué)大會，把光纖通信列為優(yōu)先發(fā)展的幾大新技術(shù)之一。是年，郵電部、上海市、電子部先后成立光纖通信會戰(zhàn)領(lǐng)導(dǎo)小組。郵電部會戰(zhàn)單位為主要是武漢郵電院、郵電部五所、郵電部侯馬電纜廠;上海市主要會戰(zhàn)單位是上海硅酸鹽所、上海冶金所、上海電纜所、上海郵電519廠、上海石英玻璃廠、上海新滬玻璃廠;電子部主要會戰(zhàn)單位是46所、23所、44所、34所。

　　上海硅酸鹽所GeO2-P2O5-SiO2系梯度型多模光纖研制成功;上?？拼?、上海石英玻璃廠研制出單模光纖;武漢郵科院研制出多模光纖。

　　上海、北京、天津、武漢先后建成市內(nèi)電話中繼光纜試驗段。

　　2、開始實用化與產(chǎn)業(yè)化(1983-1987)

　　1983年武漢市話中繼光纜系統(tǒng)(13.5km、0.85μm、多模3.5dB/km、8Mb/s)正式投入電話網(wǎng)使用，標志著中國光纖通信走向?qū)嵱没A段，1985年該系統(tǒng)擴容到34Mb/s。郵電部又在廣州、石家莊、哈爾濱建成市話中繼光纜工程，華南、華中、華北、東北四大區(qū)的實用化成功，表明我國光纖、光纜系統(tǒng)整體技術(shù)水平達到商用化。同期國內(nèi)也建了其它一些短距離光纜工程。

　　1987年國家光纖光纜工業(yè)性實驗項目(武郵院光纖生產(chǎn)線、郵電部侯馬電纜廠光纜生產(chǎn)線)通過國家級驗收，標志著光纖、光纜的科技成果已開始形成生產(chǎn)力。上海石英玻璃廠、上海新滬玻璃廠及西古也開始生產(chǎn)光纖。

　　3、干線大建設(shè)與產(chǎn)業(yè)跟進階段(1988-1998)

　　3.1 長途干線架空光纜示范工程

　　1988-1990年，漢荊(250km，多模34Mb/s)、楊高(75km，單模34Mb/s)、合蕪(單模140Mb/s)等工程相繼完成。單模光纖光纜開始應(yīng)用。

　　3.2 郵電部建設(shè)“八縱八模”光纜干線工程

　　1988-1991全引進建設(shè)寧漢架空干線工程(973km)。

　　1988-1990建設(shè)全國第一條全國產(chǎn)化直埋長途光纜干線蘭武工程(286km，140Mb/s)。

　　隨后京津濟寧(1444km)、寧滬(565Mb/s)、滬杭福穗(2488KM)、京漢廣架空(3046km)、京九、鄭西、呼北、南昆、京呼銀蘭、西蘭烏霍等工程相繼建成。直到1998年建成蘭西拉工程(2740km)，八縱八橫全部建成。

　　上述工程，開始用進口光纜多，以后國產(chǎn)光纜逐漸替代進口，后期全用國產(chǎn)的;光纖絕大部分是進口的，康寧占了大多數(shù)。京漢廣架空干線是世界上最長的架空光纜;蘭西拉是世界上海拔最高、環(huán)境最惡劣的。前期用單模光纖1310nm窗口，1995年建京九光纜單模光纖開始用1550nm窗口。

　　3.3 光纜漸強，達到世界先進水平

　　光纜起步于1978年，初成于1987年，成熟于1990年代。前期主要生產(chǎn)廠侯馬、西古、武郵、長飛、成都、華新的技術(shù)水平已接近世界先進水平，逐步替代進口光纜。后期長飛、侯馬、成都、西門子、武郵、北京朗訊、西古、華新的水平已達世界先進水平。骨架式光纜、松套層絞式光纜，用于架空直埋的各種結(jié)構(gòu)及護層的光纜都能生產(chǎn)。光系統(tǒng)通信速率不斷提高，從140Mb/s到565Mb/s、622Mb/s，最后到2.5Gb/s。此期間，亨通、永鼎、中天、匯源、通光、富通等公司誕生，全國新建了250多家光纜廠，生產(chǎn)能力大大提高。

　　3.4 光纖勢弱，死而復(fù)生

　　從1979開始的市話中繼光纜試驗段到1983-1987的市話中繼實用工程，再到1988-1990的長途干線架空光纜工程，一直用國產(chǎn)光纖。1985-1991年，全國引進了34套MCVD光纖預(yù)制棒生產(chǎn)線和17臺拉絲機，由于力量分散，消化吸收能力差，更談不上創(chuàng)新，沒形成規(guī)模生產(chǎn)力，最后都停產(chǎn)。

　　1988-1998年建八縱八橫，因國產(chǎn)光纖與世界先進水平差距較大，一律用進口。長期以來幾乎對康寧光纖形成了一種迷信。

　　1998年，長飛和上海朗訊兩家合資公司生產(chǎn)光纖都達到了100萬公里，技術(shù)水平也接近了世界先進水平。中國光纖事業(yè)又有了轉(zhuǎn)機。

　　4、開始成為世界制造大國(1999-2006)

　　4.1 光纜網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)大建設(shè)

　　八縱八橫通信干線光纜工程建成后，我國通信光纜工程又不斷有新發(fā)展。

　　傳速速率從2.5Gb/s提升到10Gb/s,開始采用波分復(fù)用。中國電信、中國移動、中國網(wǎng)通又建高速傳輸新環(huán)路。如中國電信2001年又建大8字工程：京漢廣、京津濟寧、滬杭福穗、京沈長哈、京承阜白齊哈、鄭西、寧漢。這些工程大多采用96或64芯G.655B光纖光纜，用30×10G波分復(fù)用系統(tǒng)。

　　進入21世紀光纜線路從干線網(wǎng)又向城域網(wǎng)、接入網(wǎng)發(fā)展，銅退光進，最終會到FTTH。

　　2006年由長飛、亨通、中天、通光、法爾勝五家研制成功的氣送微纜建成“儀長原油管道通信工程”。該工程東起江蘇儀征，西至湖南長嶺，途經(jīng)蘇、皖、贑、鄂、湘五省，全長1018公里。該工程是目前世界上采用氣送微纜技術(shù)線路最長、施工難度最大、通信線路最優(yōu)的工程，開啟了中國通信干線史上又一新篇章。

　　2006年烽火科技在滬杭間建成了80×40Gb/sDWDM系統(tǒng)光纜工程。該系統(tǒng)用G.652D光纖，C、L波段分組放大各用40波分復(fù)用，40Gb/sSDH(STM-256)，并采用精確色散管理技術(shù)和動態(tài)PMD補償技術(shù)。

　　未來3年，中國電信、網(wǎng)通、聯(lián)通與中華電信、韓國電信、美國Verizon等六家電信公司將合建橫跨太平洋高速直達光纜TPE(TransPacificExpress)，速率1.28T-5.12T，可通620萬路電話數(shù)據(jù)量，路由1.12萬公里，光纜長1.8萬公里。

　　4.2 光纖形勢喜人

　　1999年，長飛、上海朗訊兩家生產(chǎn)光纖都超過150萬公里，產(chǎn)品技術(shù)水平大為提高。G.652光纖已達世界先進水平，與康寧、朗訊、住友、藤倉、阿爾卡特水平相當。南京華新藤倉和深圳特發(fā)的光纖產(chǎn)量也超過20萬公里。國內(nèi)使用光纖總數(shù)580萬公里，國產(chǎn)280萬公里，幾乎占到一半。

　　2005年，長飛已形成用PCVD+套管工藝制造G.651、G.652、G.655等光纖的大規(guī)模生產(chǎn)能力。法爾勝的MCVD+OVD，富通的VAD+OVD都已形成年產(chǎn)100萬公里的能力。光纖拉絲，長飛、南京華新藤倉、上海光纖、烽火、富通、深圳阿爾卡特、亨通光纖、法爾勝、中住、西古、中天都已形成可觀的規(guī)模生產(chǎn)能力，而且技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量已達國際先進水平。

　　2006年，生產(chǎn)光纖，長飛已達950萬公里，亨通與富通達300萬公里，烽火、中天、上海光纖、南京華新藤倉四家達250萬公里以上，特發(fā)、法爾勝、中住三家達100萬公里以上。全國產(chǎn)光纖2600萬公里，出口360萬，進口250萬。

　　若再加強預(yù)制棒研發(fā)，我國就會成為世界光纖制造大國。

　　4.3 光纜已成世界制造大國

　　現(xiàn)在我國已擁有長飛、亨通、烽火、中天、匯源、永鼎、通光、富通等幾大光纜企業(yè)及特發(fā)、成康、北康、侯馬、華新、港龍、雙塔、富春江、通鼎、西古、華倫、華達、宏安、南方、法爾勝、天虹等一大批骨干企業(yè)。光纜材料除芳綸外都已國產(chǎn)化。光纜材料業(yè)的發(fā)展強有力地推動了光纜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。