光纖光纜技術(shù)的進(jìn)步之路解析：助推產(chǎn)業(yè)發(fā)展的原動(dòng)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)設想。他們認為，電可以沿著(zhù)導電的金屬線(xiàn)遠距離傳輸，光也可以沿著(zhù)導光的玻璃纖維傳輸，由此產(chǎn)生了低損耗的光導纖維(簡(jiǎn)稱(chēng)光纖)的概念。當時(shí)玻璃纖維的傳輸損耗為1000dB/km，用于醫學(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(kāi)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(shí)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(shí)驗室研制成功室溫下連續振蕩的GaAlAs半導體激光器。與早期發(fā)明的紅寶石激光器和氣體激光器相比，半導體激光器體積小，耗電少，又能直接用電流調制，使用極為方便，為光纖通信找到了合適的光源。但是，初期的半導體激光器壽命很短，只有幾個(gè)小時(shí)。此后，各國不懈努力，各種實(shí)用的激光器相繼問(wèn)世。1976年日本NTT和美國麻省理工學(xué)院又研制出InGaAsP長(cháng)波長(cháng)激光器。1977年貝爾實(shí)驗室研制成功了室溫下壽命為100萬(wàn)小時(shí)的GaAlAs激光器，為光纖通信的商用化奠定了基礎。

　　1976年美國首先在亞特蘭大成功地進(jìn)行了44.736Mb/s傳輸10km的光纖通信系統現場(chǎng)試驗，使光纖通信向實(shí)用化邁出了第一步。

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

　　二、光纖的技術(shù)進(jìn)步之路

　　光纖通信商用化以來(lái)，由于市場(chǎng)需求和技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)，光纖品種和特性及應用經(jīng)歷了下述三個(gè)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)和應用期。前期第一個(gè)使用的波長(cháng)是850nm，稱(chēng)為第一窗口。先開(kāi)發(fā)使用階躍型多模光纖。接著(zhù)開(kāi)發(fā)了A1a類(lèi)梯度多模光纖(50/125)，其衰減3.0-3.5dB/km，帶寬200-800MHz·km，數值孔徑0.20±0.02或0.23±0.02;以后又開(kāi)發(fā)使用A1b類(lèi)梯度多模光纖(62.5/125)，其衰減3.0-3.5dB/km，帶寬100-800MHz·km,數值孔徑0.275±0.015。這兩種光纖與850nm附近波長(cháng)LED(發(fā)光二極管)相配合，形成光通信系統。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(kāi)發(fā)了第二窗口(1300nm)。A1a類(lèi)光纖衰減0.8-1.5dB/km，帶寬200-1200MHz·km;A1b類(lèi)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(kāi)始大規模應用期，打開(kāi)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(kāi)發(fā)了各種先進(jìn)的預制棒生產(chǎn)工藝?？祵庨_(kāi)發(fā)出OVD技術(shù);日本的NTT、住友、古河、藤倉等聯(lián)合開(kāi)發(fā)出VAD技術(shù);朗訊改善了MCVD技術(shù);荷蘭菲力浦開(kāi)發(fā)了PCVD技術(shù)。1982年由美國開(kāi)始，日、德等國家緊跟，世界上開(kāi)始大量建設G.652單模光纖長(cháng)途工程。單模光纖市場(chǎng)需求大增刺激了其大規模生產(chǎn)。這時(shí)康寧的OVD進(jìn)一步提高了沉積速率，VAD、MCVD、PCVD都外加套管來(lái)作為增大預制棒的措施。以后各家都照著(zhù)兩步法的混合工藝來(lái)加大預制棒。90年代法國阿爾卡特開(kāi)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(jìn)步，為常規單模光纖的廣泛應用創(chuàng )造了更好的條件。1984年開(kāi)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(diǎn)是把零色散點(diǎn)從第二窗口移到第三窗口，1550nm波長(cháng)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(xiàn)。90年代初，摻鉺光纖放大器(EDFA)開(kāi)始商用化促使密集波分復用(DWDM)提上議事日程。但G.653光纖在1550nm波長(cháng)處的零色散造成DWDM系統波道間的非線(xiàn)性干擾十分嚴重，因而沒(méi)在世界上推廣開(kāi)來(lái)。1995年我國建設京九光纜工程，24芯纖中用了六根G.653光纖，一直沒(méi)開(kāi)通，以后我國也沒(méi)用G.653光纖。

　　這一時(shí)期還產(chǎn)生了一種截止波長(cháng)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(cháng)途干線(xiàn)系統和海底光纜系統，CCITT1988年發(fā)布G.654標準。

　　3、光纖通信窗口全打開(kāi)，光纖特性大進(jìn)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(kāi)，新開(kāi)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)

　　為抑制密集波分復用(DWDM)系統中的四波混頻(FWM)和交叉相位調制(XPM)，減小光通道間的非線(xiàn)性干擾，非零色散位移光纖(WZDSF)在1993年問(wèn)世了。先是朗訊推出真波光纖，接著(zhù)康寧推出了大有效面積LEAF光纖。這些光纖一開(kāi)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(kāi)了光纖的第五窗口，即E波段(1360-1460nm)。中國1999年開(kāi)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(kāi)來(lái)。從此單模光纖從1260nm至1625nm波長(cháng)范圍內，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光波段劃分為O、E、S、C、L、U。多模光纖850nm稱(chēng)為第一窗口，單模光纖O帶為第2窗口，C帶稱(chēng)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(lái)可列出下表。

　　光纖的傳輸損耗和波長(cháng)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(wèn)題提出，導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系數鏈路設計最大值PMDQ為0.5PS/KM1/2。由于G.652光纖的標準規范，產(chǎn)品特性比較一致，而G.655光纖種類(lèi)多且變化快，不少運營(yíng)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系統和10G以太網(wǎng)(40km)系統。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系統和40G(局內應用)系統。

　　3.4 G.656光纖問(wèn)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，且色散為正值。

　　3.5 G.657光纖問(wèn)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(cháng)途干線(xiàn)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(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展

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

　　1、啟動(dòng)階段(1978-1982)

　　1978年召開(kāi)全國科學(xué)大會(huì )，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(huì )戰領(lǐng)導小組。郵電部會(huì )戰單位為主要是武漢郵電院、郵電部五所、郵電部侯馬電纜廠(chǎng);上海市主要會(huì )戰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(chǎng)、上海石英玻璃廠(chǎng)、上海新滬玻璃廠(chǎng);電子部主要會(huì )戰單位是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(chǎng)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、武漢先后建成市內電話(huà)中繼光纜試驗段。

　　2、開(kāi)始實(shí)用化與產(chǎn)業(yè)化(1983-1987)

　　1983年武漢市話(huà)中繼光纜系統(13.5km、0.85μm、多模3.5dB/km、8Mb/s)正式投入電話(huà)網(wǎng)使用，標志著(zhù)中國光纖通信走向實(shí)用化階段，1985年該系統擴容到34Mb/s。郵電部又在廣州、石家莊、哈爾濱建成市話(huà)中繼光纜工程，華南、華中、華北、東北四大區的實(shí)用化成功，表明我國光纖、光纜系統整體技術(shù)水平達到商用化。同期國內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(shí)驗項目(武郵院光纖生產(chǎn)線(xiàn)、郵電部侯馬電纜廠(chǎng)光纜生產(chǎn)線(xiàn))通過(guò)國家級驗收，標志著(zhù)光纖、光纜的科技成果已開(kāi)始形成生產(chǎn)力。上海石英玻璃廠(chǎng)、上海新滬玻璃廠(chǎng)及西古也開(kāi)始生產(chǎn)光纖。

　　3、干線(xiàn)大建設與產(chǎn)業(yè)跟進(jìn)階段(1988-1998)

　　3.1 長(cháng)途干線(xiàn)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(kāi)始應用。

　　3.2 郵電部建設“八縱八模”光纜干線(xiàn)工程

　　1988-1991全引進(jìn)建設寧漢架空干線(xiàn)工程(973km)。

　　1988-1990建設全國第一條全國產(chǎn)化直埋長(cháng)途光纜干線(xiàn)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(kāi)始用進(jìn)口光纜多，以后國產(chǎn)光纜逐漸替代進(jìn)口，后期全用國產(chǎn)的;光纖絕大部分是進(jìn)口的，康寧占了大多數。京漢廣架空干線(xiàn)是世界上最長(cháng)的架空光纜;蘭西拉是世界上海拔最高、環(huán)境最?lèi)毫拥?。前期用單模光纖1310nm窗口，1995年建京九光纜單模光纖開(kāi)始用1550nm窗口。

　　3.3 光纜漸強，達到世界先進(jìn)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(chǎng)侯馬、西古、武郵、長(cháng)飛、成都、華新的技術(shù)水平已接近世界先進(jìn)水平，逐步替代進(jìn)口光纜。后期長(cháng)飛、侯馬、成都、西門(mén)子、武郵、北京朗訊、西古、華新的水平已達世界先進(jìn)水平。骨架式光纜、松套層絞式光纜，用于架空直埋的各種結構及護層的光纜都能生產(chǎn)。光系統通信速率不斷提高，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(chǎng)，生產(chǎn)能力大大提高。

　　3.4 光纖勢弱，死而復生

　　從1979開(kāi)始的市話(huà)中繼光纜試驗段到1983-1987的市話(huà)中繼實(shí)用工程，再到1988-1990的長(cháng)途干線(xiàn)架空光纜工程，一直用國產(chǎn)光纖。1985-1991年，全國引進(jìn)了34套MCVD光纖預制棒生產(chǎn)線(xiàn)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(méi)形成規模生產(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(jìn)水平差距較大，一律用進(jìn)口。長(cháng)期以來(lái)幾乎對康寧光纖形成了一種迷信。

　　1998年，長(cháng)飛和上海朗訊兩家合資公司生產(chǎn)光纖都達到了100萬(wàn)公里，技術(shù)水平也接近了世界先進(jìn)水平。中國光纖事業(yè)又有了轉機。

　　4、開(kāi)始成為世界制造大國(1999-2006)

　　4.1 光纜網(wǎng)絡(luò )繼續大建設

　　八縱八橫通信干線(xiàn)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(kāi)始采用波分復用。中國電信、中國移動(dòng)、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(cháng)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波分復用系統。

　　進(jìn)入21世紀光纜線(xiàn)路從干線(xiàn)網(wǎng)又向城域網(wǎng)、接入網(wǎng)發(fā)展，銅退光進(jìn)，最終會(huì )到FTTH。

　　2006年由長(cháng)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(cháng)原油管道通信工程”。該工程東起江蘇儀征，西至湖南長(cháng)嶺，途經(jīng)蘇、皖、贑、鄂、湘五省，全長(cháng)1018公里。該工程是目前世界上采用氣送微纜技術(shù)線(xiàn)路最長(cháng)、施工難度最大、通信線(xiàn)路最優(yōu)的工程，開(kāi)啟了中國通信干線(xiàn)史上又一新篇章。

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

　　未來(lái)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(wàn)路電話(huà)數據量，路由1.12萬(wàn)公里，光纜長(cháng)1.8萬(wàn)公里。

　　4.2 光纖形勢喜人

　　1999年，長(cháng)飛、上海朗訊兩家生產(chǎn)光纖都超過(guò)150萬(wàn)公里，產(chǎn)品技術(shù)水平大為提高。G.652光纖已達世界先進(jìn)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(guò)20萬(wàn)公里。國內使用光纖總數580萬(wàn)公里，國產(chǎn)280萬(wàn)公里，幾乎占到一半。

　　2005年，長(cháng)飛已形成用PCVD+套管工藝制造G.651、G.652、G.655等光纖的大規模生產(chǎn)能力。法爾勝的MCVD+OVD，富通的VAD+OVD都已形成年產(chǎn)100萬(wàn)公里的能力。光纖拉絲，長(cháng)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(guān)的規模生產(chǎn)能力，而且技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量已達國際先進(jìn)水平。

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

　　若再加強預制棒研發(fā)，我國就會(huì )成為世界光纖制造大國。

　　4.3 光纜已成世界制造大國

　　現在我國已擁有長(cháng)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(dòng)了光纜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。