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(guó)工作的中國(guó)人高錕與英國(guó)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(rèn)為，電可以沿著導(dǎo)電的金屬線遠(yuǎn)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(jiǎn)稱光纖)的概念。當(dāng)時(shí)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(rèn)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(guó)家開(kāi)始從事這方面研究。

　　1970年，美國(guó)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(yàn)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(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)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(gè)小時(shí)。此后，各國(guó)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(guó)麻省理工學(xué)院又研制出InGaAsP長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器。1977年貝爾實(shí)驗(yàn)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(chǔ)。

　　1976年美國(guó)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(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，使光纖通信向?qū)嵱没~出了第一步。

　　1977年美國(guó)在芝加哥兩個(gè)電話局之間開(kāi)通世界上第一個(gè)使用多模光纖商用光纖通信系統(tǒng)(距離7KM，波長(zhǎng)850nm，速率44.736Mb/s)。之后日本、德國(guó)、英國(guó)也先后建起了光纜線路。1979年單模光纖通信系統(tǒng)也進(jìn)入了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。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(yīng)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(yīng)用期。前期第一個(gè)使用的波長(zhǎng)是850nm，稱為第一窗口。先開(kāi)發(fā)使用階躍型多模光纖。接著開(kāi)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(kāi)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(zhǎng)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(kāi)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(kāi)始大規(guī)模應(yīng)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(yù)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(cāng)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(guó)開(kāi)始，日、德等國(guó)家緊跟，世界上開(kāi)始大量建設(shè)G.652單模光纖長(zhǎng)途工程。單模光纖市場(chǎng)需求大增刺激了其大規(guī)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(yù)制棒的措施。以后各家都照著兩步法的混合工藝來(lái)加大預(yù)制棒。90年代法國(guó)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(guī)單模光纖的廣泛應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)。到1985年，G.652光纖1310nm損耗已達(dá)0.35dB/km，1550nm損耗已達(dá)0.21dB/km。

　　1985年日本、美國(guó)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(zhǎng)不僅損耗最低，而且色散也最小，1988年CCITT發(fā)布G.653標(biāo)準(zhǔn)。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(kāi)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(zhǎng)處的零色散造成DWDM系統(tǒng)波道間的非線性干擾十分嚴(yán)重，因而沒(méi)在世界上推廣開(kāi)來(lái)。1995年我國(guó)建設(shè)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(guó)也沒(méi)用G.653光纖。

　　這一時(shí)期還產(chǎn)生了一種截止波長(zhǎng)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(zhǎng)途干線系統(tǒng)和海底光纜系統(tǒng)，CCITT1988年發(fā)布G.654標(biāo)準(zhǔn)。

　　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(kuò)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(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(wèn)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(kāi)始工作在第三窗口，即C波段(1530-1565nm)，1995年后擴(kuò)展到第四窗口，即L波段(1565-1625nm)。1996年ITU-T制定了G.655標(biāo)準(zhǔn)。1998后在全世界得到廣泛應(yīng)用。以后光纖特性逐漸提高，標(biāo)準(zhǔn)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(guó)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(biāo)準(zhǔn)。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(zhǎng)范圍內(nèi)，具有優(yōu)異的衰減性能。2002年5月ITU-T對(duì)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(lái)可列出下表。

　　光纖的傳輸損耗和波長(zhǎng)關(guān)系

　　單模光纖從O→L波帶傳輸信號(hào)，U帶傳送維護(hù)信號(hào)。

　　3.3 PMD問(wèn)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(jì)最大值PMDQ為0.5PS/KM1/2。由于G.652光纖的標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)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(biāo)準(zhǔn)，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(wèn)世，非零色散位移單模光纖擴(kuò)展到S波段

　　日本住友、藤倉(cāng)、法國(guó)阿爾卡特等公司努力把非零色散位移光纖的波段擴(kuò)展到S波段(1460-1530nm)。2004年ITU-T發(fā)布了G.656標(biāo)準(zhǔn)，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(wèn)世

　　2006年末，ITU-T又制定了新標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)途干線網(wǎng)、城域網(wǎng)，對(duì)接入網(wǎng)也高度重視。

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

　　我國(guó)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(guó)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(zhàn)領(lǐng)導(dǎo)小組。郵電部會(huì)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(huì)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(huì)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;上海科大、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(yàn)段。

　　2、開(kāi)始實(shí)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(biāo)志著中國(guó)光纖通信走向?qū)嵱没A段，1985年該系統(tǒng)擴(kuò)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(shí)用化成功，表明我國(guó)光纖、光纜系統(tǒng)整體技術(shù)水平達(dá)到商用化。同期國(guó)內(nèi)也建了其它一些短距離光纜工程。

　　1987年國(guó)家光纖光纜工業(yè)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(guò)國(guó)家級(jí)驗(yàn)收，標(biāo)志著光纖、光纜的科技成果已開(kāi)始形成生產(chǎn)力。上海石英玻璃廠、上海新滬玻璃廠及西古也開(kāi)始生產(chǎn)光纖。

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

　　3.1 長(zhǎng)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(kāi)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(jìn)建設(shè)寧漢架空干線工程(973km)。

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

　　隨后京津濟(jì)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(guó)產(chǎn)光纜逐漸替代進(jìn)口，后期全用國(guó)產(chǎn)的;光纖絕大部分是進(jìn)口的，康寧占了大多數(shù)。京漢廣架空干線是世界上最長(zhǎng)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(kāi)始用1550nm窗口。

　　3.3 光纜漸強(qiáng)，達(dá)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)廠侯馬、西古、武郵、長(zhǎng)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(zhǎng)飛、侯馬、成都、西門子、武郵、北京朗訊、西古、華新的水平已達(dá)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(jié)構(gòu)及護(hù)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(guó)新建了250多家光纜廠，生產(chǎn)能力大大提高。

　　3.4 光纖勢(shì)弱，死而復(fù)生

　　從1979開(kāi)始的市話中繼光纜試驗(yàn)段到1983-1987的市話中繼實(shí)用工程，再到1988-1990的長(zhǎng)途干線架空光纜工程，一直用國(guó)產(chǎn)光纖。1985-1991年，全國(guó)引進(jìn)了34套MCVD光纖預(yù)制棒生產(chǎn)線和17臺(tái)拉絲機(jī)，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(guī)模生產(chǎn)力，最后都停產(chǎn)。

　　1988-1998年建八縱八橫，因國(guó)產(chǎn)光纖與世界先進(jìn)水平差距較大，一律用進(jìn)口。長(zhǎng)期以來(lái)幾乎對(duì)康寧光纖形成了一種迷信。

　　1998年，長(zhǎng)飛和上海朗訊兩家合資公司生產(chǎn)光纖都達(dá)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(guó)光纖事業(yè)又有了轉(zhuǎn)機(jī)。

　　4、開(kāi)始成為世界制造大國(guó)(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(guó)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(fù)用。中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)網(wǎng)通又建高速傳輸新環(huán)路。如中國(guó)電信2001年又建大8字工程：京漢廣、京津濟(jì)寧、滬杭福穗、京沈長(zhǎng)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(jìn)入21世紀(jì)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(jìn)，最終會(huì)到FTTH。

　　2006年由長(zhǎng)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(zhǎng)原油管道通信工程”。該工程?hào)|起江蘇儀征，西至湖南長(zhǎng)嶺，途經(jīng)蘇、皖、贑、鄂、湘五省，全長(zhǎng)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(zhǎng)、施工難度最大、通信線路最優(yōu)的工程，開(kāi)啟了中國(guó)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(dòng)態(tài)PMD補(bǔ)償技術(shù)。

　　未來(lái)3年，中國(guó)電信、網(wǎng)通、聯(lián)通與中華電信、韓國(guó)電信、美國(guó)Verizon等六家電信公司將合建橫跨太平洋高速直達(dá)光纜TPE(TransPacificExpress)，速率1.28T-5.12T，可通620萬(wàn)路電話數(shù)據(jù)量，路由1.12萬(wàn)公里，光纜長(zhǎng)1.8萬(wàn)公里。

　　4.2 光纖形勢(shì)喜人

　　1999年，長(zhǎng)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(dá)世界先進(jìn)水平，與康寧、朗訊、住友、藤倉(cāng)、阿爾卡特水平相當(dāng)。南京華新藤倉(cāng)和深圳特發(fā)的光纖產(chǎn)量也超過(guò)20萬(wàn)公里。國(guó)內(nèi)使用光纖總數(shù)580萬(wàn)公里，國(guó)產(chǎn)280萬(wàn)公里，幾乎占到一半。

　　2005年，長(zhǎng)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(wàn)公里的能力。光纖拉絲，長(zhǎng)飛、南京華新藤倉(cāng)、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(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。

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

　　若再加強(qiáng)預(yù)制棒研發(fā)，我國(guó)就會(huì)成為世界光纖制造大國(guó)。

　　4.3 光纜已成世界制造大國(guó)

　　現(xiàn)在我國(guó)已擁有長(zhǎng)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(dá)、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(guó)產(chǎn)化。光纜材料業(yè)的發(fā)展強(qiáng)有力地推動(dòng)了光纜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。