新聞詳情
光纖通信的起步
1960年美國的梅曼發(fā)明了第一個(gè)紅寶石激光器，以后又出現(xiàn)了氦氖激光器、CO2激光器。
1970年，美國貝爾實(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)體激光器壽命只有幾個(gè)小時(shí)。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(shí)驗(yàn)室研制成功了室溫下壽命為100萬小時(shí)的GaAlAs激光器，為光纖通信的商用化奠定了基礎(chǔ)。
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)。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。
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。該光纖直徑只有人的頭發(fā)絲那么細(xì)，且柔軟可繞。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。
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(tǒng)現(xiàn)場試驗(yàn)，使光纖通信向?qū)嵱没~出了第一步。
1977年美國在芝加哥兩個(gè)電話局之間開通世界上第一個(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(jìn)入了現(xiàn)場試驗(yàn)。
光纖的發(fā)展歷程
光纖通信商用化以來，由于市場需求和技術(shù)進(jìn)步的推動，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，制造技術(shù)也相應(yīng)變化發(fā)展。
多模光纖(第一窗口、第二窗口)
1972-1981年是多模光纖研發(fā)和應(yīng)用期。最早使用的波長是850nm，稱為第一窗口。最初使用階躍型多模光纖，然后開發(fā)了A1a類梯度多模光纖(50/125)，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；隨后又開發(fā)使用A1b類梯度多模光纖(62.5/125)，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。
G.652、G.653、G.654單模光纖(第二、三窗口)
1982-1992年是G.652和G.653、G.654單模光纖研發(fā)并開始大規(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(jìn)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，全球開始大量建設(shè)G.652單模光纖長途工程。單模光纖市場需求大增，刺激了大規(guī)模生產(chǎn)。
康寧的OVD進(jìn)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。各廠商都遵循兩步法混合工藝加大預(yù)制棒。90年代法國阿爾卡特研制了APVD技術(shù)(MCVD+等離子噴涂工藝)。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波長損耗最低，色散最小，1988年CCITT發(fā)布G.653標(biāo)準(zhǔn)，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(yán)重，并沒有在全球推廣。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，但未開通，此后我國也未用G.653光纖。
這一時(shí)期還產(chǎn)生了一種截止波長移位的光纖G.654，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(biāo)準(zhǔn)。
光纖通信窗口全打開，光纖特性大進(jìn)展
1993-2006期間光纖通信窗口擴(kuò)展到四五窗口及S波段。
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)用系統(tǒng)中的四波混頻和交叉相位調(diào)制，減小光通道間的非線性干擾，非零色散位移光纖在1993年問世了。朗訊最早推出真波光纖，康寧隨后推出了大有效面積LEAF光纖。這些光纖最初工作在第三窗口，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。隨著光纖特性逐漸提高，標(biāo)準(zhǔn)也不斷趨向完善。
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)。中國在1999年開始用全波光纖做光纜，亨通生產(chǎn)的光纜用于九江電信。2000年ITU-T制定了G.652C標(biāo)準(zhǔn)。2001年康寧開發(fā)了低水峰光纖。2002年G.652C光纖在全球推廣。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帶為第二窗口，C帶稱第三窗口，L帶為第四窗口，E帶為第五窗口。多模光纖和單模光纖的通信波段匯總見表1。
光纖的傳輸損耗和波長關(guān)系如表2所示：
單模光纖從O→L波帶傳輸信號，U帶傳送維護(hù)信號。
3.PMD導(dǎo)致單模光纖新品種產(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，運(yùn)營商多用G.652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)。
4.G.656光纖問世，非零色散位移單模光纖擴(kuò)展到S波段
日本住友、藤倉、法國阿爾卡特等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)都可用DWDM，而且色散控制在2.0-14PS/(nm·km)范圍內(nèi)，且色散為正值。
5.G.657光纖問世
2006年末，ITU-T制定新標(biāo)準(zhǔn)G.657光纖，它是一種接入網(wǎng)用彎曲不敏感單模光纖，最小彎曲半徑可為15mm；G.657B類光纖最小彎曲半徑可為7.5mm。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，F(xiàn)TTX提上日程。
6.萬兆以太網(wǎng)用激光器優(yōu)化多模光纖A1a.2
傳統(tǒng)多模光纖傳輸速率只有10-100Mbit/s。1998年IEEE推出千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，2002年又推出萬兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。2004年11月IEC發(fā)布了A1類多模光纖特性IEC60793-2-10標(biāo)準(zhǔn)，把A1類漸變型多模光纖細(xì)分為A1a.1、A1a.2、A1b、A1d。其中A1a.2類光纖是激光器優(yōu)化多模光纖，其幾何尺寸、數(shù)值孔徑與原A1a光纖相同，為了適用于萬兆以太網(wǎng)傳輸其折射率指數(shù)優(yōu)化在850nm波長，它用激光器作光源，在850nm波長傳輸速率可達(dá)10Gb/s，傳輸距離300m。ISO/IEC11801中又提出了OM1、OM2、OM3。OM3對應(yīng)于A1a.2。對應(yīng)關(guān)系和主要技術(shù)特性見表3。
中國光纖光纜的發(fā)展歷程
啟動階段(1978-1982)
1978年全國科學(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。
隨后，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(yàn)段。
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，表明我國光纖、光纜系統(tǒng)整體技術(shù)水平達(dá)到商用化。國內(nèi)也建成了一些短距離光纜工程。
1987年國家光纖光纜工業(yè)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目通過國家級驗(yàn)收，標(biāo)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、上海新滬玻璃廠和西古也開始生產(chǎn)光纖。
干線大建設(shè)與產(chǎn)業(yè)跟進(jìn)階段(1988-1998)
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。
2.郵電部“八縱八橫”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(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。
這些工程最初多使用進(jìn)口光纜，隨后國產(chǎn)光纜逐漸替代進(jìn)口，到后期則全部使用國產(chǎn)，而光纖絕大部分依靠進(jìn)口。
京漢廣架空干線是世界上最長的架空光纜，蘭西拉則海拔最高、環(huán)境最惡劣。其前期使用單模光纖1310nm窗口，1995年京九光纜單模光纖開始用1550nm窗口。
3.光纜達(dá)到世界先進(jìn)水平
光纜起步于1978年，初成于1987年，成熟于90年代。前期主要生產(chǎn)廠商侯馬、西古、武郵、長飛、成都、華新的技術(shù)水平已接近世界先進(jìn)水平，逐步替代進(jìn)口光纜。后期廠商長飛、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)層的光纜均可生產(chǎn)，光系統(tǒng)通信速率從140Mb/s到565Mb/s、622Mb/s，最后到2.5Gb/s。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多家光纜生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)能力大大提高。
4.光纖勢弱，死而復(fù)生
從1979開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的長途干線架空光纜工程，一直用國產(chǎn)光纖。1985-1991年，全國引進(jìn)了34套MCVD光纖預(yù)制棒生產(chǎn)線和17臺拉絲機(jī)，由于力量分散，消化吸收能力差，沒形成規(guī)模生產(chǎn)力，最后這些生產(chǎn)線全部停產(chǎn)。
1988-1998年八縱八橫的建設(shè)全部采用進(jìn)口光纖。1998年，長飛和上海朗訊兩家合資公司生產(chǎn)光纖都達(dá)到了100萬公里，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(zhuǎn)機(jī)。
開始成為世界制造大國(1999-2007)
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年開始建設(shè)大8字工程：京漢廣、京津濟(jì)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)。
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(bǔ)償技術(shù)。
2008年9月30日，中國電信、網(wǎng)通、聯(lián)通與臺灣中華電信、韓國電信、美國Verizon等六家電信公司合建的橫跨太平洋高速直達(dá)光纜TPE(TransPacificEx-press)，已建成投產(chǎn)。速率1.28-5.12Tb/s，可同時(shí)供1920萬人通話或傳輸16萬路高清電視，光纜全長2.6萬公里。
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(dá)世界先進(jìn)水平，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，其中國產(chǎn)280萬公里。
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。
2006年，光纖生產(chǎn)上，長飛達(dá)950萬公里，亨通與富通300萬公里，烽火、中天、上海光纖、南京華新藤倉四家250萬公里以上，特發(fā)、法爾勝、中住三家100萬公里以上。全國光纖生產(chǎn)2700萬公里以上，出口425萬公里，進(jìn)口250萬公里。
2006年全國進(jìn)口預(yù)制棒約659噸(主要從日本，其次美國、法國)；長飛、富通、法爾勝、烽火約產(chǎn)預(yù)制棒155噸。
2007年全國產(chǎn)光纖約4200萬公里，進(jìn)口預(yù)制棒995噸，國產(chǎn)預(yù)制棒290噸。近年來富通VAD法制芯棒在技術(shù)和裝置上有所突破，2008年10月又與日本住友合作，預(yù)制棒制造方面前景樂觀。
我國已成世界光纜制造大國
目前我國已擁有長飛、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、凱樂、通鼎、侯馬、華新、港龍、雙塔、富春江、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)。2006年9月長飛、亨通、通光、烽火、中天、永鼎、富通、通鼎等八家為中國通信光纜名牌產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)。
2006年，光纜產(chǎn)銷：長飛460萬芯公里、亨通408萬芯公里、烽火280萬芯公里、中天200萬以上、通光、永鼎、奧星都達(dá)150萬芯公里之上，成康、富通、匯源、特發(fā)都達(dá)100萬芯公里以上。國內(nèi)市場光纜總量達(dá)2000萬芯公里，出口光纜470萬芯公里，總產(chǎn)銷2470萬芯公里以上。
2007年全國光纜總產(chǎn)量在3600萬芯公里以上，主要企業(yè)的主要產(chǎn)品指標(biāo)領(lǐng)先國際先進(jìn)水平，產(chǎn)品種類規(guī)格基本齊全(海底越洋光纜尚有差距)。
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