宁 波 工 程 学 院
学年论文
论 文 题 目： 论光纤通信技术的发展
学 院 名 称： 电子与信息工程学院
专 业： 电子科学与技术
学 生 姓 名： 李新阳 学号： [1**********]
指 导 教 师：
起讫时间： 201年11月19日 至 2012年12月19日
学年论文成绩评定表
论光纤通信技术的发展
李新阳
(宁波工程学院 电信学院，安徽 阜南 236000）
摘 要：2009年，国际金融危机虽然使国内光纤光缆企业的发展蒙上了一层阴影，但在国内大力拉动内需以及3G建设、FTTH建设等多重因素的影响下，中国的光纤光缆行业走过了“爆炸性”增长的一年，与此同时，新一轮的行业整合和投资高潮也拉开了序幕。回眸过去，展望未来，中国光纤光缆产业如何发展值得每一位业界同仁思考。
关键词：发展，序幕，未来
引言
自从1966年高锟博士提出了光纤通信新设想以来，光纤通信获得了飞速发展：光纤通信业务从最初的简单电话语音业务发展到复杂的数据传输业务；光纤通信技术从数据传输技术发展到图像视频传输技术；光纤通信系统从单波长通信系统发展到密集波分复用通信系统；光纤通信技术彻底改变了人类的生活方式，创造了一个全新的信息社会和高效融通的国际园地。1989年建成的第一条横跨太平洋海底光缆通信系统拉开了海底光缆通信系统的建设序幕，促进了全球通信网的建设与飞速发展，迅速拉近了人类的空间距离，地球也从此变成了宇宙中一个较小的“地球村”
1.光 纤 的 出 现 1970年，康宁公司率先研制出了世界上第一根衰减低于20dB/km的石英玻璃光纤—这个20dB/km的数据，当时被认为是光纤可用于通信的阈值，也是由高锟博士计算确定的，而当时已有的玻璃光纤的衰减高达1000dB/km以上，因衰减太高, 不能用于通信。此后不久，也是在1970年，第一个半导体激光器实现了室温工作。这样，光源和传输介质问题的解决有望，全世界因此而雀跃！从此拉开了光纤研制和光纤通信研究的序幕，开始了现代光纤通信的发展。
1.1.光纤通讯的发展历史
1880年，贝尔发明了“光话”。他以日光为光源，大气为传输媒质，传输距离是200m。这标志着现代光通信的开始。他建立了自己的理论，但由于没有可靠、高强度的光源和没有稳定、低损耗的传输媒质，贝尔的“光话”始终没有走上实用化阶段。由于以上所说的两个障碍，光通信的研究一度沉寂。
1960年，第一台相干振荡光源——红宝石激光器问世，激起了世界性的光通信研究热潮。1962年半导体激光器的出现给实用化通信光源带来了希望。1970年，首次研究出在室温下连续工作的双异质结半导体激光器，为使用化的通信光源奠定了基础。
在研究光通信光源的同时，人们进行了各种光波导的研究，其中包括了光导纤维。虽然光导纤维以内部全反射限制光波的传输原理早为人知，并且已经应用在医学上。但在当时作为光导纤维材料的石英玻璃损耗很大。这个问题在早期一直没有得到解决，所以没有办法应用在作为光通信传输媒质。1966年，英国标准电信研究所的华裔科学家高锟博士发表了一篇
重要的文章，提出了可以利用带有包层材料的石英玻璃光纤作为光通信的传输媒质。他还预言，通过降低材料的杂质含量和改进制造工艺，可使光纤的衰减下降到20dB/km，甚至更小。1970年，美国Corning玻璃有限公司果然制成了衰减为20dB/km的低损耗石英光纤。它的制成使人们确认光导纤维完全能胜任作为光通信的传输媒质，从而确立了光通信发展的明确目标，揭开了光纤通信发展的新篇章。
光纤通信经过了20年的发展，已经有四代光纤通信进入了使用。在光纤通信发展历史上另一重要里程碑是掺铒光纤放大器的出现，1986年，英国南安敦大学制作出了最初的掺铒光纤放大器。从此，我们迎来了掺铒光纤放大器的黄金时代。
1.2.几种单膜光纤种类与发展进程
1.1 G.652单模光纤的发展
1984年，原CCITT发布了G.652标准的第一版。20多年来，G.652光纤一直是全球光纤市场的主流产品，甚至被称为标准单模光纤或者常规单模光纤。即使是这种老牌产品，近几年来也有了很大发展，其技术发展的主要趋势是拓展工作波长范围，针对MAN、FTTx开发适用的新型光纤，如低水峰光纤、单-多模复合光纤、高传输功率单模光纤、超低损耗单模光纤等。
1.1.1 低水峰光纤的发展
1998年，美国朗讯(OFS)公司首先推出了低水峰光纤。继OFS之后，国内外又有多家公司推出了同类产品。低水峰光纤已经成为今后光纤发展的热点之一。2000年，该光纤被纳入ITU-T G.652标准，即G.652 C；在2003年版本中，增加了G.652 D。
2003年3月，美国康宁在宣布以其低水峰光纤(SMF-28e)取代普通单模光纤(SMF-28)作为其标准光纤产品的同时，也宣布了对SMF-28e若干项产品指标的提升。在IWCS-2004会议上，日本住友报道了所研制的新型抗弯曲低水峰光纤。该光纤的主要技术特点是特别抗弯曲：在1625nm可将允许的长期弯曲半径减小到7.5mm，仅为标准/常规产品指标的1/4；当瞬时弯曲半径减小到5mm时，在1625nm引起的弯曲损耗为0.05dB/圈，仅为常规产品指标的1/20。在2005年7月，Draka Comteq's公司宣布推出适合接入网、分配网应用的BendBright光纤。该光纤在1310~1625 nm范围可将允许的弯曲半径减小到常规单模光纤的1/2，为15mm，其他特性不变。可使用更紧凑的连接盒、机架、接入端机。该光纤符合ITU-T G.652D标准，与其他常规单模光纤，包括该公司的ESMF完全相容。在2006年3月6日美国Anaheim举行的OFC/NFOEC会议上，OFS介绍了该公司的新型光纤：AllWave FLEX Zero Water Peak(ZWP)single-mode fiber。该光纤是第一款具有出色弯曲特性的零水峰G.652D光纤，是为FTTH、企业网络以及其他任何可能遭遇小弯曲直径的应用场合而设计制造的。该光纤在1260~1625 nm的全部可用波长范围内保持非常低的弯曲损耗，可以弯成20mm的光纤圈，该圈在1625nm引起的附加损耗
1.1.2 单-多模复合光纤的发展
澳大利亚比瑞利和意大利比瑞利公司分别在IWCS-2002会议上发表论文，介绍其研制的单-多模复合光纤以及利用该光纤进行的传输试验。该新型多用光纤的主要优点是：在850nm波长，衰减比各种多模光纤都低，模带宽比传统多模光纤的高；系统易于向SMF升级。该光纤在850nm的最低模带宽>1000MHz·km；在850nm的衰减系数典型值为1.8dB/km。长飞公司在2003年介绍了该公司研制的单-多模复合光纤。通过将匹配包层型单模光纤的SI折射率分布改成GI分布，该新型光纤在850nm的带宽提高到2056.35MHz·km，在1Gbit/s速率的传输距离达到3km；在10Gbit/s速率的传输距离达到300m。以上光纤仍符合常规单模光纤标准。
1.1.3 开发高传输功率单模光纤
康宁公司在2004年OFC会议上推出了一种高传输功率单模光纤：NexCor fiber。通过改进光纤设计，该新型光纤的受激布里渊散射(SBS)阈值与其他G.652光纤相比提高了3dB，从而使可容许的注入功率增大了1倍，其他指标符合标准单模光纤特性。在FTTH网络中利用该新型光纤，可扩大网络覆盖的用户数目，从而降低了每个用户分摊的成本。
2.光纤通信技术的发展趋势
近几年来，随着技术的进步，电信管理体制的改革以及电信市场的逐步全面开放，光纤通信的发展又一次呈现了蓬勃发展的新局面，以下在对光纤通信领域的主要发展热点作一简述与展望。
(一)向超高速系统的发展。从过去20多年的电信发展史看，网络容量的需求和传输速率的提高一直是一对主要矛盾。传统光纤通信的发展始终按照电的时分复用(TDM)方式进行，每当传输速率提高4倍，传输每比特的成本大约下降30％～40％：因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长，这就是为什么光纤通信系统的传输速率在过去20多年来一直在持续增加的根本原因。目前商用系统已从45Mbps增加到10Gbps，其速率在20年时间里增加了2000倍，比同期微电子技术的集成度增加速度还快得多。高速系统的出现不仅增加了业务传输容量，而且也为各种各样的新业务，特别是宽带业务和多媒体提供了实现的可能。
(二)向超大容量WDM系统的演进。采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽，然而光纤的200nm可用带宽资源仅仅利用了不到1％，99％的资源尚待发掘。如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一极光纤上传送，则可大大增加光纤的信息传输容量，这就是波分复用(WDM)的基本思路。采用波分复用系统的主要好处是：1．可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使容量可以迅速扩大几倍至上百倍；2．在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器，从而大大降低了传输成本：3．与信号速率及电调制方式无关，是引入宽带新业务的方便手段；
4．利用WDM网络实现网络交换和恢复可望实现未来透明的、具有高度生存性的光联网。
(三)实现光联网。上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量，但基本上是以点到点通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增加新一层的威力。根据这一基本思路，光的分插复用器(OADM)和光的交叉连接设备(OXC)均已在实验室研制成功，前者已投入商用。实现光联网的基本目的是：1．实现超大容量光网络；2．实现网络扩展性，允许网络的节点数和业务量的不断增长；3．实现网络可重构性，达到灵活重组网络的目的；4．实现网络的透明性，允许互连任何系统和不同制式的信号；5．实现快速网络恢复，恢复时间可达100ms。鉴于光联网具有上述潜在的巨大优势，发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研。光联网已经成为继SDH电联网以后的又一新的光通信发展高潮。
(四)新一代的光纤。近几年来随着IP业务量的爆炸式增长，电信网正开始向下一代可持续发展的方向发展，而构筑具有巨大传输容量的光纤基础设施是下一代网络的物理基础。传统的G.652单模光纤在适应上述超高速长距离传送网络的发展需要方面已暴露出力不从心的态势，开发新型光纤已成为开发下一代网络基础设施的重要组成部分。目前，为了适应干线网和城域网的不同发展需要，已出现了两种不同的新型光纤，即非零色散光纤(G.655光纤)和无水吸收峰光纤(全波光纤)。
(五)光接入网。过去几年间，网络的核心部分发生了翻天覆地的变化，无论是交换，还是传输都已更新了好几代。不久，网络的这一部分将成为全数字化的、软件主宰和控制的、高度集成和智能化的网络。而另一方面，现存的接入网仍然是被双绞线铜线主宰的(90％以上)、原始落后的模拟系统。两者在技术上的巨大反差说明接入网已确实成为制约全网进一步发展的瓶颈。唯一能够根本上彻底解决这一瓶颈问题的长远技术手段是光接入网。接入网中采用光接入网的主要目的是：减少维护管理费用和故障率：开发新设备，增加新收入；配合本地网络结构的调整，减少节点，扩大覆盖；充分利用光纤化所带来的一系列好处：建设透明光网络，迎接多媒体时代。
3.中国光纤通讯技术的发展方向与前景
2009年，国际金融危机虽然使国内光纤光缆企业的发展蒙上了一层阴影，但在国内大力拉动内需以及3G建设、FTTH建设等多重因素的影响下，中国的光纤光缆行业走过了“爆炸性”增长的一年，与此同时，新一轮的行业整合和投资高潮也拉开了序幕。回眸过去，展望未来，中国光纤光缆产业如何发展值得每一位业界同仁思考。
一、光纤光缆产业的构成及发展现状
1.关键技术和产业构成 自光纤通信实用化应用30余年来，光纤光缆的制造技术突飞猛进、产品品种不断丰富，并且由于规模化应用、生产效率的提升，使得光纤光缆产品在性能指标不断提高的同时，成本在不断降低，从而带动了光纤应用领域的不断扩展。目前国内的光纤光缆产业已形成了完整的产业链体系，包括以光棒制造、光纤拉丝和光缆制造为主要构成的主产业链，以及扩展外延形成的光纤光缆材料等各种分产业链，这个产业链随着光纤应用领域的扩展还在快速延伸。
在光纤光缆产业链体系上我们认为，国内有两个方面的关键技术与国际先进水平有相当差距，那就是“一头一尾”。“一头”是大家都清楚的光棒制造技术，近几年在国家的大力扶持及企业的持续投入下，国内的光棒制造技术得到了较快发展，技术突破和大规模制造近在咫尺，相信2~3年内，国内的光棒制造能力基本能满足市场需求。那么，另外“一尾”很多人并没有意识到，那就是应用领域的扩展研究，光纤光缆技术发展到现在，其应用已不是传统意义上的通信领域，现在看来，在医学、传感、电网安全保护等很多方面都得到了应用，当然还包括我们目前还未用到的更多领域，这方面的研究，我们有实力的大公司参与还不多。国内的光纤光缆产业基础不能仅仅建立在传统意义的通信领域，那样在不久的将来会基本饱和，我们应该不断创新，持续进行研发投入，加强与各行业合作，不断拓展光纤新的应用领域。只有这样，我们的产业才能持续健康发展。
2.我国光纤光缆产业制造大国的地位已经确立，但产业发展水平并不均衡，需防范新一轮产能扩张带来的风险
1）目前我国光纤光缆已确立制造大国的地位
根据2010年CRU最新的数据，2009年全球单模光纤总需求达到了1.685亿芯公里，比2008年增长了24%，其中，中国单模光纤需求增长了89%，与之相比，世界其他地区的单模光纤需求下降了4%。中国2009年单模光纤需求达到了7880万芯公里，占世界总需求的
46.8%，并连续三年成为世界最大的光纤光缆消费市场。经过3年持续的跨越式发展，中国已形成了世界上最大的光纤光缆产业，并形成了完整的光棒、光纤、光缆产业链。2009年中国12家光纤拉丝企业生产光纤6040万芯公里，其中长飞、烽火、富通光纤产量都达到1000万芯公里以上；2009年世界光缆的总产量是1.72亿芯公里，仅中国光缆的产量就达8042万芯公里，占世界总产量的46.8%，并且产能仍在不断扩大中，中国5大光缆企业已成为世界级的大型企业集团。
2）产业发展水平不均衡
虽然中国已形成包括光纤预制棒、光纤和光缆在内的完整的产业链，产业规模居世界第一位，但是在整个产业发展过程中仍然存在一系列的问题。
首先，光棒产业70%～80%还依赖进口，国产化预制棒的份额一直维持在20%左右，没有大的发展。从产业链的角度来看，上游原材料光纤预制棒、光纤、光缆的利润比例大约是7∶2∶1，因此，预制棒厂商拿走了整个行业70%的利润，在产业链中占优势地位。而预制棒的价格被外国公司控制，巨额的光棒利润被外国公司赚取。中国依靠买棒拉丝，光棒价格昂贵，难以降低光纤成本，况且光纤价格低迷，致使光纤企业的利润空间极小。
其次，光纤光缆产品已高度同质化，价格成为竞争的唯一手段，一些企业为降低成本而不惜降低产品的质量。中国泰尔实验室曾表示：“检验机构在近几年的光纤光缆检测中发现，光纤光缆产品的不合格率达到20%～30%。”
再次，我们的自主创新能力有待增强，中国企业在光纤光缆的研发、生产以及核心技术关键环节方面，与国外相比，仍存在一定的差距。新型的光纤、光缆产品，如G.657光纤和气吹用微型光缆的核心技术都是国外研发的，国内只是在跟踪研制。
这些差距在很大程度上限制了我国光纤光缆产业的健康快速发展，因此，国内的产业不仅要做大还要做强。要坚持自主创新，突破瓶颈，力争在光纤光缆生产的关键领域取得突破，形成一批拥有自主知识产权的产品。同时光纤光缆企业、电信运营商要加强产业链互动，推动产业链各方实现共赢，为光纤光缆产业营造更大的发展空间。
3）新一轮产能扩张带来风险
中国光纤光缆产业的发展历经了三次快速发展的时期。1991年～1994年的第一次扩张期，使得中国的光缆产能规模达到了100万芯公里/年；1999年~2001年的第二次扩张期，产能达到3000万芯公里/年；2008年~2009年第三次扩张期，国内光纤产能跨越式地达到了近亿芯公里/年，光缆产能更大。本轮扩张呈现出3大新特征：一是大型的光纤光缆企业继续扩大规模；二是无论是光缆还是光纤产能都比2008年初增长了一倍；三是有实力的企业开始合资建立光棒生产基地，竞争向产业链上游延伸。
应该注意的是，在受国际金融危机影响的背景下，国内产业的大规模扩张，一方面进一步确立了中国是全球最大光纤光缆制造大国的地位，另一方面也带来了一定的风险。
可以预见，中国的光纤需求在未来2～3年将维持在6000万芯公里～8000万芯公里，国内光棒的产能目前还有缺口，但光棒进口在未来2～5年将持续减少，并将最终与光纤拉丝能力匹配；而中国光纤拉丝能力将超国内需求20%～30%，光纤的竞争开始向生产效率、工艺路线等影响成本的环节转移；至于光缆制造，由于进入门槛较低，近几年一直制造能力大于市场需求，2009年光缆表现出来的短期内供不应求，实际上是光纤短缺造成的，并不是光缆制造的能力问题。新一轮的光缆产能的扩充，主要是大厂进行，而且起点较高，扩充数量较多，目前光缆的盲目扩张所带来的危害性日益显现。
这几轮的产能扩充是市场需求增加的必然结果，而已处于全球最大市场的中国，未来的需求是否还能持续增长是个问题，因此从相对弱的对手手中抢市场成为生存的考验，如此巨大的产能背后，任何市场需求下降的影响都将造成价格不理性的降低并进而导致产品质量下滑的风险。
二、我国光纤光缆产业的发展方向
1.加快光棒国产化进程，完善产业链
加快光棒国产化进程是为了解决目前产业发展中的“瓶颈”和“短板”问题。几年前，国内的一些大厂已经意识到了这个问题，纷纷提出了自己在光棒产业的发展规划和目标，比如烽火通信2009年与日本藤仓公司合资成立的藤仓烽火光电材料科技有限公司光纤产业预制棒基地，项目一期达产后可具备1000万公里预制棒生产能力，将成为国际重要的光棒制造基地。其他国内企业，如长飞、亨通、富通、中天等也在通过与国外先进技术合作，结合自主创新和研发实施新的光棒项目。我们相信，国内企业经过3～5年的发展，可实现2500吨左右光棒的生产能力，基本可以满足国内光纤的需求。
2. 3G和FTTH建设及“三网融合”实施将是光纤光缆产业发展的持续动力
3G在我国的商用，奠定了2009年的产业基础，截至2009年年底，国内三家运营商3G投资共计1609亿元。到“十一五”末期，我国移动用户将达到8亿户，如有40％成为3G用户，则达到3.2亿户，用户规模必将居世界之首。在未来几年中，3G产业的稳步增长，必然对光纤网络的覆盖和稳定性提出更高的要求，进而导致光纤光缆的需求呈现稳步增长的态势。
光纤到户（FTTH）需要建立分支到末端的光纤网，将为光纤光缆产业发展提供无限想象空间的市场，可以说FTTH为国内光纤光缆行业提供了进一步发展的机遇。我国大规模实施光纤到户后每年所需光纤在1亿公里以上，光纤光缆整个产业链条都将从中受益，用户也将享受到FTTH的种种便利。另外，世界范围内的FTTH发展也使全球的光纤需求出现增长趋势，这将大大推动国内产品的出口。
2010年1月13日召开的国务院常务会议决定加快推进电信网、广播电视网和互联网三网融合，并明确提出阶段性目标和重点工作。此举标志着三网融合将正式进入实质性推进阶段，而三网融合将刺激广电及电信运营商对光纤网络建设的投入，给光纤光缆产业的发展带来新的机遇。
3.融合、创新是未来我国光纤光缆产业发展的主旋律
2009年3G牌照的发放和联通与网通的合并，使中国的电信运营结构发生了巨大变革，三大运营商都开始了移动、固话、宽带的综合运营。2010年国务院又提出了“三网融合”，使广电业务与电信业务开始交叉，这种大的融合趋势，使得对带宽的需求增长了，这种业务范围的融合与各运营商历史强势业务的不平衡，导致创新的技术不断被应用。
面对多需求的市场，各大光纤光缆企业也从趋同化竞争时代开始了差异化的探索。2004年以来各大运营商的集中采购，极大地推动了中国光缆产品的标准化，常用的GYTA、GYTS等规格的光缆同质化非常明显，结构、性能等方面都大同小异。2008年各大企业都加大了研发的投入，自主创新的技术和产品不断出现，G.657类光纤的研制与国际同步，骨架式带缆可能出现3～4家，海底光缆也因沿海岛屿开发更受关注，传感光缆、油井光缆、矿用光缆等特殊场合用特殊要求光缆已打破国外垄断，室内软光缆产业蓬勃发展，塑料光纤从装饰用开始走向短距离通信应用。这一系列新技术的出现，说明国内各大光纤光缆企业更重视自主知识产权的创新，是我国从制造大国向制造强国迈进的必然阶段，并将在今后成为我国光纤光缆企业发展的一个重点。
4.加大研发投入，扩展光纤应用新领域
目前光纤光缆基本是在传统的通信领域应用，回顾一下历史，即使在传统的通信领域，光纤光缆的发展也是伴随应用领域的扩展而得到壮大，从上世纪90年代的骨干网应用，到本世纪初的接入网应用，再到近几年的FTTH建设、3G建设，在这个过程中，新技术、新产品、新材料不断应用，极大地促进了行业技术的进步和行业良性发展，但在这个过程中，尤其是近几年，随着市场竞争的加剧，产品价格持续走低，厂家生存压力巨大，各厂家越来越
将主要精力放在市场开拓、成本控制上，而对研发投入很少，加上运营商的集中采购，厂家即使有研发意向，也是跟着集采指挥棒走，在一定程度上影响了厂家更为广泛的研发热情。 光纤的应用领域远不是目前大多数光纤光缆企业理解的那么狭窄，这方面的研究我们与国际先进水平相比有很大差距，但在国内企业中以长飞、烽火为代表的少数企业，越来越重视研发的投入，以期在新的应用领域中掌握核心技术，提升企业的差异化竞争能力，我们相信这个方向将是企业发展的主流，行业发展的趋势。
5.走出国门，开拓国际市场是发展方向
全球2009年总需求约1.6万亿芯公里，中国已占世界光纤光缆总需求的40%多，中国光纤光缆的产能已超过本国的需求，而出口光缆的数量不到600万芯公里，在国际舞台上国内企业涉足的范围、数量都与超万亿芯的产能不相匹配。中国光纤光缆企业要抓住机遇，走出国门，在世界范围开展与Corning、Perisman、Draka等跨国企业的竞争，并跻身国际化大企业行列。
参考文献：
[1]李玲，黄永清.光纤通信基础.国防工业出版社.2003，9：1～6.
[2]毛谦，张继军.光纤技术的现状与反展趋势.中国电信建设
宁 波 工 程 学 院
学年论文
论 文 题 目： 论光纤通信技术的发展
学 院 名 称： 电子与信息工程学院
专 业： 电子科学与技术
学 生 姓 名： 李新阳 学号： [1**********]
指 导 教 师：
起讫时间： 201年11月19日 至 2012年12月19日
学年论文成绩评定表
论光纤通信技术的发展
李新阳
(宁波工程学院 电信学院，安徽 阜南 236000）
摘 要：2009年，国际金融危机虽然使国内光纤光缆企业的发展蒙上了一层阴影，但在国内大力拉动内需以及3G建设、FTTH建设等多重因素的影响下，中国的光纤光缆行业走过了“爆炸性”增长的一年，与此同时，新一轮的行业整合和投资高潮也拉开了序幕。回眸过去，展望未来，中国光纤光缆产业如何发展值得每一位业界同仁思考。
关键词：发展，序幕，未来
引言
自从1966年高锟博士提出了光纤通信新设想以来，光纤通信获得了飞速发展：光纤通信业务从最初的简单电话语音业务发展到复杂的数据传输业务；光纤通信技术从数据传输技术发展到图像视频传输技术；光纤通信系统从单波长通信系统发展到密集波分复用通信系统；光纤通信技术彻底改变了人类的生活方式，创造了一个全新的信息社会和高效融通的国际园地。1989年建成的第一条横跨太平洋海底光缆通信系统拉开了海底光缆通信系统的建设序幕，促进了全球通信网的建设与飞速发展，迅速拉近了人类的空间距离，地球也从此变成了宇宙中一个较小的“地球村”
1.光 纤 的 出 现 1970年，康宁公司率先研制出了世界上第一根衰减低于20dB/km的石英玻璃光纤—这个20dB/km的数据，当时被认为是光纤可用于通信的阈值，也是由高锟博士计算确定的，而当时已有的玻璃光纤的衰减高达1000dB/km以上，因衰减太高, 不能用于通信。此后不久，也是在1970年，第一个半导体激光器实现了室温工作。这样，光源和传输介质问题的解决有望，全世界因此而雀跃！从此拉开了光纤研制和光纤通信研究的序幕，开始了现代光纤通信的发展。
1.1.光纤通讯的发展历史
1880年，贝尔发明了“光话”。他以日光为光源，大气为传输媒质，传输距离是200m。这标志着现代光通信的开始。他建立了自己的理论，但由于没有可靠、高强度的光源和没有稳定、低损耗的传输媒质，贝尔的“光话”始终没有走上实用化阶段。由于以上所说的两个障碍，光通信的研究一度沉寂。
1960年，第一台相干振荡光源——红宝石激光器问世，激起了世界性的光通信研究热潮。1962年半导体激光器的出现给实用化通信光源带来了希望。1970年，首次研究出在室温下连续工作的双异质结半导体激光器，为使用化的通信光源奠定了基础。
在研究光通信光源的同时，人们进行了各种光波导的研究，其中包括了光导纤维。虽然光导纤维以内部全反射限制光波的传输原理早为人知，并且已经应用在医学上。但在当时作为光导纤维材料的石英玻璃损耗很大。这个问题在早期一直没有得到解决，所以没有办法应用在作为光通信传输媒质。1966年，英国标准电信研究所的华裔科学家高锟博士发表了一篇
重要的文章，提出了可以利用带有包层材料的石英玻璃光纤作为光通信的传输媒质。他还预言，通过降低材料的杂质含量和改进制造工艺，可使光纤的衰减下降到20dB/km，甚至更小。1970年，美国Corning玻璃有限公司果然制成了衰减为20dB/km的低损耗石英光纤。它的制成使人们确认光导纤维完全能胜任作为光通信的传输媒质，从而确立了光通信发展的明确目标，揭开了光纤通信发展的新篇章。
光纤通信经过了20年的发展，已经有四代光纤通信进入了使用。在光纤通信发展历史上另一重要里程碑是掺铒光纤放大器的出现，1986年，英国南安敦大学制作出了最初的掺铒光纤放大器。从此，我们迎来了掺铒光纤放大器的黄金时代。
1.2.几种单膜光纤种类与发展进程
1.1 G.652单模光纤的发展
1984年，原CCITT发布了G.652标准的第一版。20多年来，G.652光纤一直是全球光纤市场的主流产品，甚至被称为标准单模光纤或者常规单模光纤。即使是这种老牌产品，近几年来也有了很大发展，其技术发展的主要趋势是拓展工作波长范围，针对MAN、FTTx开发适用的新型光纤，如低水峰光纤、单-多模复合光纤、高传输功率单模光纤、超低损耗单模光纤等。
1.1.1 低水峰光纤的发展
1998年，美国朗讯(OFS)公司首先推出了低水峰光纤。继OFS之后，国内外又有多家公司推出了同类产品。低水峰光纤已经成为今后光纤发展的热点之一。2000年，该光纤被纳入ITU-T G.652标准，即G.652 C；在2003年版本中，增加了G.652 D。
2003年3月，美国康宁在宣布以其低水峰光纤(SMF-28e)取代普通单模光纤(SMF-28)作为其标准光纤产品的同时，也宣布了对SMF-28e若干项产品指标的提升。在IWCS-2004会议上，日本住友报道了所研制的新型抗弯曲低水峰光纤。该光纤的主要技术特点是特别抗弯曲：在1625nm可将允许的长期弯曲半径减小到7.5mm，仅为标准/常规产品指标的1/4；当瞬时弯曲半径减小到5mm时，在1625nm引起的弯曲损耗为0.05dB/圈，仅为常规产品指标的1/20。在2005年7月，Draka Comteq's公司宣布推出适合接入网、分配网应用的BendBright光纤。该光纤在1310~1625 nm范围可将允许的弯曲半径减小到常规单模光纤的1/2，为15mm，其他特性不变。可使用更紧凑的连接盒、机架、接入端机。该光纤符合ITU-T G.652D标准，与其他常规单模光纤，包括该公司的ESMF完全相容。在2006年3月6日美国Anaheim举行的OFC/NFOEC会议上，OFS介绍了该公司的新型光纤：AllWave FLEX Zero Water Peak(ZWP)single-mode fiber。该光纤是第一款具有出色弯曲特性的零水峰G.652D光纤，是为FTTH、企业网络以及其他任何可能遭遇小弯曲直径的应用场合而设计制造的。该光纤在1260~1625 nm的全部可用波长范围内保持非常低的弯曲损耗，可以弯成20mm的光纤圈，该圈在1625nm引起的附加损耗
1.1.2 单-多模复合光纤的发展
澳大利亚比瑞利和意大利比瑞利公司分别在IWCS-2002会议上发表论文，介绍其研制的单-多模复合光纤以及利用该光纤进行的传输试验。该新型多用光纤的主要优点是：在850nm波长，衰减比各种多模光纤都低，模带宽比传统多模光纤的高；系统易于向SMF升级。该光纤在850nm的最低模带宽>1000MHz·km；在850nm的衰减系数典型值为1.8dB/km。长飞公司在2003年介绍了该公司研制的单-多模复合光纤。通过将匹配包层型单模光纤的SI折射率分布改成GI分布，该新型光纤在850nm的带宽提高到2056.35MHz·km，在1Gbit/s速率的传输距离达到3km；在10Gbit/s速率的传输距离达到300m。以上光纤仍符合常规单模光纤标准。
1.1.3 开发高传输功率单模光纤
康宁公司在2004年OFC会议上推出了一种高传输功率单模光纤：NexCor fiber。通过改进光纤设计，该新型光纤的受激布里渊散射(SBS)阈值与其他G.652光纤相比提高了3dB，从而使可容许的注入功率增大了1倍，其他指标符合标准单模光纤特性。在FTTH网络中利用该新型光纤，可扩大网络覆盖的用户数目，从而降低了每个用户分摊的成本。
2.光纤通信技术的发展趋势
近几年来，随着技术的进步，电信管理体制的改革以及电信市场的逐步全面开放，光纤通信的发展又一次呈现了蓬勃发展的新局面，以下在对光纤通信领域的主要发展热点作一简述与展望。
(一)向超高速系统的发展。从过去20多年的电信发展史看，网络容量的需求和传输速率的提高一直是一对主要矛盾。传统光纤通信的发展始终按照电的时分复用(TDM)方式进行，每当传输速率提高4倍，传输每比特的成本大约下降30％～40％：因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长，这就是为什么光纤通信系统的传输速率在过去20多年来一直在持续增加的根本原因。目前商用系统已从45Mbps增加到10Gbps，其速率在20年时间里增加了2000倍，比同期微电子技术的集成度增加速度还快得多。高速系统的出现不仅增加了业务传输容量，而且也为各种各样的新业务，特别是宽带业务和多媒体提供了实现的可能。
(二)向超大容量WDM系统的演进。采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽，然而光纤的200nm可用带宽资源仅仅利用了不到1％，99％的资源尚待发掘。如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一极光纤上传送，则可大大增加光纤的信息传输容量，这就是波分复用(WDM)的基本思路。采用波分复用系统的主要好处是：1．可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使容量可以迅速扩大几倍至上百倍；2．在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器，从而大大降低了传输成本：3．与信号速率及电调制方式无关，是引入宽带新业务的方便手段；
4．利用WDM网络实现网络交换和恢复可望实现未来透明的、具有高度生存性的光联网。
(三)实现光联网。上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量，但基本上是以点到点通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增加新一层的威力。根据这一基本思路，光的分插复用器(OADM)和光的交叉连接设备(OXC)均已在实验室研制成功，前者已投入商用。实现光联网的基本目的是：1．实现超大容量光网络；2．实现网络扩展性，允许网络的节点数和业务量的不断增长；3．实现网络可重构性，达到灵活重组网络的目的；4．实现网络的透明性，允许互连任何系统和不同制式的信号；5．实现快速网络恢复，恢复时间可达100ms。鉴于光联网具有上述潜在的巨大优势，发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研。光联网已经成为继SDH电联网以后的又一新的光通信发展高潮。
(四)新一代的光纤。近几年来随着IP业务量的爆炸式增长，电信网正开始向下一代可持续发展的方向发展，而构筑具有巨大传输容量的光纤基础设施是下一代网络的物理基础。传统的G.652单模光纤在适应上述超高速长距离传送网络的发展需要方面已暴露出力不从心的态势，开发新型光纤已成为开发下一代网络基础设施的重要组成部分。目前，为了适应干线网和城域网的不同发展需要，已出现了两种不同的新型光纤，即非零色散光纤(G.655光纤)和无水吸收峰光纤(全波光纤)。
(五)光接入网。过去几年间，网络的核心部分发生了翻天覆地的变化，无论是交换，还是传输都已更新了好几代。不久，网络的这一部分将成为全数字化的、软件主宰和控制的、高度集成和智能化的网络。而另一方面，现存的接入网仍然是被双绞线铜线主宰的(90％以上)、原始落后的模拟系统。两者在技术上的巨大反差说明接入网已确实成为制约全网进一步发展的瓶颈。唯一能够根本上彻底解决这一瓶颈问题的长远技术手段是光接入网。接入网中采用光接入网的主要目的是：减少维护管理费用和故障率：开发新设备，增加新收入；配合本地网络结构的调整，减少节点，扩大覆盖；充分利用光纤化所带来的一系列好处：建设透明光网络，迎接多媒体时代。
3.中国光纤通讯技术的发展方向与前景
2009年，国际金融危机虽然使国内光纤光缆企业的发展蒙上了一层阴影，但在国内大力拉动内需以及3G建设、FTTH建设等多重因素的影响下，中国的光纤光缆行业走过了“爆炸性”增长的一年，与此同时，新一轮的行业整合和投资高潮也拉开了序幕。回眸过去，展望未来，中国光纤光缆产业如何发展值得每一位业界同仁思考。
一、光纤光缆产业的构成及发展现状
1.关键技术和产业构成 自光纤通信实用化应用30余年来，光纤光缆的制造技术突飞猛进、产品品种不断丰富，并且由于规模化应用、生产效率的提升，使得光纤光缆产品在性能指标不断提高的同时，成本在不断降低，从而带动了光纤应用领域的不断扩展。目前国内的光纤光缆产业已形成了完整的产业链体系，包括以光棒制造、光纤拉丝和光缆制造为主要构成的主产业链，以及扩展外延形成的光纤光缆材料等各种分产业链，这个产业链随着光纤应用领域的扩展还在快速延伸。
在光纤光缆产业链体系上我们认为，国内有两个方面的关键技术与国际先进水平有相当差距，那就是“一头一尾”。“一头”是大家都清楚的光棒制造技术，近几年在国家的大力扶持及企业的持续投入下，国内的光棒制造技术得到了较快发展，技术突破和大规模制造近在咫尺，相信2~3年内，国内的光棒制造能力基本能满足市场需求。那么，另外“一尾”很多人并没有意识到，那就是应用领域的扩展研究，光纤光缆技术发展到现在，其应用已不是传统意义上的通信领域，现在看来，在医学、传感、电网安全保护等很多方面都得到了应用，当然还包括我们目前还未用到的更多领域，这方面的研究，我们有实力的大公司参与还不多。国内的光纤光缆产业基础不能仅仅建立在传统意义的通信领域，那样在不久的将来会基本饱和，我们应该不断创新，持续进行研发投入，加强与各行业合作，不断拓展光纤新的应用领域。只有这样，我们的产业才能持续健康发展。
2.我国光纤光缆产业制造大国的地位已经确立，但产业发展水平并不均衡，需防范新一轮产能扩张带来的风险
1）目前我国光纤光缆已确立制造大国的地位
根据2010年CRU最新的数据，2009年全球单模光纤总需求达到了1.685亿芯公里，比2008年增长了24%，其中，中国单模光纤需求增长了89%，与之相比，世界其他地区的单模光纤需求下降了4%。中国2009年单模光纤需求达到了7880万芯公里，占世界总需求的
46.8%，并连续三年成为世界最大的光纤光缆消费市场。经过3年持续的跨越式发展，中国已形成了世界上最大的光纤光缆产业，并形成了完整的光棒、光纤、光缆产业链。2009年中国12家光纤拉丝企业生产光纤6040万芯公里，其中长飞、烽火、富通光纤产量都达到1000万芯公里以上；2009年世界光缆的总产量是1.72亿芯公里，仅中国光缆的产量就达8042万芯公里，占世界总产量的46.8%，并且产能仍在不断扩大中，中国5大光缆企业已成为世界级的大型企业集团。
2）产业发展水平不均衡
虽然中国已形成包括光纤预制棒、光纤和光缆在内的完整的产业链，产业规模居世界第一位，但是在整个产业发展过程中仍然存在一系列的问题。
首先，光棒产业70%～80%还依赖进口，国产化预制棒的份额一直维持在20%左右，没有大的发展。从产业链的角度来看，上游原材料光纤预制棒、光纤、光缆的利润比例大约是7∶2∶1，因此，预制棒厂商拿走了整个行业70%的利润，在产业链中占优势地位。而预制棒的价格被外国公司控制，巨额的光棒利润被外国公司赚取。中国依靠买棒拉丝，光棒价格昂贵，难以降低光纤成本，况且光纤价格低迷，致使光纤企业的利润空间极小。
其次，光纤光缆产品已高度同质化，价格成为竞争的唯一手段，一些企业为降低成本而不惜降低产品的质量。中国泰尔实验室曾表示：“检验机构在近几年的光纤光缆检测中发现，光纤光缆产品的不合格率达到20%～30%。”
再次，我们的自主创新能力有待增强，中国企业在光纤光缆的研发、生产以及核心技术关键环节方面，与国外相比，仍存在一定的差距。新型的光纤、光缆产品，如G.657光纤和气吹用微型光缆的核心技术都是国外研发的，国内只是在跟踪研制。
这些差距在很大程度上限制了我国光纤光缆产业的健康快速发展，因此，国内的产业不仅要做大还要做强。要坚持自主创新，突破瓶颈，力争在光纤光缆生产的关键领域取得突破，形成一批拥有自主知识产权的产品。同时光纤光缆企业、电信运营商要加强产业链互动，推动产业链各方实现共赢，为光纤光缆产业营造更大的发展空间。
3）新一轮产能扩张带来风险
中国光纤光缆产业的发展历经了三次快速发展的时期。1991年～1994年的第一次扩张期，使得中国的光缆产能规模达到了100万芯公里/年；1999年~2001年的第二次扩张期，产能达到3000万芯公里/年；2008年~2009年第三次扩张期，国内光纤产能跨越式地达到了近亿芯公里/年，光缆产能更大。本轮扩张呈现出3大新特征：一是大型的光纤光缆企业继续扩大规模；二是无论是光缆还是光纤产能都比2008年初增长了一倍；三是有实力的企业开始合资建立光棒生产基地，竞争向产业链上游延伸。
应该注意的是，在受国际金融危机影响的背景下，国内产业的大规模扩张，一方面进一步确立了中国是全球最大光纤光缆制造大国的地位，另一方面也带来了一定的风险。
可以预见，中国的光纤需求在未来2～3年将维持在6000万芯公里～8000万芯公里，国内光棒的产能目前还有缺口，但光棒进口在未来2～5年将持续减少，并将最终与光纤拉丝能力匹配；而中国光纤拉丝能力将超国内需求20%～30%，光纤的竞争开始向生产效率、工艺路线等影响成本的环节转移；至于光缆制造，由于进入门槛较低，近几年一直制造能力大于市场需求，2009年光缆表现出来的短期内供不应求，实际上是光纤短缺造成的，并不是光缆制造的能力问题。新一轮的光缆产能的扩充，主要是大厂进行，而且起点较高，扩充数量较多，目前光缆的盲目扩张所带来的危害性日益显现。
这几轮的产能扩充是市场需求增加的必然结果，而已处于全球最大市场的中国，未来的需求是否还能持续增长是个问题，因此从相对弱的对手手中抢市场成为生存的考验，如此巨大的产能背后，任何市场需求下降的影响都将造成价格不理性的降低并进而导致产品质量下滑的风险。
二、我国光纤光缆产业的发展方向
1.加快光棒国产化进程，完善产业链
加快光棒国产化进程是为了解决目前产业发展中的“瓶颈”和“短板”问题。几年前，国内的一些大厂已经意识到了这个问题，纷纷提出了自己在光棒产业的发展规划和目标，比如烽火通信2009年与日本藤仓公司合资成立的藤仓烽火光电材料科技有限公司光纤产业预制棒基地，项目一期达产后可具备1000万公里预制棒生产能力，将成为国际重要的光棒制造基地。其他国内企业，如长飞、亨通、富通、中天等也在通过与国外先进技术合作，结合自主创新和研发实施新的光棒项目。我们相信，国内企业经过3～5年的发展，可实现2500吨左右光棒的生产能力，基本可以满足国内光纤的需求。
2. 3G和FTTH建设及“三网融合”实施将是光纤光缆产业发展的持续动力
3G在我国的商用，奠定了2009年的产业基础，截至2009年年底，国内三家运营商3G投资共计1609亿元。到“十一五”末期，我国移动用户将达到8亿户，如有40％成为3G用户，则达到3.2亿户，用户规模必将居世界之首。在未来几年中，3G产业的稳步增长，必然对光纤网络的覆盖和稳定性提出更高的要求，进而导致光纤光缆的需求呈现稳步增长的态势。
光纤到户（FTTH）需要建立分支到末端的光纤网，将为光纤光缆产业发展提供无限想象空间的市场，可以说FTTH为国内光纤光缆行业提供了进一步发展的机遇。我国大规模实施光纤到户后每年所需光纤在1亿公里以上，光纤光缆整个产业链条都将从中受益，用户也将享受到FTTH的种种便利。另外，世界范围内的FTTH发展也使全球的光纤需求出现增长趋势，这将大大推动国内产品的出口。
2010年1月13日召开的国务院常务会议决定加快推进电信网、广播电视网和互联网三网融合，并明确提出阶段性目标和重点工作。此举标志着三网融合将正式进入实质性推进阶段，而三网融合将刺激广电及电信运营商对光纤网络建设的投入，给光纤光缆产业的发展带来新的机遇。
3.融合、创新是未来我国光纤光缆产业发展的主旋律
2009年3G牌照的发放和联通与网通的合并，使中国的电信运营结构发生了巨大变革，三大运营商都开始了移动、固话、宽带的综合运营。2010年国务院又提出了“三网融合”，使广电业务与电信业务开始交叉，这种大的融合趋势，使得对带宽的需求增长了，这种业务范围的融合与各运营商历史强势业务的不平衡，导致创新的技术不断被应用。
面对多需求的市场，各大光纤光缆企业也从趋同化竞争时代开始了差异化的探索。2004年以来各大运营商的集中采购，极大地推动了中国光缆产品的标准化，常用的GYTA、GYTS等规格的光缆同质化非常明显，结构、性能等方面都大同小异。2008年各大企业都加大了研发的投入，自主创新的技术和产品不断出现，G.657类光纤的研制与国际同步，骨架式带缆可能出现3～4家，海底光缆也因沿海岛屿开发更受关注，传感光缆、油井光缆、矿用光缆等特殊场合用特殊要求光缆已打破国外垄断，室内软光缆产业蓬勃发展，塑料光纤从装饰用开始走向短距离通信应用。这一系列新技术的出现，说明国内各大光纤光缆企业更重视自主知识产权的创新，是我国从制造大国向制造强国迈进的必然阶段，并将在今后成为我国光纤光缆企业发展的一个重点。
4.加大研发投入，扩展光纤应用新领域
目前光纤光缆基本是在传统的通信领域应用，回顾一下历史，即使在传统的通信领域，光纤光缆的发展也是伴随应用领域的扩展而得到壮大，从上世纪90年代的骨干网应用，到本世纪初的接入网应用，再到近几年的FTTH建设、3G建设，在这个过程中，新技术、新产品、新材料不断应用，极大地促进了行业技术的进步和行业良性发展，但在这个过程中，尤其是近几年，随着市场竞争的加剧，产品价格持续走低，厂家生存压力巨大，各厂家越来越
将主要精力放在市场开拓、成本控制上，而对研发投入很少，加上运营商的集中采购，厂家即使有研发意向，也是跟着集采指挥棒走，在一定程度上影响了厂家更为广泛的研发热情。 光纤的应用领域远不是目前大多数光纤光缆企业理解的那么狭窄，这方面的研究我们与国际先进水平相比有很大差距，但在国内企业中以长飞、烽火为代表的少数企业，越来越重视研发的投入，以期在新的应用领域中掌握核心技术，提升企业的差异化竞争能力，我们相信这个方向将是企业发展的主流，行业发展的趋势。
5.走出国门，开拓国际市场是发展方向
全球2009年总需求约1.6万亿芯公里，中国已占世界光纤光缆总需求的40%多，中国光纤光缆的产能已超过本国的需求，而出口光缆的数量不到600万芯公里，在国际舞台上国内企业涉足的范围、数量都与超万亿芯的产能不相匹配。中国光纤光缆企业要抓住机遇，走出国门，在世界范围开展与Corning、Perisman、Draka等跨国企业的竞争，并跻身国际化大企业行列。
参考文献：
[1]李玲，黄永清.光纤通信基础.国防工业出版社.2003，9：1～6.
[2]毛谦，张继军.光纤技术的现状与反展趋势.中国电信建设