0 前言

自從1966年高錕博士提出了光纖通信新設想以來，光纖通信獲得了飛速發(fā)展：光纖通信業(yè)務從最初的簡單電話語音業(yè)務發(fā)展到復雜的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務；光纖通信技術從數(shù)據(jù)傳輸技術發(fā)展到圖像視頻傳輸技術；光纖通信系統(tǒng)從單波長通信系統(tǒng)發(fā)展到密集波分復用通信系統(tǒng)；光纖通信技術徹底改變了人類的生活方式，創(chuàng)造了一個全新的信息社會和高效融通的國際園地。1989年建成的第一條橫跨太平洋海底光纜通信系統(tǒng)拉開了海底光纜通信系統(tǒng)的建設序幕，促進了全球通信網(wǎng)的建設與飛速發(fā)展，迅速拉近了人類的空間距離，地球也從此變成了宇宙中一個較小的“地球村”。

1 單模光纖種類與發(fā)展進程

光纖是光纖通信的基礎與核心傳輸媒質，光纖技術繼續(xù)與呈指數(shù)趨勢增長的系統(tǒng)容量需求同步發(fā)展。按照ITU-T標準，單模光纖從最初的G.652光纖發(fā)展到今天的G.657光纖，表1展示了單模光纖的種類與標準發(fā)展進程。

表1中的單模光纖，G.653、G.654、G.656 3類光纖在當前通信網(wǎng)絡中基本不使用，G.655單模光纖有少量使用。G.652 D單模光纖是當前光纖通信網(wǎng)絡的主流光纖，而G.657單模光纖的應用需求呈現(xiàn)不斷增長的趨勢，下面就這2種光纖進行重點闡述。

1.1 G.652單模光纖的發(fā)展

1984年，原CCITT發(fā)布了G.652標準的第一版。20多年來，G.652光纖一直是全球光纖市場的主流產(chǎn)品，甚至被稱為標準單模光纖或者常規(guī)單模光纖。即使是這種老牌產(chǎn)品，近幾年來也有了很大發(fā)展，其技術發(fā)展的主要趨勢是拓展工作波長范圍，針對MAN、FTTx開發(fā)適用的新型光纖，如低水峰光纖、單-多模復合光纖、高傳輸功率單模光纖、超低損耗單模光纖等。

1.1.1 低水峰光纖的發(fā)展

1998年，美國朗訊(OFS)公司首先推出了低水峰光纖。繼OFS之后，國內外又有多家公司推出了同類產(chǎn)品。低水峰光纖已經(jīng)成為今后光纖發(fā)展的熱點之一。2000年，該光纖被納入ITU-T G.652標準，即G.652 C；在2003年版本中，增加了G.652 D。

2003年3月，美國康寧在宣布以其低水峰光纖(SMF-28e)取代普通單模光纖(SMF-28)作為其標準光纖產(chǎn)品的同時，也宣布了對SMF-28e若干項產(chǎn)品指標的提升。在IWCS-2004會議上，日本住友報道了所研制的新型抗彎曲低水峰光纖。該光纖的主要技術特點是特別抗彎曲：在1625nm可將允許的長期彎曲半徑減小到7.5mm，僅為標準/常規(guī)產(chǎn)品指標的1/4；當瞬時彎曲半徑減小到5mm時，在1625nm引起的彎曲損耗為0.05dB/圈，僅為常規(guī)產(chǎn)品指標的1/20。在2005年7月，Draka Comteq's公司宣布推出適合接入網(wǎng)、分配網(wǎng)應用的BendBright光纖。該光纖在1310~1625 nm范圍可將允許的彎曲半徑減小到常規(guī)單模光纖的1/2，為15mm，其他特性不變。可使用更緊湊的連接盒、機架、接入端機。該光纖符合ITU-T G.652D標準，與其他常規(guī)單模光纖，包括該公司的ESMF完全相容。在2006年3月6日美國Anaheim舉行的OFC/NFOEC會議上，OFS介紹了該公司的新型光纖：AllWave FLEX Zero Water Peak(ZWP)single-mode fiber。該光纖是第一款具有出色彎曲特性的零水峰G.652D光纖，是為FTTH、企業(yè)網(wǎng)絡以及其他任何可能遭遇小彎曲直徑的應用場合而設計制造的。該光纖在1260~1625 nm的全部可用波長范圍內保持非常低的彎曲損耗，可以彎成20mm的光纖圈，該圈在1625nm引起的附加損耗<0.5dB，在1550nm引起的附加損耗<0.2dB，比CSMF的彎曲特性好5倍。該光纖的微彎特性也比CSMF的好2倍，因此，有助于改善高應力、低溫環(huán)境的光纜性能。

1.1.2 單-多模復合光纖的發(fā)展

澳大利亞比瑞利和意大利比瑞利公司分別在IWCS-2002會議上發(fā)表論文，介紹其研制的單-多模復合光纖以及利用該光纖進行的傳輸試驗。該新型多用光纖的主要優(yōu)點是：在850nm波長，衰減比各種多模光纖都低，模帶寬比傳統(tǒng)多模光纖的高；系統(tǒng)易于向SMF升級。該光纖在850nm的最低模帶寬>1000MHz·km；在850nm的衰減系數(shù)典型值為1.8dB/km。長飛公司在2003年介紹了該公司研制的單-多模復合光纖。通過將匹配包層型單模光纖的SI折射率分布改成GI分布，該新型光纖在850nm的帶寬提高到2056.35MHz·km，在1Gbit/s速率的傳輸距離達到3km；在10Gbit/s速率的傳輸距離達到300m。以上光纖仍符合常規(guī)單模光纖標準。

1.1.3 開發(fā)高傳輸功率單模光纖

康寧公司在2004年OFC會議上推出了一種高傳輸功率單模光纖：NexCor fiber。通過改進光纖設計，該新型光纖的受激布里淵散射(SBS)閾值與其他G.652光纖相比提高了3dB，從而使可容許的注入功率增大了1倍，其他指標符合標準單模光纖特性。在FTTH網(wǎng)絡中利用該新型光纖，可擴大網(wǎng)絡覆蓋的用戶數(shù)目，從而降低了每個用戶分攤的成本。

1.2 G.657單模光纖的發(fā)展

FTTx是推動光纖需求的動力和光纖市場恢復強勁的希望，光纖業(yè)界對FTTx技術的發(fā)展和應用熱情日益高漲。在這種形勢下，ITU-T 第15研究組于2006-10-30—11-10在瑞士日內瓦召開了SG15 2005—2008研究期第4次全會，這次全會除了對多項光纖光纜標準進行了修訂之外，在光纖光纜標準方面最引人注目的成果就是通過了G.657新標準，該新標準為《Characteristics of a Bending Loss Insensitive Single Mode Optical Fibers and Cables for the Access Network》，可見各個國家都對FTTx市場充滿信心，并寄予厚望。

2009年11月，ITU-T正式通過了G.657單模光纖標準。G.657分為G.657 A和G.657 B，G.657 A與G.652后向兼容，適用于O、E、S、C和L波段(1260～1625 nm波長范圍)，其傳輸特性和光學特性的技術要求同G.652 D相似，主要區(qū)別在于稍小的模場直徑與較好的彎曲損耗特性。G.657 B光纖不強調其與G.652光纖的兼容性，而是突出其強烈的抗彎曲性能。

G.657 A又分為A1和A2 2類，其顯著區(qū)別在于A2類光纖具備較好的抗彎性能，其彎曲半徑達到7.5mm，而A1類光纖的彎曲半徑為10mm，兩者在彎曲損耗方面的具體指標如表2所示。

G.657 B又分為B2和B3 2類，其顯著區(qū)別在于B3類光纖具備較好的抗彎性能，其彎曲半徑達到5mm，而B2類光纖的彎曲半徑為7.5mm，兩者在彎曲損耗方面的具體指標如表3所示。 #p#分頁標題#e#

G.657光纖中，A2類光纖由于與G.652 D光纖具有良好的兼容性，并具有較強的抗彎曲性能，因此，當前國內使用的彎曲不敏感光纖中主要是G.657 A2光纖。同時，必須清醒地認識到，由于各個廠家采用了不同的抗彎曲技術，如康寧采用空氣微孔實現(xiàn)良好抗彎性能，PCVD工藝企業(yè)采用深下陷包層技術實現(xiàn)良好抗彎性能，每個光纖生產(chǎn)企業(yè)的波導結構差異較大，不同結構的光纖在使用過程中存在一定的不兼容性，因此，當前光纖通信網(wǎng)絡只是小范圍內小批量地進行G.657光纖的應用，主流還是G.652 D光纖。

2 多模光纖的發(fā)展

隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的高速發(fā)展，信息社會對帶寬的需求與日劇增。為了充分利用骨干網(wǎng)帶寬，人們采用密集波分復用(DWDM)技術，但是接入網(wǎng)的低帶寬連接使得網(wǎng)絡中的瓶頸問題逐漸突出。因此，10Gbit/s以太網(wǎng)技術應運而生，它解決了低帶寬接入、高帶寬傳輸?shù)钠款i問題，兼容現(xiàn)有局域網(wǎng)技術，減少網(wǎng)絡復雜性。同時，850nm波長的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)以及光收發(fā)模塊的開發(fā)和應用，大大降低了網(wǎng)絡的運行成本。采用多模光纖與廉價激光器組成的以太網(wǎng)寬帶網(wǎng)絡，其組網(wǎng)成本比單模光纖組網(wǎng)成本大大降低，因此，10G以太網(wǎng)得到了飛速發(fā)展，最近出現(xiàn)了40Gbit/s的傳輸試驗。同時，F(xiàn)TTH的廣泛應用促進了多模光纖市場的迅速增長，也加速了新型多模光纖的技術進步。

早在2005年1月21日，康寧公司就宣布推出改進型的激光器優(yōu)化的多模光纖(InfiniCor eSX+fiber)，該光纖是一種50/125-LOMMF，主要目標是用于10GbE，在850nm(10Gbit/s)串行傳輸距離超過300m。也可以用于LAN、SAN以及在交換局、數(shù)據(jù)中心的高速平行互連等。2006年2月，eSX+fibre在850nm(10Gbit/s)串行傳輸距離延長到了550m?？祵幃斍坝?種50/125-LOMMF產(chǎn)品，它們在10G以太網(wǎng)的傳輸距離分別是82、150、300、550 m。對于達到300m的10G-LOMMF，其價格是標準MMF的1.5到1.8倍；對于eSX+fibre，其價格再增加1.5到2.5倍。

2007年7月，ITU-T發(fā)布了多模光纖新標準《用于光接入網(wǎng)的50/125μm梯度折射率分布多模光纖光纜特性》(G.651.1)。該標準規(guī)定的光纖是眾所周知的G.651光纖的改進型，打算用于光接入網(wǎng)系統(tǒng)或FTTx，在850nm波長1Gbit/s 以太網(wǎng)系統(tǒng)傳輸鏈路長度達到550m。該標準規(guī)定的光纖保留了G.651的許多特性，但是，制造容差更加嚴格，傳輸特性的要求得到了大幅度提高，同時，也改善了柔韌性，易于FTTx環(huán)境的安裝。表4列出了G.651.1與G.651特性的對照。

從表4可以看出該標準突出了如下2點。

a)更強調了光纖的彎曲損耗特性，明確規(guī)定在彎曲直徑30mm，2圈彎曲情況下的彎曲損耗要小于或等于1dB。

b)不僅提高了傳輸帶寬要求，而且對多模光纖的色散特性作了進一步的具體要求：零色散波長λ0要求為1295～1340 nm；對零色散斜率進行了分段要求，對于1295≤λ0≤1310 nm的多模光纖，其最大零色散斜率S0max≤0.105ps/nm2/km，對于1310≤λ0≤1340 nm的多模光纖，其最大零色散斜率S0max≤375×(1590-λ0)×10-6。

采用多模OM1光纖，在速率為1Gbit/s時，1000BASE-SX的傳輸距離為550m；采用OM3光纖，在速率為10Gbit/s時，其傳輸距離縮短為300m，采用OM4光纖，40G和100GEBASE-SR產(chǎn)品的傳輸距離縮短為150m。因此，隨著多模傳輸速率的提高，OM3光纖的需求越來越大，而OM4光纖也逐漸進入了應用。

高速增長的寬帶需求和寬帶接入技術的發(fā)展共同推進了新型廉價激光模塊的商用化，這將推動低成本、高帶寬、彎曲性能好的新型寬帶多模光纖的應用?？梢灶A見，新型寬帶多模光纖可能是FTTx、高速以太網(wǎng)、本地局域網(wǎng)、樓宇網(wǎng)等寬帶接入網(wǎng)絡的市場主流產(chǎn)品。

3 我國光纖制備工藝技術的發(fā)展歷程

1974年，郵電部批準成立武漢郵電科學研究院光通信研究室。1976年，武漢郵電科學研究院研制出可供系統(tǒng)聯(lián)試用的石英光纖，并成功進行一路黑白電視的傳送試驗。隨后，我國在武漢、上海、天津、北京4個城市建成了光纖通信實驗工程和“七五”期間的一系列國家光纖通信示范工程，當時采用的光纖及預制棒大都是我國自己制造的。

我國加強了光纖的自主創(chuàng)新研究與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，光纖預制棒制造技術與設備研究及產(chǎn)業(yè)化等方面均實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。

1990年，國內自主知識產(chǎn)權的光纖預制棒核心制造設備——等離子體化學氣相沉積(PCVD)國產(chǎn)化設備在武漢郵電科學研究院研制成功，并投入光纖預制棒的生產(chǎn)，實現(xiàn)了民族光纖技術質的突破，首次實現(xiàn)多模光纖芯棒與單模光纖芯棒的制造。

1992年，武漢郵電科學研究院參與組建的長飛光纖光纜有限公司投入光纖的生產(chǎn)，當時其光纖光纜的產(chǎn)銷量分別為5萬km和5000皮長公里的設計能力。

1998年，引進日本VAD技術，成立了杭州富通通信技術股份有限公司，形成了VAD光纖預制棒制造技術。

1999年，江蘇法爾勝光子有限公司，形成了MCVD+OVD二步法的規(guī)模生產(chǎn)光纖預制棒技術。

1999年，成立特恩馳(南京)光纖有限公司，形成了MCVD光纖預制棒制造技術。

2002年，烽火通信科技股份有限公司形成了PCVD+OVD的混合工藝制造光纖預制棒的技術。

2011年，烽火通信光棒合資公司的單模光纖預制棒正式投產(chǎn)，其預制棒裝備屬于第八代VAD，工藝速率為當前國際領先水平。一期產(chǎn)能300t，折合光纖1000萬km，二期產(chǎn)能500t，折合光纖1600萬km。

經(jīng)過30余年的發(fā)展，我國已經(jīng)擁有了國際流行的全部4種芯棒技術(MCVD/PCVD/OVD/VAD)，全部4種外包層技術(RIT/OVD/RIC/等離子噴涂)；并具備了低水峰光纖及預制棒制造技術的大規(guī)模生產(chǎn)能力，形成了如下光纖預制棒的核心技術。

a)光纖芯棒的制造工藝技術：烽火通信具備了單模芯棒、多模芯棒、特種光纖芯棒；長飛開發(fā)了PCVD制備芯棒的工藝技術；富通創(chuàng)新地開發(fā)了全合成外沉積技術；亨通自主開發(fā)了VAD芯棒制備工藝技術；法爾勝開發(fā)了全火焰水解法制棒技術。 #p#分頁標題#e#

b)高速率與大尺寸光纖外包層技術：從傳統(tǒng)的套管法(RIT)發(fā)展到RIC工藝，烽火通信和長飛的預制棒直徑達到150~180 mm，單棒拉絲長度達到2000~3500 km，富通、亨通和法爾勝的單棒拉絲長度也達到2000km以上。

c)光纖預制棒設備技術：由武漢郵電科學研究院自行設計開發(fā)制造MCVD、PCVD設備，發(fā)展到富通研制VAD設備，法爾勝還開發(fā)出了“單床雙棒”OVD沉積設備，每棒拉絲長度達到1000km以上 。

4 光纖前沿技術

4.1 光子晶體光纖技術

光子晶體光纖(PCF)具備許多獨特而新穎的物理特性，如可控的非線性、無盡單模、可調節(jié)的奇異色散、低彎曲損耗、大模場等特性，這些特性是常規(guī)石英單模光纖所很難或無法實現(xiàn)的。因此，光子晶體光纖引起了國外科學界的廣泛關注。隨著光子晶體光纖制造工藝技術的進步，光子晶體光纖的各種指標已經(jīng)取得了突破性進展，各種光子晶體光纖新產(chǎn)品應運而生。它不僅應用到常規(guī)光通信技術領域，而且廣泛地應用到光器件領域，如高功率光纖激光器、光纖放大器、超連續(xù)光譜、色散補償、光開關、光倍頻、濾波器、波長變換器、孤子發(fā)生器、模式轉換器、光纖偏振器、醫(yī)療/生物傳感等領域。

光子晶體光纖具有靈活可裁剪色散特性。現(xiàn)已可以制造出色散平坦且具備大有效面積和無盡單模特性的光子晶體光纖。該光纖可以進行40G高速長途傳輸。超高非線性光子晶體光纖非線性系數(shù)是常規(guī)單模光纖的100倍以上，能夠實現(xiàn)1000nm的超連續(xù)光譜，可以為DWDM系統(tǒng)提供光源，節(jié)省大量激光光源成本；同時利用非線性實現(xiàn)的波長變化器件，其靈活性是其他非線性光纖器件無法比擬的，可以實現(xiàn)超跨度波長變換。采用非線性光子晶體光纖與差頻技術，可以實現(xiàn)微波通信，其保密功能非常強，美國已經(jīng)將該新技術應用于軍事領域。采用光子晶體光纖技術制造的大模場摻稀土光子晶體光纖，具備良好的抗熱損傷能力，同時激光光束質量好，空氣形成的內包層數(shù)值孔徑較大，大大提高了激光二極管與光纖的耦合效率，實現(xiàn)kW級激光輸出，在大功率切割焊接以及激光打標等領域具有廣泛應用。利用光子晶體光纖的超高非線性效應，可以實現(xiàn)光速減慢，國外采用三級減速，已經(jīng)將光通信傳輸系統(tǒng)中光速減慢1個脈沖，國內清華大學采用國產(chǎn)化高非線性光子晶體光纖只一級減速就實現(xiàn)了光速減慢0.5個脈沖，該前沿技術的研究為將來全光通信與存儲奠定了良好的基礎。

光子晶體光纖具有普通光纖所不具備的各種新穎特性，其在光器件領域應用遠遠不止這些，光子晶體光纖靈活而善變的新奇特性給科研工作者提供了更為廣闊的想象與創(chuàng)新的空間，預示著微結構光纖將會在光通信、光器件、光傳感等領域具有廣泛的應用前景。

4.2 多芯光纖技術

在2011年的OFC/NFOEC2011國際會議上，日本報道了一種7芯光纖，并在該光纖上進行了光傳輸試驗(傳輸速率高達109Tbit/s、傳輸距離達16.8km)，并獲得成功。這創(chuàng)造了世界新記錄，刷新了以前最高世界記錄69.1Tbit/s。此次實驗，使用了光纖芯徑間光信號泄漏大幅削減的7芯光纖和光纖連接裝置。在技術上解決了光纖中7芯徑間泄漏的信號互相干涉和光纖芯徑連接時纖芯偏離等技術難題，傳輸試驗取得滿意結果。該試驗研究為未來多芯光纖高容量傳輸提供了新的技術途徑與可能性。

5 結束語

由于全球IP流量的急速增長，10G網(wǎng)絡的鋪設量逐漸減少，到2015年，40G和100G網(wǎng)絡線卡市場銷量將逐漸增大。目前，各大網(wǎng)絡運營商在部署40G光網(wǎng)絡系統(tǒng)時，采用的技術有逐漸從DPSK/DQPSK向DP-QPSK轉移的趨勢。傳輸速率和傳輸編碼控制的變化在一定程度上將會對光纖材料提出新的要求，如100G的高傳輸速率下可能需要更低的PMD的單模光纖。

面對4G移動通信、三網(wǎng)融合、物聯(lián)網(wǎng)與云計算等新一代網(wǎng)絡的高速崛起，光纖將有更大的舞臺與應用前景，未來的新型光纖將會向更加高容量化、功能化與器件化的方向發(fā)展。