光纤技术进展及其发展趋势

　　3 我国光纤制备工艺技术的发展历程

　　1974年，邮电部批准成立武汉邮电科学研究院光通信研究室。1976年，武汉邮电科学研究院研制出可供系统联试用的石英光纤，并成功进行一路黑白电视的传送试验。随后，我国在武汉、上海、天津、北京4个城市建成了光纤通信实验工程和"七五"期间的一系列国家光纤通信示范工程，当时采用的光纤及预制棒大都是我国自己制造的。

　　我国加强了光纤的自主创新研究与产业化发展，光纤预制棒制造技术与设备研究及产业化等方面均实现了跨越式发展。

　　1990年，国内自主知识产权的光纤预制棒核心制造设备——等离子体化学气相沉积(PCVD)国产化设备在武汉邮电科学研究院研制成功，并投入光纤预制棒的生产，实现了民族光纤技术质的突破，首次实现多模光纤芯棒与单模光纤芯棒的制造。

　　1992年，武汉邮电科学研究院参与组建的长飞光纤光缆有限公司投入光纤的生产，当时其光纤光缆的产销量分别为5万km和5000皮长公里的设计能力。

　　1998年，引进日本VAD技术，成立了杭州富通通信技术股份有限公司，形成了VAD光纤预制棒制造技术。

　　1999年，江苏法尔胜光子有限公司，形成了MCVD+OVD二步法的规模生产光纤预制棒技术。

　　1999年，成立特恩驰(南京)光纤有限公司，形成了MCVD光纤预制棒制造技术。

　　2002年，烽火通信科技股份有限公司形成了PCVD+OVD的混合工艺制造光纤预制棒的技术。

　　2011年，烽火通信光棒合资公司的单模光纤预制棒正式投产，其预制棒装备属于第八代VAD，工艺速率为当前国际领先水平。一期产能300t，折合光纤1000万km，二期产能500t，折合光纤1600万km。

　　经过30余年的发展，我国已经拥有了国际流行的全部4种芯棒技术(MCVD/PCVD/OVD/VAD)，全部4种外包层技术(RIT/OVD/RIC/等离子喷涂)；并具备了低水峰光纤及预制棒制造技术的大规模生产能力，形成了如下光纤预制棒的核心技术。

　　a)光纤芯棒的制造工艺技术：烽火通信具备了单模芯棒、多模芯棒、特种光纤芯棒；长飞开发了PCVD制备芯棒的工艺技术；富通创新地开发了全合成外沉积技术；亨通自主开发了VAD芯棒制备工艺技术；法尔胜开发了全火焰水解法制棒技术。

　　b)高速率与大尺寸光纤外包层技术：从传统的套管法(RIT)发展到RIC工艺，烽火通信和长飞的预制棒直径达到150~180 mm，单棒拉丝长度达到2000~3500 km，富通、亨通和法尔胜的单棒拉丝长度也达到2000km以上。

　　c)光纤预制棒设备技术：由武汉邮电科学研究院自行设计开发制造MCVD、PCVD设备，发展到富通研制VAD设备，法尔胜还开发出了"单床双棒"OVD沉积设备，每棒拉丝长度达到1000km以上 。

　　4 光纤前沿技术

　　4.1 光子晶体光纤技术

　　光子晶体光纤(PCF)具备许多独特而新颖的物理特性，如可控的非线性、无尽单模、可调节的奇异色散、低弯曲损耗、大模场等特性，这些特性是常规石英单模光纤所很难或无法实现的。因此，光子晶体光纤引起了国外科学界的广泛关注。随着光子晶体光纤制造工艺技术的进步，光子晶体光纤的各种指标已经取得了突破性进展，各种光子晶体光纤新产品应运而生。它不仅应用到常规光通信技术领域，而且广泛地应用到光器件领域，如高功率光纤激光器、光纤放大器、超连续光谱、色散补偿、光开关、光倍频、滤波器、波长变换器、孤子发生器、模式转换器、光纤偏振器、医疗/生物传感等领域。

　　光子晶体光纤具有灵活可裁剪色散特性。现已可以制造出色散平坦且具备大有效面积和无尽单模特性的光子晶体光纤。该光纤可以进行40G高速长途传输。超高非线性光子晶体光纤非线性系数是常规单模光纤的100倍以上，能够实现1000nm的超连续光谱，可以为DWDM系统提供光源，节省大量激光光源成本；同时利用非线性实现的波长变化器件，其灵活性是其他非线性光纤器件无法比拟的，可以实现超跨度波长变换。采用非线性光子晶体光纤与差频技术，可以实现微波通信，其保密功能非常强，美国已经将该新技术应用于军事领域。采用光子晶体光纤技术制造的大模场掺稀土光子晶体光纤，具备良好的抗热损伤能力，同时激光光束质量好，空气形成的内包层数值孔径较大，大大提高了激光二极管与光纤的耦合效率，实现kW级激光输出，在大功率切割焊接以及激光打标等领域具有广泛应用。利用光子晶体光纤的超高非线性效应，可以实现光速减慢，国外采用三级减速，已经将光通信传输系统中光速减慢1个脉冲，国内清华大学采用国产化高非线性光子晶体光纤只一级减速就实现了光速减慢0.5个脉冲，该前沿技术的研究为将来全光通信与存储奠定了良好的基础。

　　光子晶体光纤具有普通光纤所不具备的各种新颖特性，其在光器件领域应用远远不止这些，光子晶体光纤灵活而善变的新奇特性给科研工作者提供了更为广阔的想象与创新的空间，预示着微结构光纤将会在光通信、光器件、光传感等领域具有广泛的应用前景。

　　4.2 多芯光纤技术

　　在2011年的OFC/NFOEC2011国际会议上，日本报道了一种7芯光纤，并在该光纤上进行了光传输试验(传输速率高达109Tbit/s、传输距离达16.8km)，并获得成功。这创造了世界新记录，刷新了以前最高世界记录69.1Tbit/s。此次实验，使用了光纤芯径间光信号泄漏大幅削减的7芯光纤和光纤连接装置。在技术上解决了光纤中7芯径间泄漏的信号互相干涉和光纤芯径连接时纤芯偏离等技术难题，传输试验取得满意结果。该试验研究为未来多芯光纤高容量传输提供了新的技术途径与可能性。

　　5 结束语

　　由于全球IP流量的急速增长，10G网络的铺设量逐渐减少，到2015年，40G和100G网络线卡市场销量将逐渐增大。目前，各大网络运营商在部署40G光网络系统时，采用的技术有逐渐从DPSK/DQPSK向DP-QPSK转移的趋势。传输速率和传输编码控制的变化在一定程度上将会对光纤材料提出新的要求，如100G的高传输速率下可能需要更低的PMD的单模光纤。

　　面对4G移动通信、三网融合、物联网与云计算等新一代网络的高速崛起，光纤将有更大的舞台与应用前景，未来的新型光纤将会向更加高容量化、功能化与器件化的方向发展。