0 前言

自從(cong) 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展：光纖通信業(ye) 務從(cong) 最初的簡單電話語音業(ye) 務發展到複雜的數據傳(chuan) 輸業(ye) 務；光纖通信技術從(cong) 數據傳(chuan) 輸技術發展到圖像視頻傳(chuan) 輸技術；光纖通信係統從(cong) 單波長通信係統發展到密集波分複用通信係統；光纖通信技術徹底改變了人類的生活方式，創造了一個(ge) 全新的信息社會(hui) 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係統拉開了海底光纜通信係統的建設序幕，促進了全球通信網的建設與(yu) 飛速發展，迅速拉近了人類的空間距離，地球也從(cong) 此變成了宇宙中一個(ge) 較小的“地球村”。

1 單模光纖種類與(yu) 發展進程

光纖是光纖通信的基礎與(yu) 核心傳(chuan) 輸媒質，光纖技術繼續與(yu) 呈指數趨勢增長的係統容量需求同步發展。按照ITU-T標準，單模光纖從(cong) 最初的G.652光纖發展到今天的G.657光纖，表1展示了單模光纖的種類與(yu) 標準發展進程。

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絡的主流光纖，而G.657單模光纖的應用需求呈現不斷增長的趨勢，下麵就這2種光纖進行重點闡述。

1.1 G.652單模光纖的發展

1984年，原CCITT發布了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(chan) 品，甚至被稱為(wei) 標準單模光纖或者常規單模光纖。即使是這種老牌產(chan) 品，近幾年來也有了很大發展，其技術發展的主要趨勢是拓展工作波長範圍，針對MAN、FTTx開發適用的新型光纖，如低水峰光纖、單-多模複合光纖、高傳(chuan) 輸功率單模光纖、超低損耗單模光纖等。

1.1.1 低水峰光纖的發展

1998年，美國朗訊(OFS)公司首先推出了低水峰光纖。繼OFS之後，國內(nei) 外又有多家公司推出了同類產(chan) 品。低水峰光纖已經成為(wei) 今後光纖發展的熱點之一。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(wei) 其標準光纖產(chan) 品的同時，也宣布了對SMF-28e若幹項產(chan) 品指標的提升。在IWCS-2004會(hui) 議上，日本住友報道了所研製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(jin) 為(wei) 標準/常規產(chan) 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(wei) 0.05dB/圈，僅(jin) 為(wei) 常規產(chan) 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、分配網應用的BendBright光纖。該光纖在1310~1625 nm範圍可將允許的彎曲半徑減小到常規單模光纖的1/2，為(wei) 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(yu) 其他常規單模光纖，包括該公司的ESMF完全相容。在2006年3月6日美國Anaheim舉(ju) 行的OFC/NFOEC會(hui) 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(wei) FTTH、企業(ye) 網絡以及其他任何可能遭遇小彎曲直徑的應用場合而設計製造的。該光纖在1260~1625 nm的全部可用波長範圍內(nei) 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，有助於(yu) 改善高應力、低溫環境的光纜性能。

1.1.2 單-多模複合光纖的發展

澳大利亞(ya) 比瑞利和意大利比瑞利公司分別在IWCS-2002會(hui) 議上發表論文，介紹其研製的單-多模複合光纖以及利用該光纖進行的傳(chuan) 輸試驗。該新型多用光纖的主要優(you) 點是：在850nm波長，衰減比各種多模光纖都低，模帶寬比傳(chuan) 統多模光纖的高；係統易於(yu) 向SMF升級。該光纖在850nm的最低模帶寬>1000MHz·km；在850nm的衰減係數典型值為(wei) 1.8dB/km。長飛公司在2003年介紹了該公司研製的單-多模複合光纖。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(chuan) 輸距離達到3km；在10Gbit/s速率的傳(chuan) 輸距離達到300m。以上光纖仍符合常規單模光纖標準。

1.1.3 開發高傳(chuan) 輸功率單模光纖

康寧公司在2004年OFC會(hui) 議上推出了一種高傳(chuan) 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裏淵散射(SBS)閾值與(yu) 其他G.652光纖相比提高了3dB，從(cong) 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網絡中利用該新型光纖，可擴大網絡覆蓋的用戶數目，從(cong) 而降低了每個(ge) 用戶分攤的成本。

1.2 G.657單模光纖的發展

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

2009年11月，ITU-T正式通過了G.657單模光纖標準。G.657分為(wei) G.657 A和G.657 B，G.657 A與(yu) G.652後向兼容，適用於(yu) O、E、S、C和L波段(1260～1625 nm波長範圍)，其傳(chuan) 輸特性和光學特性的技術要求同G.652 D相似，主要區別在於(yu) 稍小的模場直徑與(yu) 較好的彎曲損耗特性。G.657 B光纖不強調其與(yu) 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(wei) A1和A2 2類，其顯著區別在於(yu) 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(wei) 10mm，兩(liang) 者在彎曲損耗方麵的具體(ti) 指標如表2所示。

G.657 B又分為(wei) B2和B3 2類，其顯著區別在於(yu) 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(wei) 7.5mm，兩(liang) 者在彎曲損耗方麵的具體(ti) 指標如表3所示。 #p#分頁標題#e#

G.657光纖中，A2類光纖由於(yu) 與(yu) G.652 D光纖具有良好的兼容性，並具有較強的抗彎曲性能，因此，當前國內(nei) 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，由於(yu) 各個(ge) 廠家采用了不同的抗彎曲技術，如康寧采用空氣微孔實現良好抗彎性能，PCVD工藝企業(ye) 采用深下陷包層技術實現良好抗彎性能，每個(ge) 光纖生產(chan) 企業(ye) 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，當前光纖通信網絡隻是小範圍內(nei) 小批量地進行G.657光纖的應用，主流還是G.652 D光纖。

2 多模光纖的發展

隨著互聯網業(ye) 務的高速發展，信息社會(hui) 對帶寬的需求與(yu) 日劇增。為(wei) 了充分利用骨幹網帶寬，人們(men) 采用密集波分複用(DWDM)技術，但是接入網的低帶寬連接使得網絡中的瓶頸問題逐漸突出。因此，10Gbit/s以太網技術應運而生，它解決(jue) 了低帶寬接入、高帶寬傳(chuan) 輸的瓶頸問題，兼容現有局域網技術，減少網絡複雜性。同時，850nm波長的垂直腔麵發射激光器(VCSEL)以及光收發模塊的開發和應用，大大降低了網絡的運行成本。采用多模光纖與(yu) 廉價(jia) 激光器組成的以太網寬帶網絡，其組網成本比單模光纖組網成本大大降低，因此，10G以太網得到了飛速發展，最近出現了40Gbit/s的傳(chuan) 輸試驗。同時，FTTH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(you) 化的多模光纖(InfiniCor eSX+fiber)，該光纖是一種50/125-LOMMF，主要目標是用於(yu) 10GbE，在850nm(10Gbit/s)串行傳(chuan) 輸距離超過300m。也可以用於(yu) LAN、SAN以及在交換局、數據中心的高速平行互連等。2006年2月，eSX+fibre在850nm(10Gbit/s)串行傳(chuan) 輸距離延長到了550m。康寧當前有4種50/125-LOMMF產(chan) 品，它們(men) 在10G以太網的傳(chuan) 輸距離分別是82、150、300、550 m。對於(yu) 達到300m的10G-LOMMF，其價(jia) 格是標準MMF的1.5到1.8倍；對於(yu) eSX+fibre，其價(jia) 格再增加1.5到2.5倍。

2007年7月，ITU-T發布了多模光纖新標準《用於(yu) 光接入網的50/125μm梯度折射率分布多模光纖光纜特性》(G.651.1)。該標準規定的光纖是眾(zhong) 所周知的G.651光纖的改進型，打算用於(yu) 光接入網係統或FTTx，在850nm波長1Gbit/s 以太網係統傳(chuan) 輸鏈路長度達到550m。該標準規定的光纖保留了G.651的許多特性，但是，製造容差更加嚴(yan) 格，傳(chuan) 輸特性的要求得到了大幅度提高，同時，也改善了柔韌性，易於(yu) FTTx環境的安裝。表4列出了G.651.1與(yu) G.651特性的對照。

從(cong) 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，明確規定在彎曲直徑30mm，2圈彎曲情況下的彎曲損耗要小於(yu) 或等於(yu) 1dB。

b)不僅(jin) 提高了傳(chuan) 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(ti) 要求：零色散波長λ0要求為(wei) 1295～1340 nm；對零色散斜率進行了分段要求，對於(yu) 1295≤λ0≤1310 nm的多模光纖，其最大零色散斜率S0max≤0.105ps/nm2/km，對於(yu) 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(wei) 1Gbit/s時，1000BASE-SX的傳(chuan) 輸距離為(wei) 550m；采用OM3光纖，在速率為(wei) 10Gbit/s時，其傳(chuan) 輸距離縮短為(wei) 300m，采用OM4光纖，40G和100GEBASE-SR產(chan) 品的傳(chuan) 輸距離縮短為(wei) 150m。因此，隨著多模傳(chuan) 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展共同推進了新型廉價(jia) 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。可以預見，新型寬帶多模光纖可能是FTTx、高速以太網、本地局域網、樓宇網等寬帶接入網絡的市場主流產(chan) 品。

3 我國光纖製備工藝技術的發展曆程

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製出可供係統聯試用的石英光纖，並成功進行一路黑白電視的傳(chuan) 送試驗。隨後，我國在武漢、上海、天津、北京4個(ge) 城市建成了光纖通信實驗工程和“七五”期間的一係列國家光纖通信示範工程，當時采用的光纖及預製棒大都是我國自己製造的。

我國加強了光纖的自主創新研究與(yu) 產(chan) 業(ye) 化發展，光纖預製棒製造技術與(yu) 設備研究及產(chan) 業(ye) 化等方麵均實現了跨越式發展。

1990年，國內(nei) 自主知識產(chan) 權的光纖預製棒核心製造設備——等離子體(ti) 化學氣相沉積(PCVD)國產(chan) 化設備在武漢郵電科學研究院研製成功，並投入光纖預製棒的生產(chan) ，實現了民族光纖技術質的突破，首次實現多模光纖芯棒與(yu) 單模光纖芯棒的製造。

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

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光纖預製棒製造技術。

1999年，江蘇法爾勝光子有限公司，形成了MCVD+OVD二步法的規模生產(chan) 光纖預製棒技術。

1999年，成立特恩馳(南京)光纖有限公司，形成了MCVD光纖預製棒製造技術。

2002年，烽火通信科技股份有限公司形成了PCVD+OVD的混合工藝製造光纖預製棒的技術。

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

經過30餘(yu) 年的發展，我國已經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/等離子噴塗)；並具備了低水峰光纖及預製棒製造技術的大規模生產(chan) 能力，形成了如下光纖預製棒的核心技術。

a)光纖芯棒的製造工藝技術：烽火通信具備了單模芯棒、多模芯棒、特種光纖芯棒；長飛開發了PCVD製備芯棒的工藝技術；富通創新地開發了全合成外沉積技術；亨通自主開發了VAD芯棒製備工藝技術；法爾勝開發了全火焰水解法製棒技術。 #p#分頁標題#e#

b)高速率與(yu) 大尺寸光纖外包層技術：從(cong) 傳(chuan) 統的套管法(RIT)發展到RIC工藝，烽火通信和長飛的預製棒直徑達到150~180 mm，單棒拉絲(si) 長度達到2000~3500 km，富通、亨通和法爾勝的單棒拉絲(si) 長度也達到2000km以上。

c)光纖預製棒設備技術：由武漢郵電科學研究院自行設計開發製造MCVD、PCVD設備，發展到富通研製VAD設備，法爾勝還開發出了“單床雙棒”OVD沉積設備，每棒拉絲(si) 長度達到1000km以上 。

4 光纖前沿技術

4.1 光子晶體(ti) 光纖技術

光子晶體(ti) 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、可調節的奇異色散、低彎曲損耗、大模場等特性，這些特性是常規石英單模光纖所很難或無法實現的。因此，光子晶體(ti) 光纖引起了國外科學界的廣泛關(guan) 注。隨著光子晶體(ti) 光纖製造工藝技術的進步，光子晶體(ti) 光纖的各種指標已經取得了突破性進展，各種光子晶體(ti) 光纖新產(chan) 品應運而生。它不僅(jin) 應用到常規光通信技術領域，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、超連續光譜、色散補償(chang) 、光開關(guan) 、光倍頻、濾波器、波長變換器、孤子發生器、模式轉換器、光纖偏振器、醫療/生物傳(chuan) 感等領域。

光子晶體(ti) 光纖具有靈活可裁剪色散特性。現已可以製造出色散平坦且具備大有效麵積和無盡單模特性的光子晶體(ti) 光纖。該光纖可以進行40G高速長途傳(chuan) 輸。超高非線性光子晶體(ti) 光纖非線性係數是常規單模光纖的100倍以上，能夠實現1000nm的超連續光譜，可以為(wei) DWDM係統提供光源，節省大量激光光源成本；同時利用非線性實現的波長變化器件，其靈活性是其他非線性光纖器件無法比擬的，可以實現超跨度波長變換。采用非線性光子晶體(ti) 光纖與(yu) 差頻技術，可以實現微波通信，其保密功能非常強，美國已經將該新技術應用於(yu) 軍(jun) 事領域。采用光子晶體(ti) 光纖技術製造的大模場摻稀土光子晶體(ti) 光纖，具備良好的抗熱損傷(shang) 能力，同時激光光束質量好，空氣形成的內(nei) 包層數值孔徑較大，大大提高了激光二極管與(yu) 光纖的耦合效率，實現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(ti) 光纖的超高非線性效應，可以實現光速減慢，國外采用三級減速，已經將光通信傳(chuan) 輸係統中光速減慢1個(ge) 脈衝(chong) ，國內(nei) 清華大學采用國產(chan) 化高非線性光子晶體(ti) 光纖隻一級減速就實現了光速減慢0.5個(ge) 脈衝(chong) ，該前沿技術的研究為(wei) 將來全光通信與(yu) 存儲(chu) 奠定了良好的基礎。

光子晶體(ti) 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(ti) 光纖靈活而善變的新奇特性給科研工作者提供了更為(wei) 廣闊的想象與(yu) 創新的空間，預示著微結構光纖將會(hui) 在光通信、光器件、光傳(chuan) 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(hui) 議上，日本報道了一種7芯光纖，並在該光纖上進行了光傳(chuan) 輸試驗(傳(chuan) 輸速率高達109Tbit/s、傳(chuan) 輸距離達16.8km)，並獲得成功。這創造了世界新記錄，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(jue) 了光纖中7芯徑間泄漏的信號互相幹涉和光纖芯徑連接時纖芯偏離等技術難題，傳(chuan) 輸試驗取得滿意結果。該試驗研究為(wei) 未來多芯光纖高容量傳(chuan) 輸提供了新的技術途徑與(yu) 可能性。

5 結束語

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

麵對4G移動通信、三網融合、物聯網與(yu) 雲(yun) 計算等新一代網絡的高速崛起，光纖將有更大的舞台與(yu) 應用前景，未來的新型光纖將會(hui) 向更加高容量化、功能化與(yu) 器件化的方向發展。