第一節(jié) 產(chǎn)品定義及發(fā)展歷程
一、定義
一、用于特定波長范圍的光纖:紅外光線、紫外光纖、X光用光纖;
二、用特種材料制作的、并有特種功能的光纖:有發(fā)光性能的熒光光纖、有光放大及產(chǎn)生激光性能的摻雜光纖、有耐輻照性能。耐高溫性能等特殊性能的光纖、以及塑料光纖、空心光纖、增敏和去敏光纖、鍍金屬光纖。
二、發(fā)展歷程
一、世界光纖通信發(fā)展史
伴隨社會的進步與發(fā)展,以及人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)與文化需求,通信向大容量,長距離的方向發(fā)展已經(jīng)是必然的發(fā)展趨勢。由于光波具有極高的頻率(大約3 億兆赫茲),也就是說是具有極高的寬帶從而可以容納巨大的通信信息,所以用光波作為載體來進行通信一直是人們幾百年來追求的目標所在。
1、光纖通信的里程碑
在六十年代中期以前,人們雖然歷經(jīng)苦心 研究 過光圈波導、氣體透鏡波導、空心金屬波導管等,想用它們作為傳送光波的媒體以實現(xiàn)通信,但終因它們或者衰耗過大或者造價昂貴而無法實用化。也就是說歷經(jīng)幾百年人們始終沒有找到傳輸光波的理想傳送媒體。
1966年7月,英藉、華裔學者高錕博士(K.C.Kao)在PIEE雜志上發(fā)表了一篇十分著名的文章《用于光頻的光纖表面波導》,該文從理論上 分析 證明了用光纖作為傳輸媒體以實現(xiàn)光通信的可能性,并設(shè)計了通信用光纖的波導結(jié)(即階躍光纖)。更重要的是科學地予言了制造通信用的超低耗光纖的可能性,即加強原材料提純,加入適當?shù)膿诫s劑,可以把光纖的衰耗系數(shù)降低到20dB/km以下。而當時世界上只能制造用于工業(yè)、醫(yī)學方面的光纖,其衰耗在1000dB/km以上。對于制造衰耗在20dB/km以下的光纖,被認為是可望不可及的。以后的事實發(fā)展雄辯地證明了高錕博士文章的理論性和科學大膽予言的正確性,所以該文被譽為光纖通信的里程碑。
2、導火索
1970年美國康寧玻璃公司根據(jù)高錕文章的設(shè)想,用改進型化學相沉積法(MCVD法)制造出當時世界上第一根超低耗光纖,成為使光纖通信爆炸性競相發(fā)展的導火索。
雖然當時康寧玻璃公司制造出的光纖只有幾米長,衰耗約20dB/km,而且?guī)讉€小時之后便損壞了。但它畢竟證明了用當時的科學技術(shù)與工藝方法制造通信用的超低耗光纖是完全有可能的,也就是說找到了實現(xiàn)低衰耗傳輸光波的理想傳輸媒體,是光通信 研究 的重大實質(zhì)性突破。
3、爆炸性發(fā)展
自1970年以后,世界各發(fā)達國家對光纖通信的 研究 傾注了大量的人力與物力,其來勢之兇,規(guī)模之大、速度之快遠遠超出了人們的意料之外,從而使光纖通信技術(shù)取得了極其驚人的進展。
從光纖的衰耗看:
70年:20dB/km
72年: 4 dB/km
74年:1.1dB/km
76年:0.5dB/km
79年:0.2dB/km
90年:0.14dB/km
它已經(jīng)接近石英光纖的理論衰耗極限值0.1dB/km。
從光器件看:
1970年,美國貝爾實驗室研制出世界上第一只在室溫下連續(xù)波工作的砷化鎵鋁半導體激光器,為光纖通信找到了合適的光源器件。后來逐漸發(fā)展到性能更好、壽命達幾萬小時的異質(zhì)結(jié)條形激光器和現(xiàn)在的分布反饋式單縱模激光器(DFB)以及多量子阱激光器(MQW)。光接收器件也從簡單的硅PIN光二極管發(fā)展到量子效率達90%的Ⅲ-Ⅴ族雪崩光二極管APD。
從光纖通信系統(tǒng)看:
正是光纖制造技術(shù)和光電器件制造技術(shù)的飛速發(fā)展,以及大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)和微處理機技術(shù)的發(fā)展,帶動了光纖通信系統(tǒng)從小容量到大容量、從短距離到長距離、從低水平到高水平、從舊體制(PDH)到新體制(SDH)的迅猛發(fā)展。
1976年,美國在亞特蘭大開通了世界上第一個實用化光纖通信系統(tǒng)。碼率為45Mb/s,中繼距離為10 km。1980年,多模光纖通信系統(tǒng)商用化(140Mb/s),并著手單模光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗工作。
1990年,單模光纖通信系統(tǒng)進入商用化階段(565Mb/s),并著手進行零色散移位光纖和波分復用及相干通信的現(xiàn)場試驗,而且陸續(xù)制定數(shù)字同步體系(SDH)的技術(shù)標準。
1993年,SDH產(chǎn)品開始商用化(622Mb/s 以下)。
1995年,2.5Gb/s 的SDH產(chǎn)品進入商用化階段。
1996年,10Gb/s 的SDH產(chǎn)品進入商用化階段。
1997年,采用波分復用技術(shù)(WDM)的20Gb/s 和40Gb/s 的SDH產(chǎn)品試驗取得重大突破。
此外,在光孤子通信、超長波長通信和相干光通信方面也正在取得巨大進展。
總之,從1970年到現(xiàn)在雖然只有短短不到三十年的時間,但光纖通信技術(shù)卻取得了極其驚人的進展。用帶寬極寬的光波作為傳送信息的載體以實現(xiàn)通信,這一幾百年來人們夢寐以求的幻想在今天已成為活生生的現(xiàn)實。然而就目前的光纖通信而言,其實際應用僅是其潛在能力的2%左右,尚有巨大的潛力等待人們?nèi)ラ_發(fā)利用。因此,光纖通信技術(shù)并未停滯不前,而是向更高水平、更高階段方向發(fā)展。
二、中國光纖通信發(fā)展史
1973年,世界光纖通信尚未實用。郵電部武漢郵電科學 研究 院(當時是武漢郵電學院)就開始 研究 光纖通信。由于武漢郵電科學 研究 院采用了石英光纖、半導體激光器和編碼制式通信機正確的技術(shù)路線,使我國在發(fā)展光纖通信技術(shù)上少走了不少彎路,從而使我國光纖通信在高新技術(shù)中與發(fā)達國家有較小的差距。
我國 研究 開發(fā)光纖通信正處于十年動亂時期,處于封閉狀態(tài)。國外技術(shù)基本無法借鑒,純屬自己摸索,一切都要自己搞,包括光纖、光電子器件和光纖通信系統(tǒng)。就研制光纖來說,原料提純、熔煉車床、拉絲機,還包括光纖的測試儀表和接續(xù)工具也全都要自己開發(fā),困難極大。武漢郵電科學 研究 院,考慮到保證光纖通信最終能為經(jīng)濟建設(shè)所用,開展了全面 研究 ,除研制光纖外,還開展光電子器件和光纖通信系統(tǒng)的研制,使我國至今具有了完整的光纖通信產(chǎn)業(yè)。
1978年改革開放后,光纖通信的研發(fā)工作大大加快。上海、北京、武漢和桂林都研制出光纖通信試驗系統(tǒng)。1982年郵電部重點科研工程“八二工程”在武漢開通。該工程被稱為實用化工程,要求一切是商用產(chǎn)品而不是試驗品,要符合國際CCITT標準,要由設(shè)計院設(shè)計、工人施工,而不是科技人員施工。從此中國的光纖通信進入實用階段。
在20世紀80年代中期,數(shù)字光纖通信的速率已達到144Mb/s,可傳送1980路電話,超過同軸電纜載波。于是,光纖通信作為主流被大量采用,在傳輸干線上全面取代電纜。經(jīng)過國家“六五”、“七五”、“八五”和“九五”計劃,中國已建成“八縱八橫”干線網(wǎng),連通全國各省區(qū)市?,F(xiàn)在,中國已敷設(shè)光纜總長約250萬公里。光纖通信已成為中國通信的主要手段。在國家科技部、計委、經(jīng)委的安排下,1999年中國生產(chǎn)的8×2.5Gb/sWDM系統(tǒng)首次在青島至大連開通,隨之沈陽至大連的32×2.5Gb/sWDM光纖通信系統(tǒng)開通。2005年3.2Tbps超大容量的光纖通信系統(tǒng)在上海至杭州開通,是至今世界容量最大的實用線路。
第二節(jié) 產(chǎn)品特點及應用領(lǐng)域 分析
光纖技術(shù)的進步可以從兩個方面來說明:一是通信系統(tǒng)所用的光纖;二是特種光纖。早期光纖的傳輸窗口只有3個,即850nm(第一窗口)、1310nm(第二窗口)以及1550nm(第三窗口)。近幾年相繼開發(fā)出第四窗口(L波段)、第五窗口(全波光纖)以及S波段窗口。其中特別重要的是無水峰的全波窗口。這些窗口開發(fā)成功的巨大意義就在于從1280nm到1625nm的廣闊的光頻范圍內(nèi),都能實現(xiàn)低損耗、低色散傳輸,使傳輸容量幾百倍、幾千倍甚至上萬倍的增長。這一技術(shù)成果將帶來巨大的經(jīng)濟效益。另一方面是特種光纖的開發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化,這是一個相當活躍的領(lǐng)域。
特種光纖具體有以下幾種:
1、有源光纖這類光纖主要是指摻有稀土離子的光纖。如摻鉺(Er3+)、摻釹(Nb3+)、摻鐠(Pr3+)、摻鐿(Yb3+)、摻銩(Tm3+)等,以此構(gòu)成激光活性物質(zhì)。這是制造光纖光放大器的核心物質(zhì)。不同摻雜的光纖放大器應用于不同的工作波段,如摻餌光纖放大器(EDFA)應用于1550nm附近(C、L波段);摻鐠光纖放大器(PDFA)主要應用于1310nm波段;摻銩光纖放大器(TDFA)主要應用于S波段等。這些摻雜光纖放大器與喇曼(Raman)光纖放大器一起給光纖通信技術(shù)帶來了革命性的變化。它的顯著作用是:直接放大光信號,延長傳輸距離;在光纖通信網(wǎng)和有線電視網(wǎng)(CATV網(wǎng))中作分配損耗補償;此外,在波分復用(WDM)系統(tǒng)中及光孤子通信系統(tǒng)中是不可缺少的關(guān)鍵元器件。正因為有了光纖放大器,才能實現(xiàn)無中繼器的百萬公里的光孤子傳輸。也正是有了光纖放大器,不僅能使WDM傳輸?shù)木嚯x大幅度延長,而且也使得傳輸?shù)男阅茏罴鸦?/span>
2、色散補償光纖(DispersionCompesationFiber,DCF)常規(guī)G.652光纖在1550nm波長附近的色散為17ps/nm?km。當速率超過2.5Gb/s時,隨著傳輸距離的增加,會導致誤碼。若在CATV系統(tǒng)中使用,會使信號失真。其主要原因是正色散值的積累引起色散加劇,從而使傳輸特性變壞。為了克服這一問題,必須采用色散值為負的光纖,即將反色散光纖串接入系統(tǒng)中以抵消正色散值,從而控制整個系統(tǒng)的色散大小。這里的反色散光纖就是所謂的色散補償光纖。在1550nm處,反色散光纖的色散值通常在-50~200ps/nm?km。為了得到如此高的負色散值,必須將其芯徑做得很小,相對折射率差做得很大,而這種作法往往又會導致光纖的衰耗增加(0.5~1dB/km)。色散補償光纖是利用基模波導色散來獲得高的負色散值,通常將其色散與衰減之比稱作質(zhì)量因數(shù),質(zhì)量因數(shù)當然越大越好。為了能在整個波段均勻補償常規(guī)單模光纖的色散,最近又開發(fā)出一種既補償色散又能補償色散斜率的"雙補償"光纖(DDCF)。該光纖的特點是色散斜率之比(RDE)與常規(guī)光纖相同,但符號相反,所以更適合在整個波形內(nèi)的均衡補償。
3、光纖光柵(FiberGrating)光纖光柵是利用光纖材料的光敏性在紫外光的照射(通常稱為紫外光"寫入")下,于光纖芯部產(chǎn)生周期性的折射率變化(即光柵)而制成的。使用的是摻鍺光纖,在相位掩膜板的掩蔽下,用紫外光照射(在載氫氣氛中),使纖芯的折射率產(chǎn)生周期性的變化,然后經(jīng)退火處理后可長期保存。其制作原理如圖2所示。圖2中的相位掩膜板實際上為一塊特殊設(shè)計的光柵,其正負一級衍射光相交形成干涉條紋,這樣就在纖芯逐漸產(chǎn)生成光柵。光柵周期A是模板周期的二分之一。眾所周知,光柵本身是一種選頻器件,利用光纖光柵可以制作成許多重要的光無源器件及光有源器件。例如:色散補償器、增益均衡器、光分插復用器、光濾波器、光波復用器、光模或轉(zhuǎn)換器、光脈沖壓縮器、光纖傳感器以及光纖激光器等。
4、多芯單模光纖(Multi-Coremono-ModeFiber,MCF)多芯光纖是一個共用外包層、內(nèi)含有多根纖芯、而每根纖芯又有自己的內(nèi)包層的單模光纖。這種光纖的明顯優(yōu)勢是成本較低。4芯的這種光纖的生產(chǎn)成本較普通的光纖約低50%。此外,這種光纖可以提高成纜的集成密度,同時也可降低施工成本。以上是光纖技術(shù)在近幾年里所取得的主要成就。至于光纜方面的成就,我們認為主要表現(xiàn)在帶狀光纜的開發(fā)成功及批量化生產(chǎn)方面。這種光纜是光纖接入網(wǎng)及局域網(wǎng)中必備的一種光纜。目前光纜的含纖數(shù)量達千根以上,有力地保證了接入網(wǎng)的建設(shè)。
特種光纖品種繁多、發(fā)展迅速,主要包括色散補償光纖、保偏光纖、耐高溫光纖等。色散補償光纖通過改變光纖的折射率剖面結(jié)構(gòu),來影響光纖的波導色散系數(shù),使得光纖的總色散系數(shù)在C波段或L波段的變化趨勢和數(shù)值與傳輸光纖剛好相反。可用作通信鏈路的色散補償器件。
保偏光纖結(jié)構(gòu)為在靠近光纖芯處有兩個對稱應力區(qū),光纖材料石英玻璃,應力區(qū)的材料為高濃度摻硼石英玻璃。由于應力區(qū)與光纖包層的熱壓縮不同,因而在光纖中應力區(qū)方向引人很強的內(nèi)應力。應用于光纖陀螺儀、光纖水聽器、光纖傳感器。
耐高溫光纖在石英光纖的制造過程中,在光纖的外表面上涂覆上能夠承受較高溫度的的涂層。應用于石油化工、航空航天、醫(yī)療器械、傳感器件。
第三節(jié)產(chǎn)業(yè)鏈概述
一、在產(chǎn)業(yè)鏈中的位置
一種工業(yè)化產(chǎn)品要從圖紙上的模型變?yōu)槿藗兪种惺褂玫膶嶋H器具,中間要經(jīng)過多個環(huán)節(jié):包括產(chǎn)品的研發(fā),核心元件的生產(chǎn),產(chǎn)品的加工組裝,產(chǎn)品的銷售,以及售后服務等。這些環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣,形成了一根完整的鏈條,它就被稱為“產(chǎn)業(yè)鏈”。
在同一條產(chǎn)業(yè)鏈上,既有技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計這樣的前端環(huán)節(jié),也有原材料供應、生產(chǎn)制造這樣的中間環(huán)節(jié),還有品牌推廣與市場銷售這樣的末端環(huán)節(jié)。雖然每個環(huán)節(jié)都是產(chǎn)業(yè)鏈條上必不可少的組成,但各環(huán)在整個產(chǎn)業(yè)鏈上的地位作用是不同的。前端的研發(fā)和后端的銷售會對整條鏈起到?jīng)Q定性的控制作用,而中間的制造環(huán)節(jié)則處于被動的受控制地位。
目前我國特種光纖處于產(chǎn)業(yè)鏈中端位置,受上游原材料制約較大。
二、相關(guān) 行業(yè) 簡述
1、 行業(yè) 狀況
隨著通信產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,通信器材 行業(yè) 已到了旺盛時期。
(1)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)已經(jīng)建立
各種類型的通信器材國內(nèi)基本上都已經(jīng)能夠生產(chǎn),各個可能的應用領(lǐng)域幾乎都已經(jīng)進入。由于引進技術(shù)、裝備和自主創(chuàng)新,骨干企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和規(guī)模達到國際先進水平。標準、規(guī)范體系已初步建立。廣大用戶對于通信產(chǎn)業(yè)已熟知。政府制定了一系列鼓勵發(fā)展通信的 產(chǎn)業(yè)政策 ,各地各領(lǐng)域積極推廣使用。通信器材成為全國投資的熱點,經(jīng)營成功的通信器材的企業(yè)在擴大,增加品種,又有新企業(yè)進入。國際上有實力的通信器材生產(chǎn)、銷售企業(yè)逐步進入中國,帶來先進技術(shù)和管理經(jīng)驗。競爭、產(chǎn)業(yè)升級,對于通信器材的發(fā)展帶來明顯的推動作用。
(2)市場需求旺盛
隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長、信息化帶動工業(yè)化戰(zhàn)略的實施以及通信業(yè)一系列穩(wěn)健務實的發(fā)展政策相繼出臺,我國通信業(yè)在全球通信業(yè)蕭條的大環(huán)境中保持增長勢頭,發(fā)展平穩(wěn),帶動了通信器材市場需求的大幅上升。
2、發(fā)展趨勢
隨著移動與寬帶的發(fā)展,移動商務逐步普及。全球移動用戶超過40億,中國移動用戶6.9億,巨大的客戶群給移動商務的普及奠定基礎(chǔ)。固網(wǎng)寬帶的飛速發(fā)展,推動了電子商務的飛速發(fā)展,為移動商務發(fā)展提供了一個很好的基礎(chǔ)。中國固網(wǎng)寬帶有7500萬,占據(jù)固網(wǎng)用戶的25%,如果移動有25%的寬帶,那么將是千億元的市場規(guī)模。手機和電腦逐步融合,使得智能手機迅速普及,成為基本工作設(shè)備,工作方式自然延伸到移動商務。
移動商務應用面臨挑戰(zhàn)包括五個方面,終端、商業(yè)模式,網(wǎng)絡、安全、單位信息成本。商業(yè)模式是一個很大的問題,需要運營商、集成商、應用內(nèi)容提供商分工合作,運營商以及第三方收費的模式也需要大家 研究 。移動商務產(chǎn)業(yè)鏈的培育需要大家共同努力。當前移動商務還沒有普及,需要從整個產(chǎn)業(yè)鏈的角度,促進整個產(chǎn)業(yè)的形成,制造商提供合適的解決方案,移動運營商提供網(wǎng)絡平臺,政府提供合理的監(jiān)管手段和扶持政策,發(fā)動大量的企業(yè)共同推進。
手機電視業(yè)務的優(yōu)秀運營商和制造商市場占有率顯著提升。手機電視以帶外廣播為主,在3G和4G中里面都涉及,可以開展廣播業(yè)務,開展電視業(yè)務,但是由于移動運營商的帶寬很昂貴,如果做這個業(yè)務,成本比較高。廣播與移動運營商的合作是取得手機電視發(fā)展的基礎(chǔ)。廣播與移動的結(jié)合點是手機,手機電視會成為移動寬帶的核心業(yè)務。
3、 行業(yè) 風險及影響
近年來,由于油價不斷上漲而導致通信器材的原料價格持續(xù)上升,使通信器材生產(chǎn)企業(yè)面臨巨大的生存壓力,假冒偽劣產(chǎn)品的干擾使通信器材企業(yè)的生存環(huán)境進一步惡化。我國通信器材生產(chǎn)與應用與先進國家相比差距不小,生產(chǎn)企業(yè)都擠在低端市場,一些附加值高、技術(shù)難度大的通信器材市場則鮮有企業(yè)涉及。通信器材
行業(yè)
之所以會遭遇重創(chuàng),這是因為巨大的市場容量和較低的準入門檻,使得通信器材在過去的幾年中,一直是各方“下注”的熱點項目。由于當時投資盲目,導致低端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩。為爭奪市場,一些小企業(yè)以低劣產(chǎn)品進行低價傾銷,使價格戰(zhàn)愈演愈烈。人員流動比較頻繁,作為技術(shù)和勞動力密集型企業(yè),過頻繁的人員流動不利于企業(yè)發(fā)展。
免責申明:本文僅為中經(jīng)縱橫
市場
研究
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