塑料光纤的发展及应用

由中国电子信息产业发展研究院和通信产业报、通信产业网主办的2011中国通信技术年会(第五届)在北京开幕，在经历了3G发展的瓶颈期，三网融合的试点启动，物联网的心火闪耀，移动互联网的爆发增长，中国通信产业正在进入一个更活跃的发展期，这个时候我们去盘点2010年的技术发展，去展望2011年的技术趋势，分析什么技术最基商业前景，什么技术决定我们的运营未来，毫无疑问是具有重要的意义。通信产业网作为此次大会官方媒体，将对大会进行全程报道。以下是北京邮电大学电子工程学院执行院长刘元安演讲。

北京邮电大学电子工程学院执行院长刘元安

以下是演讲全文：

刘元安：塑料光纤跟我个人来讲应该说还是有些缘分，跟上午早田先生报告有相当关系，我把过程稍微讲一下。在2000年前后有做过一段时间跟PON有关的技术。在PON方面应该说发展在当时是不太近人意，不像今天发展这么好，做了一段时间之后放弃了。后来通过朋友的介绍然后就认识了早田先生他们，他们就介绍说这样一种很好的塑料光纤，在这之前我自己在邮电大学做过科技处处长，我们学校有几个老师都在做塑料光纤，做了测试，应该说做了不错的工作。这个角度来讲这个报告不光代表我自己，还跟其他的老师一起把这个情况说一下。

自从我们把这个事情从工作上来讲做了很好的应用，这里面有一些标准，事实上我们在最近跟通信标准化协会提到有关标准的建议，同时当时围绕这个联合实验室成立，我们也请了部里负责标准、技术前瞻性一些工作的有关方面的领导亲临我们当时现场，当时给我们的感觉国家在这个层面上应该还是很重视的。至少曾经做过相当规模的规划，只是在过去发展里面可能受到一些应用方面一些瓶颈，所以说步子慢下来了。从今天角度来看，塑料光纤的技术应该到了很好的应用阶段了，尤其是国内特别强调三网融合的时代，大家知道三网融合大家做的基本目标是要高速到家庭。通过家庭嫩不能到桌面，我想取决于应用还有应用成本，塑料光纤在室内应用特别是刚才前面胡总提到整个大楼建设的程序里面，我们用玻璃光纤建大楼的话还是有一定难度的，除非做另外全面的建筑的规划。在目前现状下用塑料光纤应该还是非常好的选择，无论从它的性能还是他本身嫂传送能够上讲，都已经具备相关条件，下面我就把我报告做一个简要的介绍，有相当部分内容我感觉跟前面很多专家汇报有重叠地方，我会相对比较简要一点。我尽量把我的想法说出来。

报告的内容分成这么四个方面，一个把光纤技术，玻璃光纤做一个简要成熟。第二是塑料光纤的发展历程，第三是光纤面临瓶颈问题以及塑料光纤未来一些领域介绍。大概分成四个方面，首先是介绍第一方面大家知道光纤通讯领域有很多技术，色散位移光纤，涉及比较多的通信技术，远距离单模传输技术和像色散位移653技术等等。各种各样光纤技术在这里面过去40年时间里取得很大的一个进展。同时为了使用方便，在高强度耐弯单模光纤里面做了很多重要的工作，在这里面如何去实现骨干网络建设高速区域网络这块，这个工作是为高强度耐弯单模光纤找到很好应用的地方。同时也相互促进了它的发展。

还有低水峰光纤，G.652D光纤，优势是可复用的波长增加了，可以有效提升传输能量。同时大有效面积光纤非线性色散影响难以用简单的线性补偿方法消除。光的有效面积是比较重要的因素，需要发展大有效面积光纤，通过这样来提高速率，要把他非线性问题进行有效补偿和处理。还有宽带光纤用的非零色散光纤，就是传统上的G.656光纤，宽带非零色散平坦光纤特点就是在工作波长范围内，色散应大于所要求的非零值，有效面积合适，色散斜率基本为零。总结起来，光通信领域中光纤发展，光子晶体光纤，塑料光纤、空芯光纤。这是需要重视的方面，我们在这个地方可能更多还是侧重于塑料光纤这样一种技术。

下面我讲塑料光纤的发展，这是关于塑料光纤技术发展一个历程，实际上技术是逐渐成熟的，我不再一一念叨了，应该从美国杜邦68年的时候开始，一直到74、76、80年，各个阶段日本的公司包括像三菱等等公司在各个阶段里面起到非常重要的作用。应该说这个里面也是塑料光纤的优势。86年开始日本富士通公司，特别提到就是小池康博教授他在这里面起到很重要一个作用，到95年的时候把NEC公司也在这里面做这个工作。日本这个大学和公司在这里面关键技术发展里面做了相当多的工作。到97年以后就开始在通过ATM论坛，那个时候是一个ATM是一个非常热门的技术，从电信传输来讲要取消掉当时一些新技术，包括交换技术都要变成ATM，那是非常热门方向。在97年的时候ATM通过155兆的速率，因为他也是ATM其中一个速率，到后来98、99年到2000年，AGC报道了氟化物塑料光纤的衰减系数，在1300纳米，传输速率达到2.5G这样一种水平。到02年开始做IEEE1394B标准建立，车用IDB1394标准起草。09年发布新的柔性光纤，这是我真正接触的时间，当提出这个技术出来的时候事实上它是有别于前面的就是塑料光纤。他希望用一个新的名字，也包括我们自己参与了考虑这个名词取了叫Fontex的名字。100米距离上传输速率可达10G的个水平上。比较重要是塑料光纤在美国发展和应用也是受到重视的，前面讲的比较多是日本。

我们国家前面讲的比较多，不再具体展开，下面我讲讲瓶颈，取代现有金属或者是取代现有的铜，大家都是比较看中一个方面。他跟石英光纤相比如果长距离传输没有优势，刚才前面几位专家和上午早田先生也关于这些比较以及他的特点，以及应用方式都做了介绍。实际突出新的优势就是距离问题，现在大家提到最多就是100米比较多一点，但是距离能够更长一点应用范围就会扩大很多。尤其是这个事情我曾经接触过中国电信、中国联通，他们可能关心还是希望距离过程能够达到更长这样一种需求，如果更长他可能应用更好一些。长距离、高速率、低功耗这些问题可能会引导光纤技术的发展，当然塑料光纤也是其中一个重要的技术。这样在金属介质石英光纤技术革新竞争压力下，五类线、六类线的传输过程中也取得很大的突破。我们有一段时间让自己实验室试图做非常高速的双脚线传输从理论角度做研究，我们也做了这方面工作，实际应用面临很多困难。理论上可以建立起这个模型，甚至建立起一个很好的设计的参数做起来，实际加工之后还是不行。在这里面金属介质石英光纤技术以及五类线、六类线的技术相比之下都带来一些困难。相比之下ITU-TG.657参数比较不再一一说明，包括弯曲半径这里面123，等级跟他通信能力有关系。

在应用场景、应用方式研究与探索里面塑料光纤确实是需要让大家接受还是有一个相当大的难度，实际上我们也给不少单位有所接触。一个是综合考虑性能和成本，实际上现在塑料光纤成本还是比较高，我一直看法是假如用的不是太大，这个成本也不是太大的压力。综合考虑性能与成本这块，塑料光纤其实需要有所突破的。同时取得现有介质和新的领域当中很多时候涉及到转换的问题，转换成技术上是可行的，但是带来转换成本的上升这也是必然的。如何让大家接受这样塑料光纤能够应用直接不用转了，就是这样一个光纤，不管叫模块还是叫端机也好，这样完全可以达到这样的应用，这块可以解决这个问题。

第三就是企业技术规模传输和技术水平，产业化是一个很好的支撑。如果低成本上能做到这个，我觉得这是一件非常好的事情。目前在国内我们知道POF厂家比较少，也跟这个市场规[FS:Page]模有关系，所以具备大规模量产能力的大圣我们有老师去过，我们比较了解，这是具备的。我了解跟国外有较大差距是在传输带宽上，其他传输距离上应该都差不了多少。系统和设备的研究开发，随着应用范围和领域增加，必然面临对系统设备严峻的需求，这块里面可能需要做各种各样合作，包括厂家之间合作，厂家和高校之间合作，甚至高校与高校之间合作，涉及到交换机、网卡等等问题。包括还有其他的问题，包括施工布线、企业协作和产业链问题。还有标准问题，我们提了一个研究报告，希望要去建立这个标准，在家庭室内应用标准工作，大家如果有兴趣也欢迎大家一起做研究。其实我们更多是提一个研究报告，还没有到标准的时候。首先要从技术上论证这种技术确确实实能够试用而且是通过测试之后可以建立标准研究。做了标准理想就要做起来，技术报告不存在这样一个问题，技术报告研究完之后有可能产生两个结果，要么就是停止掉，技术不成熟。还有一种就是技术成熟的，马上进入标准建立阶段，同时会有标准测试方法，同时两边会同时做，这样会奠定一个很好的基础。

国外也有相关标准，国内也有相关标准，这些标准可能有赖于大家在研究基础之上做进一步的完善、修订，总之这些标准是要可能会有修订的必要。这个里面我自己熟悉是电信领域，所以说从概念上讲我们也研究过这几个运营商他们在三网融合接入技术里面他们会选择什么样的技术，目前为止来看室外部分大部分还是选择单模光纤，我们希望跟他们合作在室内这块能不能提出多模光纤出来，如果可以使用多模光纤很显然塑料光纤就会带来一个很好的机会。我想去推动一下这个事情，这个有助于塑料光纤特别是各种速率，高速、中速、低速塑料光纤的应用，这个产业需要用户来拉动这个产业，而且现在技术已经到了这个程度了，机会也有。

这里面推动标准化工作里面除了技术标准也有应用标准，这个可能在通信标准化协会里面这个是特别形式，他有很多东西可能是技术标准会关注更多一些。很多标准是各个应用行业部门做的，这在应用行业标准里面需要有所加强，同时塑料光纤在终端行业应用会有新的应用，这些应用都是需要标准的。因为没有标准的话大家都会质疑这个事情行不行，行的话就是好事情，不行的话领导问责不太好。未来需要不断开发新的产品。

下面这个应用我觉得前面已经很多报告里覆盖了，我大概讲一讲，第一是塑料光纤应用研究里面包括设备内部高速数据线，这是一个重要的地方。高速数据线实际上可用的地方比较多，包括电视、计算机都会有一些应用，他有特点，他这个特点第一速率很高，没有辐射，不受别人干扰，这是他特别大一个优势。还有他的柔韧性很好，他能解决很多原来用铜线或者是铝线解决不了的问题。高清电视特别是3G技术的发展，这会是一个应用的机会。还有一个车载和飞机内部数据线，刚才一普报告里面也提到这个问题。实际上在车里面有很好的应用，他的抗干扰问题要解决，还有其他的化学环境要解决，但对电池这块是特别有效的技术。同时我们也想会不会有外部问题，这块的问题里面特别是现在说是家庭网络这块里面，已经提到塑料光纤和玻璃光纤相比很好的优势就是他的安全性，这个我觉得在室内应用里面会带来一个注意，至少室内高清电视用起来以后我觉得这会是一个很好的应用的地方，从机顶盒到电视直接播放高清节目，这个可能会是一个重要的方面。当然也可能有其他的方面，比如说家里面也许计算机和电视之间或者是计算机和计算机之间以及刚才大家提到的ONU和电视之间以及和计算机至今都有外部接口。我们试图在推进标准建立，大家有兴趣的话可以大家共同做这个事情。

这是关于TV的外部高速接口，还有TV外部另外一些接口，显示口这些情况。以及互相连接接口，在国内有些电视机厂家组成的DiiVA，感觉DiiVA还是用电缆的办法来解决问题。我们想能不能用光的办法解决这个问题，这个应该也是一个可能存在的方向。

所有这些TV外部接口接触里面都是电口的，我们能不能变成一个光纤口呢?我觉得是有可能的。因为我跟有关的国内做标准单位接触过，这块是完全存在机会的。假设我们抓住这个机会可能为塑料光纤的发展抓住一个很好的发展空间。同时还有一个就是PC外部高速数据接口，应该说都是可能一些地方。还有数据接口这里面的情况。同时在这个里面比较重要就是包括像三网融合有实质性推进，这块一旦开始做以后机会还是很多的，尤其刚才大声2报告里面我感觉他已经规划比较成熟了。

还有家庭网络不展开了，这里会涉及到一个融合网关的问题，不会说每一个家庭电器都会是光纤，代价太大了。光纤一去就要有成本的问题，所以有线无线技术发展也很快，前面几个报告部分感觉到无线发展到今天状况可能比光纤还要热门。把这个技术相互结合起来，甚至跟网络技术融合起来，过去一直讲远程控制，今天角度来看如果把这些光纤技术、无线技术、网络技术结合起来，未来智能家庭的目标应该是可以做到的。

这里面比较多的就是家庭网络受到各方重视，同时在家居里面各种各样设备的连接，包括家庭高清影院都是未来应用方向，一旦家庭网络建立起来通过这样一个网络能不能实现很好的应用。当然应用本身和平台之外也有标准化技术研究问题。还有高速局域网，前面也有提到在大楼里面一个公司也好、一个部门也好或者是一个楼层也好利用高速塑料光纤建立室内应用系统，高速局域网，我想这是很现实一个应用，在我们实验室也搭建这样一个平台。

其他的话可能会有一些光纤和无线相结合的技术，最早想这个问题的时候移动通信里面，现在光和无线结合这块结合得很密切。我自己本身相当多时间也做无线通信，这块里面ROF这块现在用都是玻璃前，有没有可能替换成塑料光纤也是可以探讨的方向。在无线通信发展里面把射频拉远以后ROF带来一个很大的应用空间，这是现在无线通信发展相当热门一个方向。这里面实际上稍微说一下，这里面当射频拉远之后这里有一个机会，什么机会呢?我们过去都在讲说其实玻璃光纤拉射频可以拉很远，20公里一点问题都没有，实际应用这块难度比较大。原因是很简单，有些系统里面远端供电存在问题，射频模块拉出去以后需要供电的，其实本地点很麻烦，一旦拉出去几百米甚至一公里之后远端射频拉远之后取电非常麻烦，一般是机房取电，而且需要共用电源就用48伏电源。用现在的电源线牵引出去之后，大概超过100米以后就很难弄了。把100米和塑料光纤100米相结合也是可以有想象空间的，大家应该可以想象中一个应用的场地。这块应用很多，各个运营商都在大规模建设这块的工作。还有设备内以及各种数据中心的应用。

最后我想说两句，一个是应用，一个是标准化，当技术没有解决的时候我们可能是在解决技术的问题，从今天角度来看其实技术问题从大家提供100米，我觉得是比较保险的一个距离，如果是精挑细选，这个距离是延长是没有问题的。当技术有问题解决了以后，实际上就是应用和标准化的问题，这两个问题可能是后面涉及的塑料光纤需要共同努力的，我的报告就到这，谢谢大家。