光纤通信这一高新技术一经出现,便显示了强大的生命力,激起了世界上几乎所有的国家,特别是西方发达国家纷纷投入了大量人力、物力、财力去进行研究开发,以致发展之快在当代科学技术发展史上实属罕见。据此可以断言,人类社会将要从电通信时代进入到光通信时代。
美 国
在世界上发展光纤通信的整个进程中,美国一直处于开拓者的领先地位,近年来进展尤为迅速。1987年,美国电报电话公司(ATT)率先于世界各国把特大容量的1.7千兆毕/秒光纤通信系统(容量为24.192话路)在费城 - 芝加哥(全长1100公里)的长途干线上引入商用。1989年初,ATT采用波分复用又提高到3.4千兆毕/秒,即由两只激光管产生两束各为1.3μm和1.5μm的光束,通过多路复用装置,将这二个波长光束耦合入一根光纤传输。
1988年8月,ATT采用1.55μm长波长单模光纤通信系统为台湾电信总署设计敷设了一条无中继长达104公里的海底光缆,从此标志第四代光纤通信系统(第一代为0.85μm多模光纤通信系统,第二代为1.3μm长波长多模光纤通信系统,第三代为1.3μm长波长单模光纤通信系统)在世界上进入实用阶段。嗣后,1988年底和1989年春两条跨越大洋(大西洋和太平洋)的海底光缆通信系统相继建成,ATT的投资额均要占到这二条巨缆的一半以上。
近二年,ATT正在根据CCITT关于同步光纤网(SONET)的新建议:开发生产SONET的复接和分接设备,不久必将领先于世界各国,在长途干线上推广SONET。
美国发展长途光纤通信干线在世界上拥有绝对的优势,截至1989年底的统计,已敷设了总长达91,000英里,使用光纤量达180万英里(芯),据称,足以满足美国21世纪的需要量。这些长途光纤通信干线的地理分布:1)东海岸走廊——连接从波士顿至迈阿密沿线的各主要城市;2)中西部至南方走廊——连接从芝加哥经托莱多、底特津,亚特兰大到新奥尔良等沿路的各大城市;3)中西部至德克萨斯走廊——从密尔沃基到达拉斯和休斯顿连接沿线各大城市;4)北方东西走廊——从波士顿经芝加哥到西雅图;5)中央东西走廊——从费城经芝加哥到洛杉矶;6)南方东西走廊——从亚特兰大经达拉斯加到洛杉矶。
美国还计划在1990年建成以光缆为中心的全国通信网。其中,美国电报电话公司决定投资20亿美元,要在1990年建成连接全国各主要城市总长达33,800公里的光缆线路(一半为海底光缆)。
除电信网外,美国还在局域网、工业、广播电视、航空航天、军事等领域大力推广光纤通信应用。尤为突出的是光纤局域网,据美国“信息网络”公司(在旧金山)预测,美国在工厂自动化方面应用的光纤局域网,1987~1992间将以73.3%的年增长率增长,将是美国工业用局域网增长率的三倍,估计全美布34万5千家制造厂需要实现工厂自动化。
美国国内光纤通信市场规模,据KMI公司的预测,以光缆、光收、发射设备和连接器为主要产品的市场销售额,1989年将比1988年增长31%,即由1988年的7.63亿美元增加到1989年的10亿美元,考虑到产品价格下降以及长途光纤通信干线出现滑波等因素,估计1990年的市场规模仍将维持在10亿美元左右。
但是,当前美国光纤通信产业的发展正面临国际竞争日趋激烈的严峻形势。据美国国际贸易委员会最近出版的一份有关光纤通信工业世界竞争形势的报告中指出,目前美国光纤生产技术和重要专利的拥有量方面虽居世界领先地位,但随着基本专利在今后若干年内逐步期满失效,无论在美国国内市场和国际市场,必将会受到来自日本、西欧国家和加拿大的严峻挑战。
美国某些工业分析家认为,正在研究开发具有巨大潜在应用市场的光电新技术,对于美国今后光纤和光缆的销售,具有决定性的影响。据工业观察人士预计,当光纤和光缆在局部网络、军用和工业方面较广泛应用时,特别是应用于用户线路时,销售量必然会重新猛增。影响美国光纤产业今后竞争力的支配因素是:进入国际市场的程度,美国的出口管制政策以及美国光纤通信产业对新技术和国际标准化的开发能力。
日 本
日本对光纤通信发展极为重视,目前技术水平和发展规模已基本接近美国,居世界第二位。首先从技术水平来看,日本电报电话公司(NIT)发明的气相轴向沉积法(VAD),现已基本发展成为低成本,大批量生产光纤的主要技术之一。据称,一套高速全合成的VAD装置,不用一个月便可生产一条纵贯日本列岛光缆所需的全部光纤(约7万公里)。1987年10月日本信越公司投资20亿日元开发成功的合成石英管工艺正式建厂投产。据该公司宣称,他们公司将成为世界各国石英管的供应基地。另外,该公司还宣称,采用合成石英管做光纤可以消除光纤断裂的因素,从而大幅度地提高了光纤强度,以满足海底光缆高强度的要求。
此外,日本在长波长OEIC(光电子集成电路)以及掺铒光纤放大器的研究开发方面,目前在世界上处于领先地位。据OFC'90报道,NTT使用掺铒光纤放大器的实验系统创造了无中继长达375公里,码速高达6 Gb/s的新纪录,这是光纤通信发展以来的最长无中继传输距离。
在光纤生产规模上,1989年上半年已突破50万公里大关。在1988年财政年度的光纤、光缆销售额已达到884亿日元。其中,住友电工竟达到了330亿日元,目前,日本光纤制造行业的人数大约为280人。
在推广应用规模上,NTT自1983年起就宣布:凡新建通信干线一律采用光缆。1985年2月,NTT投资650亿日元建成了世界上最长的长途光纤通信干线(纵贯日本列岛、全长3400公里)。这条干线采用F - 400 M方式(即容量为5760话路),最大通信容量可达7万路电话。嗣后,NTT以这条干线为基础,建成了可连接全国县以上共60个城市的光纤通信网,总长达7000公里。1987年秋,在该干线上(东京 - 大阪间)又引入了F - 1.6 G方式(容量为23040话路)。为在干线上推广SONET,1989年NTT已向ATT签订了1.54亿美元的合同,用来购置ATT生产的SONET的配套设备。与此同时,NTT还计划在市话网的用户线路上大量推广光纤技术应用,以适应1988年4月起在国内开放综合服务数字通信网(ISDN)业务的需要。其目标是2000年的商务覆盖率达到70%,家庭用户覆盖率达到10%。
此外,日本还将在专用用户系统(包括OA、FA系统的信息传递、搜集)和其它方面(如在汽车、船舶、飞机等移动体上用的光纤局域网)大量推广光纤应用技术。其中发展用于电力系统的OPGW,日本在世界上处于领先地位,目前,六大电力公司已敷设了10,000公里。
据KMI预测,在1985~1995年期间,日本是太平洋地区光纤、光缆、光电器件和连接器销售的最大市场,到1995年将增加到19.6亿美元,其销售市场约占太平洋地区总销售额的75%。
英 国
英国是欧洲各国中发展光奸通信最为活跃的一个国家,其技术在欧洲国家中居领先地位。近年来在特种光纤,诸如掺稀土元素光纤、保偏光纤等的研究工作中均取得显著的进展。其中,在掺稀土元素的研究方面,据1989年9月在美国波士顿召开“光电子学和光纤”国际会议上的报道,英国电信研究实验室(BTRL)已研制成功一种掺钕(Nd)的玻璃光纤激光器。该激光器是被一个工作波长为0.795μm的单片激光管所激励,输出波长分别为0.1054μm和0.1346μm的两束激光,其输出功率相应为2.2毫瓦和3毫瓦。
此外,在相干光纤通信系统的研究方面,英国电信研究实验室(BTRL)已于1988年在实用通信干线上试验成功,这是世界上迄今报道的第一个相干光纤通信现场试验系统。
在推广应用方面,英国是欧洲国家中敷设光纤通信线路最多的国家,并从1986年起,便在电信网上推广第三代光纤通信系统,系统的码速开始以140兆毕/秒(容量为7680话路)为主,嗣后提高到565 Mb/s(容量为7680话路)。
英国经营光纤通信工程主要有两家公司:一家是英国电信公司(STC),另一家是墨丘利通信公司OSTC原先是一家国营公司,10年前从英国国营邮政总局垄断下分裂出来出售给私人投资经营。STC投资1500万美元,在1979至1985年期间先后在电信网上敷设了总长达1250公里的市话光纤中继线路,使用光纤量为1万公里(芯),从1985年起,STC便在长途干线上大量推广光纤通信应用,至1990年估计使用光纤量达10万公里(芯)左右。
墨丘利通信公司自1986年经营光纤通信工程以来,至1989年已在铁路沿线敷设了总长达2500公里形似“8”字形的光纤通信干线(码速为565兆毕/秒))使用光纤量达3万公里(芯)。
此外,英国为兴建具有世界先进水平的光纤网,STC于1988年宣称,它将建造一个供本国商业通信用的技术先进的光纤网络。该网络称为FACS(灵活通路系统)。据此,STC已选定plesseg公司和北方电信公司为网络的主要供货者,合同价值为1.7亿美元。
在实验基础上,第一批FACS系统已在伦敦光纤通信网采用:在用户房内,一只多路复用器将各种不同的线路接至光纤上,多路复用器受网络管理软件控制,这样可使有待变化的通信线路混合起来,以满足用户不断变化的服务,并将通信线路连到其它所需的场所。
随着光纤通信在英国国内大量推广应用,致使英国光纤通信市场规模居欧洲国家第一位,1989年其市场规模要占到整个欧洲市场的25%。目前,在英国已拥有STL,GEC plessey,BICC等国家配套生产光纤通信产品的大型公司,它们生产的产品除供国内需要外,还畅销其它国家,估计光纤年出口量为6万公里。
法 国
法国发展光纤通信的特点是重视光纤用户网的发展,1984年5月法国公布了一项用光缆来构成全国有线电视网(CATV)的计划,目标是在2000年完成。具体规划:在1987年底敷设有150万个家庭加入的光纤用户网,1992年将扩大到700万个家庭用户,估计需耗资100亿美元,光纤使用量达100万公里。为实施该规划,法国邮电广播部首先在旅游胜地——比亚利茨城(约三万人口)筹建一个“光纤城”。该“光纤城”在1984年5月初步建成,它不仅可为200个家庭提供有线电视服务,而且还能提供可视电话(双向电视)、远程家庭管理、可视数据(影像图书馆)、HDTV等宽频带的信息服务。1985年扩大到为1500个家庭用户服务。1987年又再扩充为5000个家庭用户服务,总共耗资约6亿法郎。
为适应光纤用户网大量发展的需要,法国特地开发成功一种称为“一步制作”光缆的全新工艺,当采用这种工艺时,光纤在被拉制的同时就直接装在开槽的成缆结构中,最多可平行地拉制10根光纤。这样便可一步制作10芯的光缆。据称,采用该工艺可降低光缆生产成本的30—40%。
在发展海底光缆通信系统方面,由法国阿卡特公司和里昂电缆公司组成的合营公司——海底通信公司,于1987年7月敷设了一条长达392公里的海底光缆,以满足法国本土和科西嘉之间日益增长的数字通信业务的需求。该海底光缆系统总传输容量为560兆毕/秒,光缆敷设海底的最深处为2720米,其光缆由里昂电缆公司制造,海底中继器(共9个)由阿卡特公司提供。此外,海底通信公司还为跨越大西洋的海底光缆通信系统(TAT - 8)研制了S - 280光波系统。预计到2000年,法国除了继续与美国、英国、联邦德国合作兴建第二条跨越大西洋的海底光缆通信系统(TAT - 9)外,还将敷设横跨英吉利海峡、北海的海底光缆以及连接意大利、希腊、以色列和土耳其的海底光缆(EMOS - 1)。
法国推广光纤通信在公用通信网上应用虽起步较晚。但从其发展计划来看却引人瞩目。1987年,法国邮电部公布了要在本世纪末建成全长达20,000公里的光纤通信网计划。该计划的第一阶段将在巴黎 - 斯特斯堡(1988年)、巴黎 - 里昂(1988年)、里昂 - 马赛(1989年)、巴黎 - 南特(1989年)、巴黎 - 里昂(1990年)之间建成长途光纤通信干线。在这些干线上将采用565兆毕/秒的系统。
此外,为适应未来宽带综合业务数字通信网发展的需要、法国SAT公司,ANT公司,GEC,还联合提出了发展2.5千兆毕/秒的特大容量光纤通信系统容量为40,000话路)。现在该系统已列入“尤里卡”计划,它将首先应用在长途通信网,但也可用于市话网。
联邦德国
联邦德国对光纤通信的发展极为重视。早在1980年,联邦德国邮电部就委托西门子、标准电气罗伦兹公司等六家主要公司提出各自的光纤通信系统试验方案。与此同时,联邦德国邮电部还进行了多条光纤通信试验段的现场试验,其中仅在西柏林就安装了四个光纤通信试验段。
联邦德国邮电部本着发展综合服务数字通信网(ISDN)要居世界领先地位的宗旨,于1982年提出了在全国范围内建立光纤网的巨大计划。该计划具体包括两大方面:一是建立地区性(一个城市或一个部门)的光纤宽带综合服务网 - BIGFON;二是把BIGFON通过光缆干线连成全国性的公用光纤宽带综合服务网 – BIGFERN。总共投资计划为25亿马克,所需光纤量达100万公里,打算在1989年建成。
1983年底,作为BIGFON的第一个试验性网络已在西柏林和慕尼黑投入使用。1986年在西柏林、汉堡、博莱梅、汉诺威、多特蒙德、埃森、杜塞尔多夫,科隆、波恩、法兰克福、曼海姆、斯图加特、纽伦堡、慕尼黑等14个城市相继建成了BIGFON。1987年后又相继在15个城市建立了BIGFON。
BIGFERN实质上是一条纵贯联邦德国国内的光缆网。其北起汉堡、沿线经过汉诺威、奥斯特市鲁克、杜塞尔多夫、法兰克福、斯图加特、慕尼黑、北上至纽伦堡等许多大小城市干线网,全长1500公里。1985年初,首次开通了汉堡至汉诺威的全长156公里的光缆午线段、该光缆干线段采用了1.3微米波长的多模光纤通信系统。传输速率为140兆毕/秒,中继距离为18公里。1987年至1988年共有29个城市通过光缆干线连接了起来。并从1987年起开始在光缆干线网上采用单模光纤,其中最高速率为565兆毕/秒。另外,对传输速率特高的1.12千兆毕/秒,2.24千兆毕/秒和5千兆毕/秒的单模光纤通信系统也在大力开展研究试验,预计到1990年时,在光缆干线网上使用的光缆将达4,700公里。
在国内光纤网逐步形成的基础上,联邦德国邮电部于1986年起开始在光纤网上进行电视会议传输的试验,计划在1988年形成国内电视会议网,而该网的基础就是国内光纤网。
此外,为通过国际合作来发展光纤通信产业,联邦德国邮电部于1987年与法国电信总局签订了联合敷设一条光纤通信线路的合同——联邦德国卡尔斯鲁厄至法国米卢斯。该线路的传输速率设计为560兆毕/秒。两国合作兴建这条线路的目的是要把两国邮电部门目前所采用的设计标准进行比较,以便在将来能够建立相同的标准,于是可以相互购买设备。
加拿大
加拿大早在70年代初期就开始研究光纤传输技术。1976年在国内安装了第一个光纤通信系统。自此之后,经过10多年的大力发展,目前从,光纤、光电器件、系统等关键技术来讲,加拿大国内最大的北方电信公司现已研制成功在1.55微米最低损耗波长兼有低色散性能的色散位移光纤。其折射率分布剖面呈三角形,性能指标达到了3 PS/nm/km。在光器件方面,北方电信公司能够生产适用于长短波长的激光管、发光二极管和雪崩管。尤以InGnAsP/InP双异质结激光管达到了很高水平:阈值电流为20毫安。频率响应范围可达2千兆赫,且峰值分布范围很窄,因此能够适用于565兆毕/秒,乃至1.2千兆毕/秒的大容量光纤通信系统。现正在积极开发能应用于1.55微米长波长单模光纤通信系统和相干光纤通信系统的单频激光管 - DFB激光管。在系统方面,北方电信公司研究开发的FD系列光纤通信系统,目前在美地区已得到了较为普遍的应用,其主要应用在市话网局间中继线,长途干线和市话网的数字入口链路。传输速率分别为1.5,6.3,44.7,135,565兆毕/秒,其中FD - 135系统使用得最多,它可以传送2,016路电话,该系统的最大特点是,在传输线路上的任何一个中继站都可以插入—个或几个44.7兆毕/秒信号,从而大大节省设备成本,降低功耗,减小体积。
加拿大在推广光纤通信应用中的一个重要特点是非常重视宽带光纤用户网的开发研究。加拿大邮电部早于1981年就在威尼柏克的埃里建立了一个宽带用户试验网。埃里光纤用户网是世界上最早建立的光纤用户试验网,以后日本在东生驹,法国在比亚利茨分别建立的光纤用户试验网,实际上都是参考了埃里用户网后研究开发的。
继埃里光纤用户试验网之后,目前北方电信公司正在公司内部筹建一个全数字化的用户分配网,该网覆盖半径为10公里的地区,网络结构为光电混合结构。采用多模和单模光纤传送和分配16路数字化电视信号,用户只要操作手握键盘,便可任选一路电视电话。
为大力推广光纤技术在有线电视网上的应用,加拿大萨彻尔温特省还建成了一条可连接省内52个城镇的光纤网,线路总长3,400公里,可向广大家庭用户传送电话、数据、电视。
在长途干线兴建方面,加拿大LNCP电信公司已建立了一条连接多伦多、蒙特利尔和渥太华全长达750公里的省际光缆干线,该干线采用1.3微米波长的单模光纤通信系统,传输速率为405兆毕/秒。