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1、中国光通信产业发展战略研究,工业和信息化部电子信息司中国电子信息产业发展研究院,工信部电信研究院,2010 年 5 月,2/106,目录,一、光通信产业的地位和作用.4,二、光通信技术演进和标准制定情况.8,(一)光通信技术演进路线.81、光传输技术.82、光接入技术.123、光纤光缆技术.154、光器件技术.20(二)光通信技术标准制定情况.311、光传输技术.312、光接入技术.363、光器件技术.384、光纤光缆制造技术.40,三、全球光通信产业发展现状及趋势分析.44,(一)发展现状.441、总体规模.442、主要国家和地区.473、发展特点.50(二)产业发展趋势.571、IP 化全
2、业务承载网.572、光进铜退下一代光接入网络.593、光通信设备占据总体运营商投资支出的比例将继续增长.614、消费者需求尤其是移动需求是 2009 年以及可预见未来光网络的主要驱动力.61,四、我国光通信产业发展现状及存在问题.62,(一)发展现状.621、总体特征.62,3/106,2、分领域情况.673、重点企业案例分析.78（二）存在问题.82,五、“十二五”期间光通信市场需求分析.87,(一)全球光通信市场需求预测.871、全球市场总体预测.872、区域市场预测.90(二)国内光通信市场需求预测.941、光传输设备市场.942、光接入设备市场.983、光电器件市场.984、光纤市场.
3、100,六、产业发展思路、发展目标与发展重点.100,(一)发展思路.100(二)发展目标.101(三)发展重点.1011、光传输设备.1012、光接入设备.1023、光器件.1024、光纤光缆.103,七、促进我国光通信产业发展的政策措施.103,(一)制定我国宽带接入产业战略.103(二)依托国家重大科研项目，支持光通信领域的的可持续发展.104(三)加强统筹规划，整合资源构建和谐产业发展环境.104(四)实施知识产权和技术标准战略.105(五)完善以企业为主体的技术创新体系.105(六)加强人才培养和使用.106,4/106,一、0B光通信产业的地位和作用,（一）光纤通信网络是信息社会的
4、基础设施,光纤通信是用光波承载信息，以光纤作为传输介质实现信息传输,的一种通信技术。纵观通信技术发展史，可以发现这是一个不断提高,载波频率来扩大通信容量的过程。在这个过程中，光作为一种频率极,高的电磁波，已达通信载波的上限。因此光通信具有其它通信方式无,法比拟的传输带宽和通信容量，并兼具传输损耗低、中继距离长、抗,干扰性强、保密性好、节约资源等优点，被公认为是通信发展的必然,方向。在过去十年的时间里,光纤的传输带宽几乎每年翻一番,目前，,40Gb/s 的光传输系统的投入商用使光纤系统的传输容量达到 Tb/s,级；光纤接入网技术的广泛应用,也彻底解决了信息传输的最后一公,里带宽瓶颈问题。在全球信
5、息化的时代，光纤通信已被广泛用于全球,通信网、各国公共通信网以及专网通信网中。目前世界通过光纤传送,的信息量已达 90%以上，光纤通信网络已成为信息社会的基础设施，,是承载各种信息应用的高速公路，极大支持了整个信息社会的进步。,（二）光纤通信产业是物联网/泛在网时代的基础性产,业,根据在信息革命领域15 年的规律，现在全球已迎来了物联,网发展的高潮，这为光纤通信和光载无线通信带来了巨大的发展机,遇。一般而言，物联网结构有三大组成部分，一个是全面感知，通过,植物、动物、机器各种物品上加上射频标签和各种各样的传感器，随,时随地获取物品信息，对物品、机器、人、植物、动物进行全面的属,5/106,性感
6、知；第二个组成部分是可靠传递，通过各种电信的网络和互联网,的融合传递信息，将感知信息实时准确的传递过去。在这过程中，光,网络和光载无线网络（光网络与无线通信网络的融合）能够提供巨大,的容量，很高的带宽，极小的损耗以及灵活的接入方式，从而构建一,个无所不在的泛在网络社会；第三部分是智能处理，通过云计算等这,些技术对海量数据信息技术分析和处理，通过信息处理对这些物品实,施智能化控制。,在物联网迅速发展过程中，需要完成各种信号的会聚、接入传输,从而形成全国性的物联网。在这个过程中，光通信产业作为整个通信,产业的基础，是 3G 网络建设、宽带网络建设等公共信息基础服务以,及电子政务、无线城市、军队、电
7、力电网、轨道交通等各专有通信系,统的基础构架。它支撑国家信息化、企业信息化的建设，提高各行各,业运作效率，带动国家整体经济的较快平稳发展。2008 年金融危机,以来，各国纷纷推出国家大宽带发展计划，据不完全统计，至少有,13 个国家推出了近 500 亿美金的投资计划，政府监管政策从鼓励竞,争向鼓励网络建设投资转移，充分显示了各国对通信业的重视，以及,通信业对国民经济方方面面带动作用的认可。光通信产业做为通信业,的基础，在光进铜退、视频驱动的超宽带时期具有不可替代的作用。,（三）光通信产业将成为我国继 3G 之后通信领域新的,经济增长点,中国光通信业的增长路径清晰，具备明显阶段特征。2006 年
8、至,2007 年，为恢复增长期；2008 年至 2009 年，为 3G 驱动期；2010 年,6/106,至 1013 年，为 FTTH（光纤到户）驱动期。数据显示，2008 年国内光,通信市场规模为 253 亿元，占全球市场份额的 40%以上，同比增长,22.2%，成为全球最为活跃的光通信市场。2009 年，随着 3G 网络建,设的全面展开，我国光纤市场需求量突破 7000 万公里是 2001 年的,7-8 倍，年均增速达到 30%以上。预计到 2010 年，FTTH 催生的巨大,增量市场将使中国光通信行业呈现爆炸式增长态势。主要驱动因素源,于：1、政策支持；2、运营商搁置了技术制式争议，明
9、确当前以 EPON,为主流的发展思路；3、在综合考虑能耗，维护等因素后，FTTB+ADSL,的光纤到户实现方式，成本已经低于纯 DSL 宽带接入方式。预计，,2009-2013 年，分光器、光模块等 FTTH 配套器件产业将保持约 100%,的年增长率，进而将催生一个高达 800 亿元规模的光系统增量市场。,另外，40G 光传输系统已进入大规模商业部署阶段，未来三年全球将,有 60%的运营商选择 40G 光传输技术，到 2010 年 40G 的市场规模将,达到 160 亿元。在上述因素共同推动下，光通信产业在全球范围内即,将迎来发展的黄金十年。,（四）以光纤为主要传输媒介的宽带产业对推动国民经
10、,济增长有突破性重大带动作用,大量专家学者在总结日韩十余年来经济持续高速增长的经验时,指出，光网络基础设施的大力投入刺激了以光纤通信为基础的宽带产,业的蓬勃发展，在很大程度上转化为经济增长和生产率增长，过去十,年里对化解经济危机、推动经济增长起到了至关重要的作用。一方面,宽带产业是一项低能耗、高附加值的产业，是规模超过数千亿以上的,7/106,新兴产业，对经济增长有突破性重大带动作用。另外一方面，宽带产,业不仅会积极拉动光通信市场，其对国民经济的发展也将具有巨大的,拉动作用和辐射作用。主要表现为与其他产业之间存在着很强的关联,性，通过对经济产生间接影响，使产业结构得到调整，整个国家的经,济增长
11、方式发生转变。据初步计算，以第一阶段 35 年内我国发展,5000 万 FTTx 用户计算，可以拉动经济规模达 1.5 万亿元。10 年 FTTx,达到 1.238 亿户，则能拉动经济规模约 3.6 万亿元。,另外，宽带业务将成为继移动业务之后又一高速增长的业务市,场。2004 年初，我国移动电话普及率仅为 21.4%，到 2009 年底，普,及率已达到 56.3%，移动话务量已经变得缺乏弹性。而宽带业务将成,为下一个高速增长的市场。宽带网的建设将进一步振兴电子信息产,业，能够带动电信设备制造业和运营业的发展，带动互联网、软件、,计算机及外围设备等产业的发展，并成为国民经济增长的支柱之一,(2
12、008 年对当年 GDP 增速贡献超过 0.8 个百分点)，显著增加就业(我,国每年电子信息产业新增就业人数占城镇总的新增就业数的 1/20；,以宽带发展带动就业在国外已经得到了证实，“美国一个机构测算的,结果是，宽带普及率每提高 1 个百分点，就能带动 30 万的就业机会”)。,（五）发展光通信产业可以促进创建节能、环保型社会,光通信所用的光纤原材料极大丰富，生产材料是二氧化硅。目前,光缆的市场价格（每芯每米只需几角钱）已低于普通铜质缆线的价格，,且光缆寿命能达 40 年，而铜质缆线一般为 10 年，光缆不需要定期更,换和再敷设，光纤到户（FTTH）更可以一步到位，一劳永逸，从发展,8/10
13、6,的眼光看一次光缆敷设成本无疑远低于多次铜质缆线铺设的成本，并,能克服铜线的种种限制如传输距离长，完全没有电磁干扰问题且传输,频宽高，符合未来 15 年甚至 20 年的需求。同时，宽带生活也会深刻,影响到我们的生活和工作方式，改变社会观念、企业运作模式，诸如,家庭办公、网上办公/交易（减少出差等面对面交流）、不出家门的购,物、学习、医疗、支付、娱乐等容易实现，从而大大减少出行频次，,节约出行能源，减少汽车废气污染，缓解日益增长的各城市交通堵塞,和能源的紧缺状况。所有这些都将对节省资源，建设绿色环境起到积,极的作用。,（六）发展光通信产业事关网络安全和国家安全,光通信系统类似一个国家的“交通路
14、网”，是整个信息系统的基,础，如果受制于人，那么整个国家的各行各业，方方面面都要受到影,响。特别是骨干、高端光网络，不同于业务层面故障，一旦出现问题，,影响面会非常大。,二、1B光通信技术演进和标准制定情况,(一)7B光通信技术演进路线,24B1、光传输技术,光传输技术的发展首要的是满足不断增长的带宽和距离的要求。,从 20 世纪 80 年代的 PDH、SDH 开始，发展出单纤 8 波16 波32 波,40 波80 波（96 波）160 波（192 波），单波长速率：2.5Gbit/s,10Gbit/s40 Gbit/s100 Gbit/s 的密集波分复用（DWDM）系统、,长距离 LH(64
15、0km)和超长距离 ULH（5000km）WDM 技术。当前的主流,9/106,技术是 40G 80CH50GHz 系统以及 LH 40G 的 1500km 传送，并将迎来,大规模商用。下一步将要发展的是 100G 80CH50GHz 的系统以及 LH,100G 的 1500km 传送系统，预计将在 2012 年得到商用，具体进程取,决于 100GE 标准化进程和产业链的成熟情况，再往后发展，单波,400G/1T 的系统目前已经处于前期研究阶段。另外，粗波分复用（CWDM）,波长数量经历了 4 波8 波16 波，单波长速率经历了 2.5 Gbit/s,10 Gbit/s 的演进。目前，CWDM
16、 应用主要是 2.5Gbit/s 系统，而,10Gbit/s CWDM 系统已经具备商用水平，但由于需求不迫切以及 DWDM,系统成本的降低，使得 10Gbit/s CWDM 系统的应用受限。,除了满足带宽和距离这两个基本需求外，光传输技术的发展还向,不断提高集成度、多业务接入能力、系统可靠性以及灵活交叉调度能,力方面演进。在多业务方面，受网络业务 IP 化的驱使,随着语音与,数据等其他分组业务的融合，出现了用分组网络（ATM、Ethernet、,IP 等）承载 TDM 业务的需求，SDH 由接口 IP 化的 MSTP 逐渐向交换核,心 IP 化的 PTN 演进。波分复用技术 WDM 演进随着
17、波长数量、单波长,速率而变化。,从最初的 SDH 演进到支撑多业务能力的 MSTP，以及适应 IP 化 PTN,和大带宽的 OTN，下一步 OBTN>N（OBS/OPS）成为未来发展趋势；,在集成度方面，SFP+和 XFP 已经成熟，OEIC（PID 1210G 50GHz）,和 Tunable SFP+&XFP 很快会规模商用；可靠性方面，SDH 层面的 ASON,多年前已经规模商用，基于 WDM 的 ASON 正在快速成熟，RWA（Routing,Wavelength assignment）成为下一步技术研究的重点；而在交叉调,10/106,度方面，基于 Byte Slice 集成 O
18、DU_k&Cell&VC 的通用交换（Universal Switch）构架成为未来发展方向；在信号处理方面，“以电信号处理为主的”代表时分复用制式（TDM）的 SDH/MSTP，逐渐向“以光信号处理为主”代表波分复用（WDM）制式的 OTN 技术方向演进。OTN 技术的主要集中在不同速率等级的映射及复用方式、OTN交叉技术等方面。不同速率等级的映射及复用方式涉及到的最新技术包括：通用映射规程（GMP）、单级/多级复用、40GbE/100GbE 信号的承载、ODUflex&ODUflex Resizing 等。图 1 光传输技术螺旋形演进路线图F1在组网技术方面，光传输技术的演进主要体现在干线
19、光传送网、城域光传送网的核心层、汇聚层和接入等不同网络层面，不同传送网络层面相应的演进路线图分别如图 2图 4 所示。,1,华为公司提供,11/106,图 2 干线传送网演进路线图,图 3 城域传送网核心层演进路线图,12/106,图 4 城域传送网汇聚与接入层演进路线图,25B2、光接入技术,随着宽带业务应用越来越多，尤其是高清视频和端到端应用的兴,起，人们对带宽的需求越来越强烈。预计在 2-5 年内，每个用户的带,宽需求将达到 2050Mb/s，而在 10 年内将达到 100Mb/s。在如此高,的带宽需求下，传统的宽带接入技术将无法胜任，光纤宽带接入技术,成为全球运营商的最主流的宽带接入技
20、术。,无源光网络（PON）技术是最新发展的点到多点的光纤接入技术。,无源光网络由光线路终端（OLT）、光网络单元（ONU）和光分配网络,（ODN）组成。一般下行采用 TDM 广播方式、上行采用 TDMA(时分多,址接入)方式，而且可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构(典,型结构为树形结构)，PON 的本质特征就是 ODN 全部由无源光器件组,成，不包含任何有源电子器件。这样避免了外部设备的电磁干扰和雷,电影响，减少了线路和外部设备的故障率，简化了供电配置和网管复,杂度，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是电信维护部门长,期期待的技术,越来越受到业界的关注和重视,发展非常迅猛，一直被,
21、视频,视为接入网未来的发展方向和最终解决方案。根据光纤到用户的距离分类，常见的光接入网的组网模式有：FTTH 光纤到户 Fiber To The Home、FTTB 光纤到楼 Fiber To TheBuilding、FTTO 光纤到办公室 Fiber To The Office、FTTV 光纤到村 Fiber To The Village、FTTN 光纤到结点 Fiber To The node orneighborhood、FTTC 光纤到路边 Fiber To The Curb、FTTCab 光纤到交换箱 Fiber To The Cabinet 等。海外一些运营商也有将 FTTB 及F
22、TTH 合称 FTTP 光纤到驻地 Fiber To The Premise。,FTTH,FTTO,FTTB,Splitter,GE/10GE,FTTN/FTTV,E1/STM-1,OLT,TDM,IP,FE/GE/10GE,IMS/SS,热点覆盖无线承载,PON+EOC,网络管理图 5 光纤接入网组网结构除去 A/BPON 阶段，无源光网络的技术发展情况可以分为 3 个阶段,如图 6 所示。1G 时代是以 EPON 技术和 GPON 的技术为主，其中EPON(Ethernet PON)由 IEEE 802.3ah 提出，它将 Ethernet 技术与PON 技术结合起来，其目标是用最简单的方
23、式实现一个点到多点结构的吉比特以太网光纤接入系统。EPON 属于 IEEE 以太网标准的范围，对于向全 IP 网络过渡是一个很好的选择。其特点是：消除了 ATM 和SDH 层，降低了初始成本和运行成本；可以大量采用以太网技术成熟的芯片，实现简单，相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。ITU-T 在 2001 年 1 月差不多 EPON 概念提出的同时，也开始进行 1Gb/s13/106,14/106,以上的 PON 标准的研究。2002 年 9 月 FSAN 提出了一种具有前所未有,的高比特速率（最高 2.4Gb/s）、传送多种业务（包括 TDM 和数据）,的光接入网 GPON(Gigab
24、it PON)解决方案,根据这一最新标准的规定，,GPON 可以提供 1.244 和 2.488Gb/s 的下行速率和 ITU 规定的多种标,准上行速率。,在 1G 速率的 PON 技术逐渐成熟后，IEEE 和 ITU-T 也启动了 10G,PON 的研究，IEEE 还是延续了原来的技术路线，采用以太网技术，通,过少量扩展，推出了 10G EPON 的标准，在 2009 年 9 月正式发布，在,时间上领先了 10G GPON（NG-PON1）,ITU-T 在稍晚启动了 10G-GPON,的标准制定，也基本延续了 GPON 的技术路线，预计相关标准在 2010,年形成第一稿标准。,后 10G 时
25、代是采用什么技术，现在还没有一个明确的方向，但是,基于 WDM 的机制是很可能的技术方向，但是也存在如 OFDM，OCDMA 等,技术应用于 PON 领域，并且与 WDM/TDM 等复用技术相结合也是为了可,行的方向。,图 6 光接入技术演进路线,15/106,图 7 主流 PON 技术性能对比,3、光纤光缆技术,随着密集波分复用（DWDM）技术、光纤放大技术，包括掺铒光纤,放大器（EDFA）、分布喇曼光纤放大器（DRFA）、半导体放大器（SOA）,和光时分复用（OTDM）技术的发展和广泛应用，光纤通信技术不断向,着更高速率、更大容量的通信系统发展，而先进的光纤制造技术既能,保持稳定、可靠的传
26、输以及足够的富余度，又能满足光通信对大宽带,的需求，并减少非线性损伤。,（1）千兆以太网用光纤多模光纤,多模光纤的中心纤芯较粗(50 或 62.5m)，可传多种模式的光。,常用的多模光纤为：50/125m（欧洲标准），62.5/125m（美国标,准）。,近年来，多模光纤的应用增速很快，这主要是因为世界光纤通信,技术将逐步转向纵深发展，并行光互联元件的实用化也大大推动短程,多模光缆市场的快速增长，从而使多模光纤的市场份额持续上升。随,16/106,着千兆以太网的建立，以太网还将从 Gbps 向 10Gbps 的超高速率升级，,10Gbps 以太网标准（IEEE802.3ae），已于 2002 年
27、上半年出台。通信,技术的不断进步，大大促进了多模光纤的发展。,（2）城域网用光纤全波光纤（G.652c 类光纤）,随着人们对光纤带宽需求的不断扩大，通信业界一直在努力探求,消除“水吸收峰”的途径。全波光纤（All-WaveFiber）的生产制造,技术，从本质上来说，就是通过尽可能地消除 OH 离子的“水吸收峰”,的一项专门的生产工艺技术，它使普通标准单模光纤在 1383nm 附近,处的衰减峰，降到足够低的程度。1998 年，美国朗讯公司研制了一,种新的光纤制造技术，它能消除光纤玻璃中的 OH 离子，从而使光纤,损耗完全由玻璃的特性所控制，“水吸收峰”基本上被“压平”了，,从而使光纤在 1280
28、-1625nm 的全部波长范围内都可以用于光通信，由,此，全波光纤制造技术的难题也逐渐得到了解决。到目前为止，已经,有许多厂家能够生产通信用全波光纤，如朗讯公司的 All-wave 光纤、,康宁公司的 SMF-28e 光纤、阿尔卡特的 ESMF 增强型单模光纤、以及,藤仓公司的 LWPfiber 光纤等。,2000 年 4 月，为适应光纤产品技术的最新进展，ITU 对 G.652 单,模光纤标准进行了大规模的修订，到 10 月份正式定稿，对应于 IEC,（国际电工委员会）的分类编号 B1.3，ITU-T 将“全波光纤”定义为,G.652c 类光纤，主要适用于 ITU-T 的 G.957 规定的
29、 SDH 传输系统和,G.691 规定的带光放大的单通道 SDH 传输系统和直到 STM-64(10Gb/s),的 ITU-T 的 G.692 带光放大的波分复用传输系统，对于 1550nm 波长,17/106,区域的高速率传输通常也需要波长色散调节。,全波光纤在城域网建设中将会大有作为。从网络运营商的角度来,考虑，有了全波光纤，就可以采用粗波分复用技术，取其信道间隔为,20nm 左右，这时仍可为网络提供较大的带宽，而与此同时，对滤波,器和激光器性能要求却大为降低，这就大大降低了网络运营商的建设,成本。全波光纤的出现使多种光通信业务有了更大的灵活性，由于有,很宽的波带可供通信之用，我们就可将全
30、波光纤的波带划分成不同通,信业务段而分别使用。可以预见，未来中小城市城域网的建设，将会,大量采用这种全波光纤。,人类追求高速、宽带通信网络的欲望是永无止境的，在目前带宽,需求成指数增长的情况下，全波光纤正越来越受到业界的关注，它的,诸多优点已被通信业界广泛接受。,（3）接入网用光纤聚合物光纤,目前通信的主干线已实现了以石英光纤为基质的通信,但是，在,接入网和光纤入户(FTTH)工程中，石英光纤却遇到了较大的困难。由,于石英光纤的纤芯很细（6-10m），光纤的耦合和互接都面临技术困,难，因为需要高精度的对准技术，因此对于距离短、接点多的接入网,用户是一个难题。而聚合物光纤（polymeropti
31、calfiber，POF）由于,其芯径大（0.2-1.5mm），故可以使用廉价而又简单的注塑连接器，并,且其韧性和可挠性均较好，数值孔径大，可以使用廉价的激光源，在,可见光区有低损耗的窗口，适用于接入网。聚合物光纤是目前 FTTH,工程中最有希望的传输介质。,18/106,聚合物光纤分为多模阶跃型 SI-POF 和多模渐变型 GI-POF 两大,类，由于 SIPOF 存在严重的模式色散,传输带宽与对绞铜线相似,限制,在 5MHz 以内，即便在很短的通信距离内也不能满足 FDDI、SDH、B-ISDN,的通信标准要求，而 GIPOF 纤芯的折射率分布呈抛物线，因此模式色,散大大降低，信号传输的带
32、宽在 100m 内可达 2.5Gbps 以上，近年来，,GIPOF 已成为 POF 研究的主要方向。最近，N.Tanio 从理论上预测了,无 定 形 全 氟 聚 丁 烯 乙 烯 基 醚 在 1300nm 处 的 理 论 损 耗 极 限 为,0.3dB/km，在 500nm 处的损耗可低至 0.15dB/km，这完全可以和石英,光纤的损耗相比拟。G.Giorgio 等人报道了 100m 全氟 GIPOF 的数据,传输速率已达到 11Gbps。因此，GIPOF 有可能成为接入网，用户网等,的理想传输介质。,（4）光子晶体光纤,光子晶体光纤（photoniccrystalfiber，PCF）是由 S
33、T.J.Russell,等人于 1992 年提出的。对石英光纤来说，PCF 的结构特点是在其中,间沿轴向均匀排列空气孔，这样从光纤端面看，就存在一个二维周期,性的结构，如果其中一个孔遭到破坏和缺失，则会出现缺陷，利用这,个缺陷，光就能够在其中传播。PCF 与普通单模光纤不同，由于它是,由周期性排列空气孔的单一石英材料构成，所以有中空光纤,（holeyfiber）或微结构光纤（micro-structuredfiber）之称。PCF,具有特殊的色散和非线性特性，在光通信领域将会有广泛的应用。,PCF 引人注目的一个特点是，结构合理，具备在所有波长上都支,持单模传输的能力，即所谓的“无休止单模”特
34、性,19/106,（endlesslysingle-mode），这个特性已经有了很好的理论解释。这,需要满足空气孔足够小的条件，空气孔径与孔间距之比必须不大于,0.2。空气孔较大的 PCF 将会与普通光纤一样，在短波长区会出现多,模现象。,PCF 的另一个特点是它具有奇异的色散特性。现在人们已经在,PCF 中成功产生了 850nm 光孤子，预计将来波长还可以降低。PCF 在,未来超宽 WDM 的平坦色散补偿中可能扮演重要角色。,世界领先的 PCF 产品商业化的公司-丹麦 CrystalFiberA/S 最,近推出了新的光子晶体光纤产品系列。一种是中空的“空气波导光子,能带隙晶体光纤”（air-
35、guidingPhotonicBandgapFiber），此晶体光,纤的纤芯是中空的，利用空气作为波导，使光可以在特殊的能带隙中,传输。另外一种是“双包层高数值孔径掺镱晶体光纤”,（DoubleCladHighNAYbFiber），该光纤可以用在光纤激光器或光纤放,大器中，另外由于该光纤具有光敏性，还可以在它上面刻写光纤光栅。,表 1 光传输系统采用的几种光纤,4、光器件技术光纤网络体系是未来光通信的主流发展方向，而光网络技术目前的发展，很大程度上取决于光纤器件技术的发展。而光纤器件技术本身的发展，取决于成本（经济性）。这是与前二十年、特别是前五年最大的不同。器件发展主要有：支持智能化的光可变
36、换器件，包括可调谐光源、可调谐光滤波器、全光波长转换器、光可变衰减器等；支,持全光网实现的平面光波导技术；以及新一代的光电子材料,光子,晶体及其光子晶体光纤（PCF）。另外，在现有光传输系统中的有源/无源光器件在模块化、集成化方面也在快速发展（1）光可变换器件波长可调谐光源可任意控制信道波长，方便准确地控制频道间隔，其特性要求包括快速调谐速率，宽的调谐范围。它可实现快速配置、波长转换、可重构的 OADM 以及光开关、保护和恢复的功能，是智能光网络的催化剂。可调谐光滤波器有两个主要应用，一个是作为光性能监测（OPM）的基础，只需要通过可调谐光滤波器，将要处理的波长筛选出来即可监测。另一个是在可调
37、 OADM 和 OXC 方面应用，通过可调谐光滤波器20/106,21/106,来取代波分复用器将要下载的波长筛选出来。,全光波长转换器波长转换将成为光网络节点中的一个基本功能，,可进行透明的互操作、解决波长争用、波长路由选定，以及在动态业,务模式下较好地利用网络资源。尤其是对大容量、多节点的网状网，,采用波长变换器能大大降低网络的阻塞率。,光可变衰减器（VOA）阵列及可调光功率分配器是下一代智能化,光通信网络发展的关键之一。出现了各种新技术的光可变衰减器，包,括 MEMS（微型机电系统，Micro Electro-Mechanical System）技术、,液晶技术、波导技术和聚合物材料光栅
38、等。光可变衰减器阵列可以构,成 DCE(Dynamic Channel Equalizer)、VMUX(VOA+MUX)、OADM 等光器,件的核心部件。,（2）平面光波导技术,平面光波导（PLC，Planar Lightwave Circuit）技术以其成本,低、便于批量生产、稳定性好、易于集成等诸多特点，被认为是光通,信产业的明日之星。PLC 技术可以为光网络提供光功率分配、光开关、,光滤波等各种功能的器件，为组建更为复杂的光网络提供了必要的基,础。另外，PLC 技术为混合集成提供了可靠的平台，可以将诸如激光,器、探测器、OEIC（光电集成）与各类无源 PLC 器件集成到一起，这,种集成极
39、大地降低了器件成本，促进 FTTH 的发展。同时混合集成技,术的研究也必将为更高度的光电集成提供技术基础，从而在下一代通,信系统中扮演重要角色。,（3）光子晶体,22/106,光子晶体可以制作全新原理或以前所不能制作的高性能光学器,件，在光通信上也有重要的用途，被认为是新一代的光电子材料。综,合利用光子晶体的各种性能，可以制作光子晶体全反射镜、光子晶体,无阈值激光器、光子晶体光波导、光偏振器、光开关、光放大器、光,聚焦器等等。目前光子晶体的研究更多的还是处在实验室制作阶段以,及理论分析阶段，离实用有一定的距离，其最大的限制就是制作难度,很大。相对而言，一维光子晶体制作工艺要简单，一个特定实用就
40、是,偏振分离器/合成器(PBS/PBC)。结合液晶或磁光旋光器以后，纳米光,学晶体可用来构成光开关、VOA、光循环器、Interleaver、光路由器,等各种各样的光通信用基本器件。,PCF（photonic crystal fiber）是在石英光纤上规则地排列空,气孔，而光纤的纤芯由一个破坏包层周期性的缺陷态构成，从光纤的,端面看，存在周期性的二维光子晶体结构，并且在光纤的中心有缺陷,态，光便可以沿着缺陷态在光纤中传输。光子晶体光纤作为下一代传,输光纤具有，1)超低的损耗，目标 0.05dB/km，现在 1.72dB/km；2),在很宽的频率范围内支持单模传输，通过合理的设计可以支持任何波,
41、长光波的单模传输；3)光子晶体光纤的纤芯面积可能大于传统光纤纤,芯面积的 10 倍左右，这样就允许较高的入射光功率；4)可灵活地设,计色散和色散斜率，提供宽带色散补偿，可以把零色散波长的位置移,到 1000nm 以下。,（4）高速光收/发模块与光放大模块,1）2.5G 及以下低端收发模块,23/106,从 1997 年开始，低端模块经历了 1x9、GBIC、SFF 等很多种标准，,逐步走向 2003 年发布的 SFP 协议，相关技术已经十分成熟，随着 FTTx,的发展，进一步降低成本是该领域当前研发的重点。,2）10G 光收发模块,10G 速率光模块服务于两种类型的应用，一种是面向 SDH 和
42、数据,通信领域的短距离传输场合，另一种是面向 WDM 领域的具备良好长距,离传输性能的场合。,对于 SDH 和数据通信领域，光模块朝着可插拔、小型化、低功耗,方向发展。目前业界主用的 10G 可插拔模块是 XFP 和 X2，2007 年开,始，CISCO 推动一种新的 SFP+光模块标准，其体积和功耗是 XFP 的一,半，目前已开始应用，预计将成为短距离 10G 模块的主流。,对于 WDM 应用领域，光信号的传输要面临色散、非线性、波长稳,定度等问题。这些问题的克服，需借助较为复杂的功能器件组合来解,决。10G DWDM 模块的发展趋势，主要体现在以下几个方面：,超长距离应用发展方向为 xRZ
43、 调制码型技术，可以带来 3dB 的,OSNR 优势；,借助 ODB、EDC 等技术，向大色散容限发展；,从定波长向全波段、25GHz 波长间隔的可调谐技术发展；,向低功耗技术发展；,体积进一步小型化，并持续向可插拔方向发展。,3）40G 模块,40G 光收/发模块是目前研究的热点。阿尔卡特-朗讯，西门子-,24/106,诺基亚等公司，推出了基于 ODB（光二进制码）的码型，虽然可以用,于 50GHz 间隔，满足 80 波 3.2Tbps 的传输，但由于其较差的 OSNR 性,能和较差的抗非线性能力，其最长的无电中继传输距离在 600800km,左右，华为借助自主研发的 DRZ 技术，传输距离
44、在 1200km，并已经,得到规模商用；北电公司研究的 DP-QPSK 技术在某些性能指标方面比,较优越，也引起了业界广泛的关注，纷纷加大了对相关检测技术的研,究。,为了解决 PMD 容限和 50GHz 间隔 2000km 传输问题，目前业界主,要的观点是运用 DQPSK 码型和相干检测技术，2008 年底，DQPSK 技术,将获得商用。,4）100G 模块,100G 及以上速率线路传输技术的研究依然非常前沿，由于受到,电子器件速率瓶颈和网络 PMD 效应的双重限制，普遍认识是降低信号,的波特率，提高频谱利用率是其关键技术点，热点的码型技术为延续,40G 的 DQPSK 技术。,5）光放大模块
45、,从技术实现上看，光放模块技术有以下几个技术趋势：,宽带光放大技术：主要有两个发展趋势。一个是通过分合波器进,行分波带放大以实现系统带宽的增加，另外一个发展方向是尽可能扩,展单波段放大带宽，实现单波段超宽带放大；,低噪声光放大技术：Raman 和遥泵放大技术成为延长传输跨距提,高系统光信噪比的有效商用放大器。,25/106,大功率光放大技术：30dBm 以上大功率 EDFA 则成为 FTTH 的关键,技术之一，可以大大降低系统成本。实现大功率光放主要采用多模泵,浦激光器泵浦铒钇共掺双包层光纤（受限增益带宽为 15351560nm）,实现信号的放大。,低成本光放大技术：通过优化光路设计使用单个高
46、功率泵浦替代,以前多个小功率泵浦，可以有效降低了波分光放模块成本。对于低功,率泵浦来说，主要成本已经集中在泵浦封装成本上，近来泵浦领导厂,家捷迪讯提出了 TOSA 封装的低功率泵浦新概念，应可以有效降低泵,浦封装成本，对小型化设计也有明显的好处。,小型化光放大技术；,（5）光有源器件,1）激光器,2000 年以来，随着技术进步以及 WDM 系统强烈需求驱动，基于,不同技术方案的可调谐激光器件先后研究成功。,目前可调谐激光器可以分为很多类，如果从可调范围来讲，可分,为窄范围可调激光器和宽范围可调激光器，窄范围可调激光器在几百,GHz 范围内可调，而宽范围可调激光器在整个 C 波段可调。如果按照,
47、激光器不同结构来划分的话，可分为分布反馈（DFB）激光器、分布,布拉格反射（DBR）激光器、采样光栅 DBR（SG-DBR）激光器、外腔,激光器（ECL）和垂直腔表面发射激光器（VCSEL）等等；相应的实现,技术主要分为：电流控制技术、温度控制技术和机械控制技术等类型。,随着设备和模块对体积和功耗的要求越来越高，波长可调激光器,26/106,与调制器的集成封装 ITMZ（Integrated Tunable MachZender）需,求变得迫切，各大芯片生产厂商和封装厂商也在加紧开发集成产品。,进入 2008 年 JDSU，Bookham 等陆续发布他们基于 InP 材料工艺的集,成封装产品或
48、产品路标。预计未来两年内，波长可调激光器与调制器,的集成将进入批量商用化。,2）光探测器,为了满足高速传输的需要，人们开发了多种高速光电探测器，如,金属-半导体-金属（MSM）光电探测器、垂直照射光电二极管（VPD）、,雪崩光电二极管（APD）、波导光电二极管（WGPD）、谐振腔增强光电,探测器（RCE-PD）、单行载流子光电二极管（UTC-PD）以及由它们结,合而形成的结构更为复杂的光电探测器件。这些器件各有优缺点，如,VPD 中作为最常用的 PIN 光电二极管，工艺、结构简单，成本低，适,于大批量生产，且可靠性高，在光纤通信系统中得到了广泛的应用，,如 2.5G、10G 光通信系统。,目前
49、，PD 芯片开发的两个主要趋势是大的带宽效率积和高饱和,电流。其中的 WGPD 及 UTC-PD 是最为热门的两类器件，前者有高的带,宽-效率积，后者在饱和性能方面更为突出,而 APD 器件存在内部增,益，增益带宽积可做到 100GHz 以上，能高速远距离地传输 10G 信号。,3）器件封装技术,2.5G 产品，考虑到同轴管座在处理信号时会带来很多畸变，先,有蝶型、Mini-Dil 等封装形式。后来人们发现同轴的管座完全可以,胜任 2.5G 的速率，并且性能一点都不比蝶型、mini-dil 等封装形式,27/106,差，因此，体积小、成本低、工艺相对简单的同轴结构后来在 2.5G,产品上得到很
50、好的运用，并且基本代替了其它封装形式。,10G 光组件主要有同轴和蝶型两种封装形式，可以应用于目前现,有的 10G 光收发模块 MSA 的 5 种结构，300PIN MSA、XENPAK、XPAK、,X2、XFP。,（6）光无源器件,光无源器件行业自 Corning 1970 年光纤问世后就开始发展，历,经三十多年的发展，一方面，光无源器件进入了一个发展相对成熟的,历史阶段，早已经实现了从“高高在上的贵族人家”到“平常百姓人,家”的转变。像隔离器、耦合器、偏振控制器、色散补偿、滤波器、,分带滤波器、高低通滤波器、复用器、解复用器等供应已经形成了非,常充分的竞争。在另一方面，光无源器件如光谱分析
