塑料光纖：光纖通信新增長極

劉闊 張大明

在光纖通信產(chǎn)業(yè)中，石英玻璃光纖和塑料光纖是最突出、最重要的兩類光纖。石英玻璃光纖自1966年高錕等人提出來之后，得到了迅速的發(fā)展，以其帶寬寬、衰減低等特點被廣泛應用于長距離、大容量信號傳輸系統(tǒng)，但是在通信網(wǎng)絡的最后一環(huán)，由于其纖芯芯徑很細，在光纖的耦合和互連中需要高精度對準，器件的連接成本和安裝費用大大增加了整體系統(tǒng)的造價，同時，由于其柔韌性能有限，難以適應網(wǎng)絡終端復雜的線路布置，導致整個通信網(wǎng)絡無法形成。而塑料光纖以其質(zhì)輕、柔軟、力學性能好等優(yōu)點已經(jīng)被開發(fā)成為一種新型的網(wǎng)絡傳輸媒介，憑借著它較粗的芯徑和良好的柔韌性，可以解決上述石英光纖所遇到的各種問題，同時具有耐振動、抗輻射、成本低、便于連接和耦合等優(yōu)勢，成為未來光纖入戶首選材料之一。

縱觀全球塑料光纖產(chǎn)業(yè)，還處于一種潛能沒有被完全挖掘出來的前期階段。近年來，美國、日本、歐盟等發(fā)達國家投入了巨大的精力和資金用于發(fā)展塑料光纖產(chǎn)業(yè)，企圖在國際日趨激烈的知識經(jīng)濟競爭中一直占據(jù)有利的位置并主導行業(yè)標準。我國的塑料光纖產(chǎn)業(yè)與之相比起步較晚，但發(fā)展十分迅速。20世紀80年代我國開始由中科院西安光機所帶頭研究通信級POF，緊接著國內(nèi)許多大學、研究所和公司紛紛投入對塑料光纖及其相關(guān)器件的研究，實現(xiàn)了低損耗PMMA塑料光纖的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)、制定了許多通信行業(yè)標準、研制了塑料光纖參數(shù)測試儀器，并逐步開始進行光纖到戶的實驗。

目前來看，我國塑料光纖產(chǎn)業(yè)雖然已經(jīng)取得了巨大的進步，但相對于日本等國家還是落后的。在發(fā)展過程中暴露出許多需要我們認真思考解決的問題，比如進一步降低塑料光纖的損耗并提升其性能、努力爭取國際塑料光纖產(chǎn)業(yè)的發(fā)言權(quán)和參與行業(yè)標準的制定、加大對塑料光纖產(chǎn)業(yè)的扶持力度和資金投入、吸引更多的新生力量投入到對塑料光纖產(chǎn)業(yè)的開發(fā)中等等。近年來的產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢都表明，塑料光纖產(chǎn)業(yè)可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，同時對于需要高度保密性的軍事網(wǎng)絡行業(yè)和需要盡可能減輕材料重量的航空航天事業(yè)的發(fā)展，也具有極其重要的意義。

塑料光纖國際發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，國際市場對塑料光纖產(chǎn)品的需求越來越大，日本、歐美等國家也越來越重視在塑料光纖產(chǎn)業(yè)的投資。日本已將PMMA材料的階躍型折射率光纖廣泛應用于短距離信息傳輸中，比如鐵路信號系統(tǒng)、汽車網(wǎng)絡系統(tǒng)等。尤其是在汽車網(wǎng)絡中，塑料光纖以其優(yōu)良的機械性能完美勝任了在汽車復雜的空間結(jié)構(gòu)中傳輸信號工作，在藍牙、汽車導航、聲音識別以及車載顯示中都有應用。歐盟的POF-ALL計劃和POF-PLUS計劃分別在住宅高速網(wǎng)絡和工業(yè)、交通系統(tǒng)中取得了巨大的成果，發(fā)展了很多相應的儀器，逐步建立行業(yè)標準。每年一屆的國際塑料光纖會議見證了塑料光纖產(chǎn)業(yè)的誕生和成長，指引著全世界塑料光纖研究者和研究機構(gòu)的前進方向，向我們展示了塑料光纖產(chǎn)業(yè)未來的美好畫卷。

國內(nèi)塑料光纖發(fā)展概述

我國自1980年開始由中科院西安光機所帶頭研究通信級POF，緊接著中科院理化技術(shù)研究所、南京玻纖院以及后來的各大院校都開展了對POF的研究，取得了巨大的進步。同時，我國多家塑料光纖企業(yè)如重慶世紀之光、四川匯源、江西大圣等公司生產(chǎn)的塑料光纖產(chǎn)品質(zhì)量不斷提升，國產(chǎn)產(chǎn)品市場份額不斷提升，正在形成打破國外壟斷的格局。

從性能指標上來看，國內(nèi)已有幾個專業(yè)化的塑料光纖生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的通信用塑料光纖衰減值小于200dB/km。但國內(nèi)大部分產(chǎn)品綜合性能仍低于進口產(chǎn)品。根據(jù)我國產(chǎn)品與日本產(chǎn)品的環(huán)境適應性能測試對比結(jié)果，我國的塑料光纖產(chǎn)品干熱、濕熱附加衰減均低于2dB/100m，符合國際標準。但在溫度循環(huán)附加衰減測試中，我國產(chǎn)品表現(xiàn)低于日本產(chǎn)品，溫度穩(wěn)定性相對日本產(chǎn)品仍有差距。

從應用市場方面看，塑料光纖在各領(lǐng)域應用越來越廣泛，如辦公自動化、工業(yè)控制網(wǎng)絡化、家庭智能化、軍事通信、汽車網(wǎng)絡等領(lǐng)域?qū)λ芰瞎饫w產(chǎn)品的需求越來越大，市場保持著良好的持續(xù)增長的趨勢。

根據(jù)中國塑料光纖產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟測算，2015年國內(nèi)塑料光纖市場容量在170億～180億人民幣之間，2016年國內(nèi)市場需求超過200億元。在光纖到戶（FTTH）工程中塑料光纖更是發(fā)揮了巨大的作用，我國自2006年開始全面啟動FTTH市場的大規(guī)模建設，如武漢市搭建的全國首個光纖到戶試點平臺，北京、長沙等地開始的FTTH試點等，據(jù)中國信通院的統(tǒng)計和預測，我國的光纖到戶投資資本將迅速增長成為亞太地區(qū)發(fā)展最快的國家之一，估計中國的光纖到戶投資將占亞太地區(qū)的1/3。同時行業(yè)認可度逐步提升，在通信行業(yè)、電力行業(yè)、汽車領(lǐng)域起更多的行業(yè)標準，更進一步推動塑料光纖產(chǎn)品的廣泛應用，開拓更廣闊的市場。

塑料光纖發(fā)展展望

從近幾年塑料光纖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況來看，國際、國內(nèi)市場需求仍將不斷擴大，塑料光纖的應用將向著多領(lǐng)域、深層次、多樣化的方向發(fā)展。日本不僅始終積極開發(fā)各種塑料光纖、相關(guān)器件及其應用，還積極從事POF標準化的活動，就目前塑料光纖產(chǎn)量而言，日本仍是世界上最大的塑料光纖生產(chǎn)者。同時，歐洲也積極推動塑料光纖新應用領(lǐng)域的開發(fā)并建立了光纖檢驗標準，世界上第一個專用塑料光纖應用中心（POFAC）在德國建成。美國考慮到聚合物光纖對軍事和工業(yè)的戰(zhàn)略意義，為發(fā)展GI-POF技術(shù)成立了高速塑料網(wǎng)絡聯(lián)合體（HSPN），它促進ATM論壇于1997年5月通過了第一個POF工業(yè)標準。國內(nèi)的塑料光纖產(chǎn)業(yè)也日趨完善和成熟，隨著歷屆全國塑料光纖光子學學術(shù)會議的召開，中國塑料光纖產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟應運而生，制定了許多塑料光纖行業(yè)的產(chǎn)品標準，推動了其在電力等行業(yè)中的應用，我國已成為世界第一個擁有塑料光纖全產(chǎn)業(yè)鏈的國家。但是，相比國外先進的經(jīng)驗技術(shù)和研發(fā)環(huán)境，我國的塑料光纖領(lǐng)域科研水平還有待提高，我國公開的塑料光纖技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠哂邪l(fā)明人集中、新人較少、數(shù)量逐漸下滑的特點，這與我國市場需求逐漸擴大、應用趨向多樣深層次的趨勢不符。

因此，提高塑料光纖領(lǐng)域科研投入、培養(yǎng)更多技術(shù)人才、探索多領(lǐng)域?qū)λ芰瞎饫w產(chǎn)品的需求等是我國塑料光纖產(chǎn)業(yè)未來應當解決的問題。伴隨著在汽車網(wǎng)絡、消費電子和傳感器、工業(yè)控制、照明以及傳能、軍事通信等領(lǐng)域的進一步應用，塑料光纖產(chǎn)業(yè)市場將不斷成長，加速“三網(wǎng)融合”的實現(xiàn)，創(chuàng)造新的社會效益，成為經(jīng)濟發(fā)展中新的增長點。（作者劉闊供職于吉林大學電子科學工程學院，張大明供職于吉林省光通信用聚合物波導器件工程實驗室。）