科技文献检索特种光纤的应用领域及市场调研报告

1、特种光纤的应用领域及市场调研报告摘要：通过对特种光纤的种类归纳，了解特种光纤市场。结合特种光纤在通讯、有线电视、军事方面的应用，具体阐述了特种光纤的应用市场的广阔。文章还详细地介绍了国内外特种光纤生产厂家，对我国光通信的技术现状、发展和趋势也进行了一定程度的阐述。关键字：特种光纤 应用 国内 国外 市场1.特种光纤概述21.1特种光纤的种类21.1.1细径光纤21.1.2特殊涂层光纤21.1.3双模光纤31.1.4单模保偏光纤31.1.4双芯光纤及掺杂光纤31.1.5色散管理光纤31.1.6宽带色散补偿光纤（dof）41.2特种光纤的应用41.2.1特种光纤推动光纤激光器的发展41.2.2特种

2、光纤在有线电视系统中的应用41.2.3特种光纤在军事发面的应用41.3特种光纤的发展趋势52.特种光纤国内市场综述53.国内特种光纤生产厂家和代理公司介绍63.1烽火通信科技股份有限公司63.1.1公司概况63.1.2公司产品73.2长飞光纤光缆有限公司73.2.1公司概况73.2.2公司产品73.3其他相关公司74.国外特种光纤生产厂家84.1美国nufern公司84.2美国康宁公司84.3日本株式会社藤仓81.特种光纤概述1.1特种光纤的种类特种光纤并没有严格的范围，凡区别于常规通信用光纤的都可算作特种光纤。因此高强度、耐疲劳光纤也属于特种光纤范畴。据统计，国外开发的各种特种光纤不下200

3、种，而现在将更多。主要可举出下面一些【1】。1.1.1细径光纤普通单模光纤（9/125um）或多模光纤（50/125,100/14um等）一般不能嵌在复合材料中使用。因为作为复合材料加强纤维的碳纤维的典型外径只有10um，相对来说光纤显得太粗，埋入复合材料后,在光纤周围会形成树脂富集区, 在外力作用下使应力分布不均匀, 大大降低了复合材料的机械强度并容易层解。因此, 作为智能材料中埋入传感器用的光纤, 要求其外径尺寸应与复合材料的层间厚度相近。一般来说，制造细径光纤采用两种方法。对小长度光纤（几米至上百米）使用腐蚀的方法，如果用量较大，则应在拉丝工艺中加以控制。下面方程给出了拉丝过程中质量守恒

4、关系:其中是光纤直径，是预制件直径, 是光纤拉制速度, 为预制件给进速度。适当加速 而减小, 可以得到细直径光纤。1.1.2特殊涂层光纤光纤涂层的耐高温特性主要是复合材料成型工艺要求的。由于使用的树脂不同, 复合材料的热压成型工艺一般在150390下进行。如果在复合材料中埋入丙烯酸涂层光纤, 当复合材料温度为160时, 由于涂层性能下降, 导致复合材料灼层间剪切强度下降8%, 纵向压缩强度下降26%, 而高于175 时, 丙烯酸涂层根本不能使用。图1 聚酰亚胺热解分析结果（实线为热解分析曲线，虚线为加温曲线）聚酞亚胺涂层光纤可同时解决上述两个问题。聚酞亚胺类树脂是美国杜邦（dupont)公司于

5、六十年代初开发的耐高温聚合物。他们推出的热固性聚酚亚胺(pi)已被正式用于高性能光纤涂层,它固化后不仅有足够的刚性,其长期使用温度可达300350，短期可经受450500高温，200 以下工作寿命超过5万小时, 因此聚酞亚胺涂层光纤是智能材料中使用的唯一理想实用的光纤。图1 给出聚酞亚胺的热解分析结果。热解重量分析(tga)是评价材料耐热性能内一种有效的传统测量手段, 即在加热过程中测量不同温度下材料的重量变化。在升温过程中, 随材料中水份逐渐蒸发, 易挥发物质不断析出以至最后碳化, 导致材料重量不断下降。从图可以看出, 一直到400 , 聚酞亚胺重量仍保持不变, 因而具有良好的热稳定性。1.

6、1.3双模光纤在弱波导近似及理想条件下, 所谓双模光纤是指lp01模和lp11模同时被激励。但在实际情况下, 它们是由lp01、lp11even和lp11odd中各自两个相互垂直的六个本征偏振模组成。通过控制截止条件, 纤芯具有圆形截面的普通光纤可以在双模状态下工作, 但lp11模两个瓣形的横向强度分布不稳定, 其空间取向随光纤一民度而旋转。这便给双模光纤的实际使用带来困难。美国斯坦福大学的b.y.kim等人发现, 随椭芯光纤椭圆度的提高,lp11even模和lp11odd模的截止波长间隔变大, 并通过控制工作波长, 实现了lp01和lp11even双模运转(lp11odd截止) 。在这种情况

7、下，lp11even模有稳定的空间强度分布。随外界压力、温度等条件的变化, 两模产生相对相位差, 从而可以实现单根光纤构成的光纤干涉仪。在这种情况下, 实际上是把一根光纤中传输的两个模作为两个相干通道, 起到了信号臂和参考臂的作用。从光纤结构设计看, 纤芯椭圆度增加,有利于两个模的截止波长远离和使其中一个模截止。例如当纤芯椭圆截面长、短轴分别为4.1和2.2um时, 可使两模截止波长差达到150nm。除此之外, 还应通过光纤的参数设计, 选择适当的波长工作范围, 以减少光纤损耗并提高传输带宽。双模光纤埋入复合材料巳成功地用于同时测量材料应力和温度。1.1.4单模保偏光纤单模保偏光纤的工作原理与

8、双模光纤类似，考虑问题的出发点都是利用一根光纤的双通道作为干涉仪的信号臂和参考臂。在单模保偏光纤中, 是把lp01模的两个垂直偏振的本征模作为两个通道, 常见的熊猫型保偏光纤、蝶结型保偏光纤和椭芯型保偏光纤都可用于智能材料。美国佛罗里达光纤传感系统和智能材料研究中心、丹麦技术大学等单位做了许多应用研究工作。1.1.4双芯光纤及掺杂光纤美国普罗维斯登市布朗大学研制的掺稀土元素nd的光纤,呈现出明显的温度敏感性并研究了埋入光纤的温度灵敏度与掺杂浓度的关系。他们还研制成功另一种适用于埋入智能材料的特种光纤。这种光纤具有一个弱波导单模纤芯,周围则是环状大数值孔径多模纤芯。当光纤在复合材料中受到扰动时,

9、 光从弱波导单模纤芯泄漏到多模环形芯中。在环形波导中,光的传播速度与在单模芯中不同, 因此在光纤的输出端将接收到两个信号, 一个来自中芯, 一个来自环形芯。两个信号到达时间差确定了扰动位置, 多模环形芯中传输的光强则可确定扰动大小【2】。1.1.5色散管理光纤dwdm(密集渡分复用)系统要求色散管理。使系统的色散特性既能足以抑制fwm(四波混频)，又要使总色散为零过去用交替连接正/负色散的光纤或色散沿光纤长度渐变的光纤进行。在ofc99会议上，ntt介绍了用ovd法制造的40公里dmf。其色散符号周期性变化，每2o公里为一周期。在1550nm的平均色散为一006ps/nm，色散斜率0.064p

10、s/nm2km。衰减系数02db/km，两端的截止波长分别为1.05ram和l.1lmm。ntt是通过在拉丝过程中控制拉丝速度、改变包层直径实际上是改变了芯径，而芯径影响色散的方式来实现其色散符号周期性变化的。1.1.6宽带色散补偿光纤（dof）色散补偿光纤(dcf)的主要特点是具有负色散斜率。美国康宁采用了新的rip结构,研制r两种不同用途的负斜率色散补偿光纤。dcfi型，用于dcf模块，其特点是高负色散:dcf型，用于dcf光缆，接在标准单模光纤线路中,其特点是较低的负色散和低损耗已用标准单模光纤smf一28和dcf_型宽带色散补偿光纤结台成42km的线路,其中dcf光纤占线路总长度的1/

11、3。结果,该线路的色散从1300nm到1700nm波长范围都接近于零(非零)。尽管dcfli光纤的衰减比g653(dsf)的高，但该线路的有效衰减系数在0.210.22db/km之间。由这种新型色散补偿光纤充当了一部分传输光纤，节约了光功率【3】。1.2特种光纤的应用光纤通常被用于传输光信号, 但光纤还用来传输光能量和作为传感器的介质，特别是特种光纤在很多方面都有应用。从理论上讲, 光可以代替电来传递信息和能量。但是当光纤的应用环境从长距离通讯变为工业控制、变为医疗卫生、汽车、火车、飞机、宇宙飞船和石油勘探时，对光纤的要求，尤其是对光纤在不同环境下的要求会更苛刻。目前，一些高档轿车的音响系统采

12、用塑料光纤；工厂自动化中，特种光纤可以用在各种制造流程中；医疗卫生中，光纤主要用来传输激光能量, 它的优点之一是相对小的尺寸。石油勘探中，覆有特殊保护层的光纤传感系统就被成功地用于石油勘探；智能大厦中，光纤提供了一个宽频带的选择，可用于建筑物的安全系统，监测和控制系统，温度控制及互联网等。由此可见, 只要我们有足够的想象力, 特殊光纤可以被应用到各个领域。它不但能够帮助有效地解决工业上的复杂问题, 而且可以满足人们不断变化的生活需要, 从而达到提高生活质量的目的【4】。1.2.1特种光纤推动光纤激光器的发展光纤激光器的性能和应用前景主要取决于特种光纤的设计和拉制及光纤耦合技术。作为基本元件之一

13、的光纤布拉格光栅可以直接刻在增益介质巾，这将对光纤激光器的稳定性和可靠性起至关重要的作用。最简单的光纤激光器基于通讯光纤放大器中使用的有源光纤纤芯掺杂技术。抽运增益介质为纤芯中掺有镱、铒或镱铒共掺的光纤。现有两种可供选择的抽运方案：纤芯抽运和包层抽运【5】。1.2.2特种光纤在有线电视系统中的应用掺铒光纤放大器（edfa），是目前性能最完美、技术最成熟、应用最广泛的光放大器，它的出现和实用化，对有线电视系统的发展具有重要意义。edfa 受激辐射跃迁所产生的光子波长为15201570 nm，所能放大的光信号频率即在此范围内，也就是说edfa只适用于1550nm系统，而不能对1310nm系统的光信

14、号进行中继放大。edfa在1550nm光纤有线电视分配网得到应用，它补偿由分路带来的损耗及其他损耗，极大地扩大了网径和用户数量【6】。1.2.3特种光纤在军事发面的应用目前，美国已投入使用的最大光纤线路计划有：陆军用于无线电遥测的grc-206；空军的陆基巡航导弹的发射车辆控制系统；陆军的战术通信枢纽连接系统tyc-39。还有很多用于雷达遥控的光纤系统也正在建造之中。今年，陆军的光纤长途传输系统也将投入使用；国际电报电话公司（itt）的国防通信部是最早的工程承包者，总费用预计为1640万美元。另一个重要的光纤计划是空军总体战术通信电缆更换计划,gte通信公司和trw公司均提出了竞争的夺标方案。

15、陆军的tog-m计划, 也正接近于投入使用阶段, 该计划是利用光纤对正在飞行中的导弹传递控制信号。军用光纤系统主要用于陆基的战术方面, 其他方面的应用正在研究之中。马林(marine)公司所制造的“猎兔狗”喷气强击机中, 采用了一段光纤数据线路, 这种线路也正在试用于其他的飞机之中（包括b-1型战略轰炸机）。另外, 海军也准备在舰队中采用光纤技术, 如宙斯（aegis）防空巡洋舰上的雷达线路。光纤在水下的应用也有极广泛的前途, 它体积小、重量轻, 是很突出的优点【7】。美国康宁公司已经研制成一种新型专用光纤, 可供各种严酷环境下的军事传感器应用。该光纤的商标为, 它的模场直径小于标准电话通信光

16、纤的模场直径。这项光学改进的结果使这种光纤在诸如松放光纤等弯曲密集的应用中能显示出极低的损耗, 故可用于纤维光学制导的导弹和可快速部署应用时战户术光缆中。这种特殊光纤还可在各种传感器中应用, 特别是在要把光纤缠绕戍线圈的场合中应用, 例如应用于纤维光学干涉传感器、声传感器和压力传感器等【8】。1.3特种光纤的发展趋势目前，随着我国3g与三网合一的信息化建设投资加大，以及振兴中西部、发展农村、扩大内需等政策的相继出台，我国对光纤光缆保持旺盛增长势头，今后随着信息基础设施的完善与扩大，预计对光纤光缆的需求将继续增长。特种光纤具有向如下几个方向发展的趋势：(1)高附加值、高技术含量的特种光纤；(2)

17、光纤通信器件：可调色散补偿器、动态pmd补偿器、高功率放大器、光参量放大器（opa）、慢光及全光缓存器、波长变换器件等；(3)能量光纤器件：全光纤化激光器、单频、窄线宽等大功率有源光纤器件与无源光纤器件等；(4)医疗光纤器件：微创手术器件、内窥医疗器件等；(5)传感光纤器件：各种特殊环境应用的器件，如压力、温度、位移等参量的传感与探测器件，光纤陀螺等。物联网和云计算等新技术的出现，更加大了对特种光纤的需求，特种光纤作一个新兴的产业，将面临较大的发展机遇与挑战，这也为我国民族光纤产业提供了横向发展与纵向延伸的历史舞台【9】。2.特种光纤国内市场综述近20年来，光纤技术取得了迅猛的发展，形成新兴的

18、产业。在这个过程中，光纤技术的发展不断满足着新的应用领域所提出的新的、更高的要求，使光纤的应用范围不断扩大；另一方面，新的应用领域在充分利用光纤固有优点的基础土，对光纤又不断提出新的、更苛刻的要求，促使光纤技术不断地克服缺陷、扩展潜能、得以完善。因此，光纤技术本身的发展与光纤技术应用的发展在过去20多年中显示了相互促进、良性循环的鲜明特征【10】。光纤通信行业自2000年起，在经历了历时多年的全球型网络泡沫经济冲击后,目前整个行业已呈现上升态势。目前,市场对光通信产品的需求大幅增加，企业发展前景十分广阔。密集波分复用设备（dwdm）、光同步数字系列设备（soc）等光通信产品在上海继续保持高增长

19、, 其中起核心作用的光交叉连接器（oxc）和光插分多路复接/解复器（oadm）等关键器件设备得到迅猛发展, 将在未来占据重要的市场份额。国产光纤生产能力近年也有所加强。国内4家著名公司：成都sei光纤公司、长飞公司、上海朗讯公司、南京华斯藤仓公司的累计单模光纤年产量已超过510万公里。而今年我国的光纤年需求量不到500万公里。如果这些光纤全部内销，国内将出现供略大于求的局面。这里还未计入美康、西康等外国公司向我国大量销售的光纤或光缆。不过，预计到随着时间的增长，我国的光纤年需求量将达到1000万公里。所以，仍需大力发展我国的光纤制造业【11】。2008年上半年国内光纤光缆市场需求旺盛，国内市场

20、和出口都有相当幅度的增长。其中光缆总需求为1800万芯公里，较去年同期增加44%；光纤总需求为2300万公里，较去年同期增加44%。另一方面，2008年上半年国内光纤光缆市场竞争依然非常激烈，上半年国内光缆市场销售排在前10位的厂家依次为：长飞、亨通、烽火、富通、中天、特发、通光、中康、永鼎、凯乐；其中长飞光缆市场份额比去年同期下降3.20%；烽火较去年同期下降4.16%，凯乐进入前十位；而奥星、北康和汇源均跌出前10位。而上半年国内光纤市场销售排在前10位的厂家依次为：长飞、上海康宁、富通、烽火藤仓、中天、亨通、德拉克特发、法尔胜、斯特雷德、中住；其中长飞光纤市场份额比去年同期下降3.95%

21、；康宁光纤市场份额较去年同期增长4.15%，值得关注的是富通市场份额较去年同期增长1.92%。此外，2008年上半年国内光纤光缆价格有所降低，成本则有所上升，企业生存环境依然严峻。关于特种光纤方面，特种光纤的品种丰富，包括了特种折射率分布光纤、掺稀土光纤或有源光纤、偏振光纤、特殊几何尺寸光纤（如大芯径光纤，细径光纤等）、特殊工作环境的光纤（如耐高温光纤、抗辐射光纤、高强度和高抗弯曲光纤等）、特殊掺杂光纤（如光敏光纤、衰减光纤、紫外光纤和红外光纤等）、光子晶体也被称为中空光纤、塑料包层玻璃心光纤也称高数值孔径光纤、塑料光纤等被广泛用于通信、传感、医疗、电力、军事、航天航空、工业加工和控制、建筑照

22、明以及科学研究等领域。2008年中国特种光纤光缆市场需求旺盛。掺铒掺镱光纤、色散补偿光纤、保偏光纤、小弯曲半径光、耐高温光纤等市场需求均急剧增长，而光纤照明市场的潜力亦十分诱人。但是，国内的特种光纤生产研究开发能力有待进一步加强。 目前，诸如有源光纤，低双折射光纤、耐高温光纤（300c以上）、衰减光纤等国内还不能生产。国内生产特种光纤的厂家也比较少，没有形成产业群体。综上所述， 2008年中国特种光纤市场已经显示出中国很快会成为特种光纤消费大国，但中国要成为特种光纤强国还需继续努力【12】。3.国内特种光纤生产厂家和代理公司介绍3.1烽火通信科技股份有限公司3.1.1公司概况烽火通信掌握大批光

23、通信领域核心技术，其科研基础和实力、科研成果转化率和效益居国内同行业中之首；参与制定国家标准和行业标准200多项。近年来，烽火通信承担了国家“十五攻关计划”“40gb/ssdh光纤通信设备与系统“、”自动交换光网络“、国家863计划“tbpsdwdm传输系统研制”等项目的研发与产业化，并率先实现商用，使中国光通信技术已经跻身全球领先水平之列。烽火通信是国家基础网络建设主流提供商，其产品类别涵盖光网络、光纤光缆、宽带光纤接入三大系列市场占有率均位居行业前列。在立足国内市场的同时，烽火通信还大力拓展国际市场，在海外设立了十余个办事处，产品进入60多个国家和地区。3.1.2公司产品烽火通信始终聚焦客

24、户需求，以品质为根基，以创新为使命，专注于光纤新产品的开发和工艺的改造，努力推动我国光纤光缆产业的健康发展。旗下生产的特种光纤如下：掺稀土光纤：掺铒光纤、掺镱光纤、双包层铒镱共掺光纤、双包层掺镱光纤、双包层掺铥光纤、特种截止单模光纤；能量光纤：石英包层型传能光纤、塑料包层型传能光纤；耐高温光纤；激光耦合器；色散补偿光纤及模块；光子晶体光纤【13】。3.2长飞光纤光缆有限公司3.2.1公司概况长飞光纤光缆有限公司创建于1988年5月，由中国电信集团公司、荷兰德拉克通信科技公司、武汉长江通信集团股份有限公司共同投资。公司总部位于武汉市东湖高新技术开发区关山二路四号，占地面积达十七万平方米，是当今中

25、国产品规格最齐备、生产技术最先进、生产规模最大的光纤光缆产品以及制造装备的研发和生产基地。长飞光纤光缆有限公司的光纤光缆产品及多种网络建设解决方案能够满足每一个行业用户的不同需求。自1992年正式投产以来，长飞公司累计产销光纤和光缆超过2亿芯公里，销售总额超过350亿元。光纤产品和光缆产品的产销量连续十九年排名全国第一位，并跻身全球光纤光缆行业前三甲。已广泛应用于中国电信、中国移动、中国联通等通信运营商，以及电力、广电、交通、教育、国防、航天、化工、石油、医疗等行业领域，并远销美国、日本、韩国、台湾、东南亚、中东、非洲等50多个国家和地区。长飞光纤光缆有限公司将专注于光纤光缆及综合解决方案，推

26、动中国和全球光纤的普遍使用，以促进光通信技术的发展与广泛应用。3.2.2公司产品长飞公司产品可分三类：通信光纤，通信光缆、特种光纤及器件。其中特种光纤有以下产品：弯曲不敏感单模光纤、simm-玻璃包层阶跃型多模光纤、rc-smf 细径单模光纤、radhard-抗辐射多模光纤、psf-光敏光纤系列、pmf-熊猫型保偏光纤、pcf-光子晶体光纤、htf-耐高温光纤、hpcf-塑料包层光纤、hnlf-高非线性光纤、gimm-玻璃包层渐变型特种多模光纤、dcf-色散补偿光纤、c-smf单模耦合光纤等【14】。3.3其他相关公司成都中住光纤有限公司（cdsei）是由成都普天电缆股份有限公司（cdc）与日

27、本住友电气工业株式会社（sei）于1998年共同组建的专门从事光纤产品的制造和销售的中日合资企业。公司于2005年通过iso9001、iso14001/gb/t28001三合一管理体系认证，成为业内最早通过三个标准的企业之一。上海朗讯科技有限公司（以下简称ltic）是朗讯科技在中国上海的一个重要组成部分和资源基地。ltic在以光网络为主体的通信领域里向用户提供工程设计、系统集成、市场销售和光网络产品的技术支持、售后服务与客户培训。itic销售与服务的光传输产品主要有光同步数字传输、光密集波分复用设备以及交叉连接设备与网络管理设备。ltic的光网络产品在国内的市场占有率超过30%。南京烽火藤仓光

28、通信有限公司融合了烽火通信和日本藤仓宝贵的管理经验、国际领先的技术与设备，本土优秀的人才。致力于光纤、光缆和ftth解决方案的研发、生产、销售及服务；目前，公司光纤生产能力400万kmf、光缆生产能力150万kmf； 2006年12月，公司成立十周年之际，已经累计向各类市场供应光纤1500万芯公里，光缆20万皮长公里，广泛应用于国内外的电信、电力、广电、军事、政府、高速公路等系统干线、城域网和接入网，受到客户广泛的好评和青睐。4.国外特种光纤生产厂家4.1美国nufern公司nufern公司于1996年4月正式成立,是全球最大的通讯设备公司，主要从事通讯设备的设计、制造和销售业务，产品包括公用

29、和专用网络、有线与无线通讯系统和软件、数据网络系统、网络产品、商用电话系统和微电子。1998年公司财政年度的销售额超过亿美元【15】。nufern公司是世界领先的最大的特种光纤制作商，在特种光纤的开发和生产方面处于领先地位，其中用于光纤激光器和光纤放大器的稀土掺杂光纤处于世界最高水平，陀螺光纤和其他的偏振保持光纤也有最丰富的产品线，用于太空和航天领域的抗辐照光纤以及极端苛刻环境应用的特种光纤也享有盛誉，此外，光敏光纤和特种单模光纤也有较大的市场应用。nufern公司同时开发工程化的光纤激光器和光纤放大器模块用于科研和oem集成商，在完整的光纤激光器系统开发和生产方面也有突出的实力。nufern的光纤激光器和光纤放大器产品具有高精密，极其出色的可靠性，复杂程度低等特点，功率范围从几瓦到千瓦级。nufern公司是特种光纤以及光纤集成领域的专家和领先者，技术团队在特种光纤和光纤激光器领域的研发经验超过300年。nufern公司的产品系列包括：稀土掺杂光纤。特种单模光纤，特种多模光纤，抗辐射光纤，偏振保持光纤，保偏陀螺光纤，光敏光纤。光纤激光器模块，光纤放大器模块。脉冲打标光纤激光器，1.0um、1.5um激光雷达用脉冲光纤激光器。千瓦级光纤放大器平台（保偏、非保偏，单模、窄线宽7ghz）【16】。4.2美国康宁公司美国康宁公司是全球最大的光纤生产商。1970年康宁发明了第一根可商用的