塑料光纖：光纖通信新增長極

劉闊 張大明

在光纖通信產業中，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，但是在通信網絡的最后一環，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的造價，同時，由于其柔韌性能有限，難以適應網絡終端復雜的線路布置，導致整個通信網絡無法形成。而塑料光纖以其質輕、柔軟、力學性能好等優點已經被開發成為一種新型的網絡傳輸媒介，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勢，成為未來光纖入戶首選材料之一。

縱觀全球塑料光纖產業，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、歐盟等發達國家投入了巨大的精力和資金用于發展塑料光纖產業，企圖在國際日趨激烈的知識經濟競爭中一直占據有利的位置并主導行業標準。我國的塑料光纖產業與之相比起步較晚，但發展十分迅速。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，緊接著國內許多大學、研究所和公司紛紛投入對塑料光纖及其相關器件的研究，實現了低損耗PMMA塑料光纖的產業化生產、制定了許多通信行業標準、研制了塑料光纖參數測試儀器，并逐步開始進行光纖到戶的實驗。

目前來看，我國塑料光纖產業雖然已經取得了巨大的進步，但相對于日本等國家還是落后的。在發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業的發言權和參與行業標準的制定、加大對塑料光纖產業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業的開發中等等。近年來的產業發展現狀和未來的發展趨勢都表明，塑料光纖產業可以產生巨大的經濟效益和社會效益，同時對于需要高度保密性的軍事網絡行業和需要盡可能減輕材料重量的航空航天事業的發展，也具有極其重要的意義。

塑料光纖國際發展現狀

近年來，國際市場對塑料光纖產品的需求越來越大，日本、歐美等國家也越來越重視在塑料光纖產業的投資。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、汽車網絡系統等。尤其是在汽車網絡中，塑料光纖以其優良的機械性能完美勝任了在汽車復雜的空間結構中傳輸信號工作，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絡和工業、交通系統中取得了巨大的成果，發展了很多相應的儀器，逐步建立行業標準。每年一屆的國際塑料光纖會議見證了塑料光纖產業的誕生和成長，指引著全世界塑料光纖研究者和研究機構的前進方向，向我們展示了塑料光纖產業未來的美好畫卷。

國內塑料光纖發展概述

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如重慶世紀之光、四川匯源、江西大圣等公司生產的塑料光纖產品質量不斷提升，國產產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，國內已有幾個專業化的塑料光纖生產廠家生產的通信用塑料光纖衰減值小于200dB/km。但國內大部分產品綜合性能仍低于進口產品。根據我國產品與日本產品的環境適應性能測試對比結果，我國的塑料光纖產品干熱、濕熱附加衰減均低于2dB/100m，符合國際標準。但在溫度循環附加衰減測試中，我國產品表現低于日本產品，溫度穩定性相對日本產品仍有差距。

從應用市場方面看，塑料光纖在各領域應用越來越廣泛，如辦公自動化、工業控制網絡化、家庭智能化、軍事通信、汽車網絡等領域對塑料光纖產品的需求越來越大，市場保持著良好的持續增長的趨勢。

根據中國塑料光纖產業聯盟測算，2015年國內塑料光纖市場容量在170億～180億人民幣之間，2016年國內市場需求超過200億元。在光纖到戶（FTTH）工程中塑料光纖更是發揮了巨大的作用，我國自2006年開始全面啟動FTTH市場的大規模建設，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，據中國信通院的統計和預測，我國的光纖到戶投資資本將迅速增長成為亞太地區發展最快的國家之一，估計中國的光纖到戶投資將占亞太地區的1/3。同時行業認可度逐步提升，在通信行業、電力行業、汽車領域起更多的行業標準，更進一步推動塑料光纖產品的廣泛應用，開拓更廣闊的市場。

塑料光纖發展展望

從近幾年塑料光纖產業的發展情況來看，國際、國內市場需求仍將不斷擴大，塑料光纖的應用將向著多領域、深層次、多樣化的方向發展。日本不僅始終積極開發各種塑料光纖、相關器件及其應用，還積極從事POF標準化的活動，就目前塑料光纖產量而言，日本仍是世界上最大的塑料光纖生產者。同時，歐洲也積極推動塑料光纖新應用領域的開發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的戰略意義，為發展GI-POF技術成立了高速塑料網絡聯合體（HSPN），它促進ATM論壇于1997年5月通過了第一個POF工業標準。國內的塑料光纖產業也日趨完善和成熟，隨著歷屆全國塑料光纖光子學學術會議的召開，中國塑料光纖產業聯盟應運而生，制定了許多塑料光纖行業的產品標準，推動了其在電力等行業中的應用，我國已成為世界第一個擁有塑料光纖全產業鏈的國家。但是，相比國外先進的經驗技術和研發環境，我國的塑料光纖領域科研水平還有待提高，我國公開的塑料光纖技術領域專利具有發明人集中、新人較少、數量逐漸下滑的特點，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，提高塑料光纖領域科研投入、培養更多技術人才、探索多領域對塑料光纖產品的需求等是我國塑料光纖產業未來應當解決的問題。伴隨著在汽車網絡、消費電子和傳感器、工業控制、照明以及傳能、軍事通信等領域的進一步應用，塑料光纖產業市場將不斷成長，加速“三網融合”的實現，創造新的社會效益，成為經濟發展中新的增長點。（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。）