光纤

最近，军武菌家里升级了光纤千兆网，虽然知道光纤作为传输媒质，能使网络具有高带宽、低时延、低损耗、抗干扰的特点。但实际体验效果还是令军武菌感到十分惊叹，不仅4K追剧进度条可以随便拖，甚至下载近70G的《赛博朋克2077》也是千兆满速，1分钟完成。          

         

再回想起军武菌刚刚接触网络时，那时候还是56K的猫拨号上网，速度慢声音吵不说，价钱还死贵，一天只舍得上一个小时，导致军武菌的第一次网恋胎死腹中。

▲有几个人还认识这东西？          

这让军武菌不禁想到一个问题，中国网速是如何在百倍提速的情况下，还把价格降下来的？

         

这就要从崛起的中国光纤产业说起了......          

         

1870年的一天,英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，做了一个著名的试验，在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。          

         

随后人们发现，光不仅能沿着从桶中喷出的细酒流传输，还能顺着弯曲的玻璃棒前进，那能不能利用这种玻璃棒传送信号呢？          

1880 年，亚历山大·格拉汉姆·贝尔（就是贝尔电话公司创始人）发明了光束通话传输。但是这只是个实验室产品，想实现远距离传输，那就必须使用一个透明的长条体，也就是细长玻璃丝。

         

按照贝尔的设想，当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。但是贝尔发现，光在玻璃丝中的衰减非常大，传输不了多远就看不到了，这项技术随即搁置。          

1966年，华裔科学家高锟发表了一篇题为《光频率介质纤维表面波导》的论文。          

高锟在论文中认为，只要解决了玻璃纤维的纯度问题（减少杂质），就可以减少光信号在玻璃纤维中的衰减。当衰减率下降到 20 db/km时，这根玻璃纤维，就可以用于实用型通信。

         

这篇论文，开启了光纤时代的大门。          

但是论文发布后，所有人都认为，这种纯度的玻璃不可能实现，因为当时纯度最高的玻璃纤维，衰减率约为 1000 dB/km。想要将这个值减小到 20 dB/km，并不是50倍的关系，而是惊人的10的98次方系数关系。          

高锟的论文被称为天方夜谭，当时他找世界各地玻璃厂试制的举动也被无情拒绝。          

后来，美国历史最悠久的玻璃制造企业——康宁公司（也就是给苹果生产手机屏幕的公司）注意到了这个论文，认为很有价值，于是开启了高纯度玻璃纤维的研发。

         

康宁公司放弃光学玻璃路线，改用熔融石英路线（SiO2，二氧化硅），因为石英可以做到高纯度。          

1967年，康宁公司基于掺钛二氧化硅，拉出了第一根试验型单模光纤。经过测试，这根光纤的衰减仍然很高，但已经进步很大。          

1970年，革命性的光纤诞生了，康宁公司拉出了一根29米长的光纤，测试衰减值，达到了17 dB/km！          

自此，世界上第一根符合理论的低损耗试验性光纤，正式诞生。          

两年之后，康宁公司以掺锗纤芯代替掺钛纤芯，采用外部气相沉积 （OVD），制造出了一条多模光纤，损耗低至 4 dB/km！1976年，世界第一条民用光纤通信线路开通，人类通信进入“光速时代”。

         

光纤的成熟引发了世界通信革命，因为相对于铜线每秒1.54MHZ的速率，光纤的运行速率达到了每秒2.5GB！从带宽看，光纤也具有较大的信息容量，电缆通信最多一个G，而光纤是10的15次方赫兹，那是电缆通信的千倍万倍。          

而且光纤电缆对诸如无线电、电机或其他相邻电缆的电磁噪声具有较大的阻抗，使其免于受电噪声的干扰。从长远维护角度来看，由于光纤采用的玻璃材质，不导电，不会因断路、雷击等原因产生火花，因此安全性强，在易燃，易爆等场合特别适用。          

         

所以相比电缆，光纤传输具有衰减小、频带宽、抗干扰性强、安全性能高、体积小、重量轻等优点，在长距离传输和特殊环境等方面具有无法比拟的优势，从而开始进入普及快车道。          

1980年，普莱西德湖冬奥会首次使用光纤传输电视信号，取得了巨大成功！

         

后面的故事大家都知道了，光纤技术迅速崛起，取代电缆成为整个通信网络的骨干底座，可以说，没有光纤，就没有现代互联网，我们每一个人，都是光纤技术进步的受益者。         



在光纤领域，其实中国起步并不晚。          

在美国康宁公司突破光模光纤技术的时候，中国武汉邮电科学研究院光通信研究所副所长赵梓森也注意到了美国的研究方向。          

他意识到了光纤的广阔前景，意识到这是中国通信技术赶超世界的有利时机，于是在1974年提出了研究光纤的报告。

         

但是在那个通信全靠电缆的年代，怎么可能有人相信光纤的前景？议题讨论的时候听到最多的一句话就是：“玻璃丝怎么能通信！？”          

还好，当时的邮电部领导支持这个破天荒的创新，尽力为他创造可能的条件。          

赵梓森顶住各方压力，在一无技术、二无设备、三无人员的情况下开始技术攻关。就是在这种艰苦条件下，经过近3年的努力，赵梓森团队硬是用酒精灯、氧气、四氯化硅等最基础的原料拉制出我国第一根实用型光纤。

         

这根光纤长度达到 960 米，衰减在每公里 20dB 以下，技术水平远超康宁拉出的第一根光纤。          

近水楼台的武汉人享受到了这个技术的红利，1982年12月31日，我国第一个光纤通信系统工程——“八二工程”按期开通，“‘八二工程’全长13.3km，速率8.448M/S，能传输120路电话。武汉市民第一次尝试了通过光纤打电话，开创了我国数字化通信新纪元。          

但是，中国当时的光纤技术有个很大问题，那就是光纤成本，因为是实验室产品，想大规模量产很难，成本也很高，造个十几公里的试验线路没问题，但要想在全国铺开，造个几亿公里，并不现实。

         

要想快速实现通信光纤化和光纤产业化，当时只能引进国外先进技术。          

但中国代表团在美国、日本、英国、德国、荷兰走了一圈，只有荷兰的飞利浦愿意将核心技术转让给中方。          

1988年，原邮电部、荷兰飞利浦公司、武汉市政府共同成立“长飞光纤光缆有限公司”，中国光通信历史上的第一家中外合资企业由此诞生。          

公司取名长飞，寓意“长江边的飞利浦”。

         

1992年，长飞生产出中国第一根量产光纤，并很快实现规模生产，在光纤光缆产业上走在了时代的前列，从根本上改变了中国依赖进口光纤光缆建设国家光缆通信干线的历史。          

但由于当时的工艺技术全部靠引进，制造设备、配件也全部来自于国外，企业的生存和发展受制于人。

         

不甘于只做“海外工厂”，长飞希望能产业自主化，但飞利浦怎么会放弃这只下金蛋的鹅？坚决不干。          

1994年，双方谈崩了，飞利浦将股份转出，长飞中的的“飞”的寓意，从飞利浦，变成了腾飞。          

随后就是20世纪末互联网大爆发，国内光纤宽带网络建设不断向前推进，国内市场对光纤光缆的需求量长期处于高位，吸引了大量民企投入光纤制造产业。          

但是因为长飞的产能限制，绝大部分民企，只能买光棒（光纤预制棒）自己拉光纤，或者买光纤做光缆，光纤预制棒高度依赖进口。

         

但是，光纤预制棒非常昂贵，光纤预制棒、光纤、光缆所占整个行业链的利润比为7：2：1，也就是说，中国生产一公里的光纤，有70%的利润都要被国外厂商拿走。所以，光纤预制棒被称为光纤产业的明珠。          

这也就是为什么中国光纤价格居高不下的原因，在2000年左右，中国光纤价格达到每公里2000元。          

“为什么中国企业要受制于人？为什么我们只能生产光纤、光缆，不能自己制光棒？”这个疑问摆在了无数中国光纤人的身上。

         

对此，国家采取了两个策略。          

第一是加关税。2004年，中国商务部宣布对产自美、日、韩三国的G.652单模光纤在入境时征收对应的反倾销税，2010年12月31日，中国商务部决定继续对其在入境时课征反倾销税。          

国外的光纤和光棒被征收反倾销税后，进口价格上涨，一方面倒逼国内光纤厂商开始研发技术，攀登光纤预制棒的高峰；另一方面也可以倒逼国外预制棒厂家向国内市场迁移，采取与国内企业合资或者独资的形式，将预制棒技术向中国转移。          

         

第二就是鼓励自研。国家对光纤行业给予了大力支持，不仅开放研究所相关技术，而且在资金领域也给与了扶持。国内数家光纤生产企业随即加大了对光纤预制棒的研发投入。其中长飞、烽火、富通、亨通、中天几家光纤企业表现最为突出。          

比如国内光纤长子长飞，在当年引进的OVD基础上，攻克了欧洲的改进版PCVD工艺，实现光纤光缆整套设备的自主研发和生产，还攻克技术含量最高的PCVD预制棒制造装备的自主设计研发，且自主研发的PCVD设备生产工作效率比原来进口的更高。

         

随后，长飞进一步瞄准国际最先进的技术，目前已经成功开发出具有完全自主知识产权的VAD（管外气相沉积法）+OVD（轴向气相沉积法）工艺与设备平台，并在湖北潜江打造全球最大光纤预制棒生产基地，实现VAD+OVD项目的规模化生产，目前长飞公司已经超越康宁成为世界上最大的预制棒光纤光缆生产厂。



另一家企业亨通也在光纤预制棒上实现了突破，不仅攻克了预制棒技术，而且实现了大尺寸预制棒极其大规模生产的技术，此外还在业界首创了CCVD（连续化学气相沉积）等高层次技术低成本的光棒制作方法。          

在光棒生产过程中，越长越粗的光棒，制造成本越低。而且亨通光电自主研发的CCVD光棒制作工艺与其他几种工艺相比，效率更高，衰减更少，非常适合做海底光缆用。目前亨通已经建设成功了亚洲最大的光纤预制棒生产基地，每年可以生产出2500吨光纤预制棒，如果这些光棒全部拉成光纤，可以绕地球超2000圈。

         

正是因为如此，中国光纤才彻底突破了外国的卡脖子，实现了光纤价格白菜价，每公里价格只有40元了。在中国工程院庆祝改革开放40周年座谈会上，邬贺铨院士透露，中国光纤，“按单位长度算光纤比面条便宜了”！          

在这种“做什么都能做成白菜价”的神奇技能加持下，中国光纤产业已经成为世界上的巨无霸，世界十大光纤企业之中，中国企业占了七个，2022年全国光缆产量3.46亿芯千米，位居世界第一，占世界的60%以上。

         

更可贵的是，中国光纤前景十分广阔，根据工信部发布的《“双千兆”网络协同发展行动计划》提出要扩大千兆光网的覆盖范围，到2023年底，全国建成100个以上千兆城市，实现城市家庭千兆光网覆盖率超过80%，这必将给中国光纤产业带来更大的爆发机会。          

追光30余载，从“引进来”到“走出去”，从“用市场换技术”到“用技术换市场”，谱写了中国光纤事业的一曲史诗。