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发信人: cs (cs), 信区: Physics
标  题: 光钎50年过去和未来--晏卫忠
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年04月17日19:02:38 星期二), 站内信件


光纤五十年：过去与未来（晏卫忠）
    自从1975年光纤革命以来，在过去的25年里，我们已经看到了巨大的变化，在未来
的四分之一个世纪里，这种爆炸性的增长将继续保持。
    光纤作为一种通信链路，其幼年时期是从1975年开始的。从那以后它的发展令人惊
奇。由光纤带来的带宽革命将在未来几十年里继续保持快速发展势头。
    通信用光纤产品的全球消费额从1975年的250万美元将增长到2000年的158亿美元（
以口前的美元计）。这种令人瞩目的增长将继续，虽然增速变缓，到U2025年将达7390亿
美元。与光纤通信相关的软件由将相应地增长。光纤产品和电子以及其他产品加上软件
合起来，将使全球通信设备市场在2025年达到数万亿美元。
    领先潮流的光电子
    有源光电子器件在全球光纤产品总市场份额中所占比重在1975年为16％，到2000年
将上；升到40％（62.9亿美元）。这个数包括光发射机、光接收机、光收发模块、光放
大器（光纤型和半导体型）以及其他有源器件。这一增长趋势将继续保持，到2025年将
达到52％（3830亿美元）。光缆敷设量的增K将变慢，所占份额将降至5％。那些日前市
场上还微不足道、大多数还未问世的产品，将在2025年时占有全球光通信产品消费市场
的24％的份额。
    光纤产品的大规模采用成为全球宽带通信网络飞速发展的有力基础。网络的扩张又
将带来全球性的传送业务收入的大增长，这些业务需求包括Internet的蓬勃发展，大量
的全球数据传送，以及其他一些在1975年不可想像的重要业务。没有带宽的迅速增民，
这些大量的收入增长将无从谈起。
    对诱人投资回报的合理期望促进了网络容量的发展。如果没有金融期望，国家安全
（军事）需要，和高额的回报，技术将只会停留在演示上。
    意识到这一点非常重要：那就是寻求军事优势给通信带宽增长提供了较大的推动力
。例如Internet的起源和发展是出于国家安全考虑的。没有这种需求，Internet现在也
许不存在。军事需求目前正促进体积只有小鞋盒子那么大的tera－FLOP计算机
（一种2015年商用桌面机的前身）的出现，顺便提一下，这种计算机内将塞满高密度光
互连器件。
    先进的业务
    过去25年来和未来一段时间内的通信带宽的增氏方式与数字电子集成电路（IC）的
动态增长模式相似。由于每吉比特一公里的传送成本的迅速下降，一系列与带宽有
关的产品和业务将很快铺开＃迅速增长。这些产品和业务包括：
    视频娱乐节目：采用速率高达几十兆比特的数字电视，提供同实物一样大的高分辨
率、3D、真彩色视频娱乐节日。
    可视电话：到2025年，全球将有一亿户以上的家庭装有带大型3D彩色屏幕的可视电
话。
    视频会议：通过Inlernet提供桌面或膝上机的一对一型或组对组型会议电视系统。

    大量的、即时的、连续的全球数据传送：允许几百万大小公司以及部门内部的各个
相互连接的高瑞工作站之间进行数据通信。
    来自工业、民用、商用和军用的各种检测仪表的数据的采集。
    全球化继续发展
    世界各国（尤其是最发达国家）之间的经济活动和政界活动将变得交加相互依赖。

    全球网络：少数几个全球性的用户到用户通信公司将主宰全球通信市场。TeleGlob
e就是一个样板。AT＆T将成为一个领先的全球电信公司。这种全球化的过程将通过收购
、兼并、合股和新建的方式来完成，而大量地教设陆地和海底公用（用以出租）光缆为
完成这一过程奠定了基础。蜂窝（陆地和卫星）网、卫星长途同和有线电视网络将集成
进多功能的用广到用户网络中来。本地交换公司（LEC）将变得更加无足轻重。私营全球
光网络将迅速发展。采用一个便携式收发信机，以低廉的成本，实现在任何地方、任意
时间、对任何人的通信（话音、数据、图像和视频）将变得可行。语
言翻译、语音硬拷贝、用户定位／连接、语音识别和其他外延业务将变得十分普遍。随
着网络的不断合并和吞吐量的不断增加，网络接口将日益变得能够在同一个通路内承载
各种信号格式。网络设备将成为多协议型，各设备供应商也将合并成交大的供应商以提
供这些设备。
    全球业务：对共同感兴趣的商务运作的合并过程将继续下去。依赖于通信的主要业
务有遍布全球的生产、研发、管理和客产服务。而高带宽的、即时的通信为此打下了基
础。随着远程办公形式的大量采用，知识员工的物理位置将彻底发生变化。小型办公室
／家庭办公室的光纤连接将非常普遍，这将引发明显的人口迁徙：成百上千的员工将搬
迁到那些价钱更低和／或生活更舒适的住宅中去。上下班人员的流动量将大大减少。出
差量不断上升的趋势也将趋缓。
    政府全球化：发达国家将更多地通过各种全球合作组织来协调世界经济、军事、人
道主义和其他活动。这样的组织有世界贸易组织、国际货币基金会、北美自由贸易联盟
、联合国以及象北大西洋公约组织这样的军事合作组织，还有其他类似机构等。
    小用户的作用上升
    在我们进入21世纪时，大型企业、政府和教育机构是光纤通信市场中处于支配地位
的用户。然而目前北美的企业中有90％属中小型企业（雇员的数量分别在100－499之间
和100以下），其中拥有光纤连接的很少。低成本的、无处不在的宽带通信将有
力地支持小型企业的大力发展，包括家庭式企业办公，远程办公也将迅速发展。预计，
这些企业和2亿以上的全球居民用户到2025年将拥有自己的光纤连接。竞争将使商用光纤
连接更加可靠，通过各种各样的接入方式接入到大楼中去（城区光纤系统、网状／环状
网络和光交换将首先采用）。
    器件将继续发展
    在过去的十年里，光纤器件性能取得了重大进展。光纤放大器和DWDM系统已被广泛
采用。激光器模块的速率已从622Mbit／s倍增到10Gbit／S，40Gblt／s的也已处于初期
试用阶段，光纤性能也有所提高。这种趋势将继续下去，维模光纤的可利用传输带宽将
超过400nm，能够容纳1000条以上的波长通路，每个波长的调制速率可达160Gbit/s。其
他的技术开发成果如下：
    ＊透明的光交叉连接开关：能支持即时的业务流重配置和抗灾恢复能力，并且能够
扩展到1024X1024通路的无阻塞互连。
    ＊不断地由分立元件演进到集成“超级元件”，到混合光电子集成电路（OEIC），
到单片OEIC，逐步提高性能和降低成本。
    ＊全光网（AON）：横跨各大洲、无增音机、高速数据传输、高密度DWDM网状网。
    ＊全光分组式交换机，含Internet路由器。
    ＊通过副载波调制增加承载能力。
    ＊卫星之间的多太比特自由空间链路。
    ＊在400nm波长带宽内，通过采用色散管理，光纤可支持的信号传输速率可达160Gb
／s。
    在未来的25年内，最具增长活力的光纤器件将是无源光器件。它们的需求将以每年
20％的速车速增，如表1所示，到2025年将达1410亿美元。这些无源器件包括连接器、耦
合器／分路器、滤波器和光开关（“透明”），还有“其他器件”，如表2所列。
表1 全球光器件消费情况一览表  1975
 2000
 2025
 平均年增长率%
器件类型
 $Million
 %
 $Billion
 %
 $Billion
 %
 1975-00
 2000-25
光缆
 1.78
 71
 4.51
 28
 40.36
 5
 37
 9
有源器件
 0.4
 16
 6.29
 40
 383.1
 52
 47
 18
无源器件
 0.16
 6
 1.45
 9
 140.52
 19
 44
 20
其他有源和无源器件
 0.15
 6
 3.59
 23
 175
 24
 50
 17
总消费额
 2.49
 100
 15.84
 100
 738.98
 100
 42
 17
表2 光通信器件全球消费趋势
(器件)
 1975
 1985
 1995
 2000
 2005
 2015
 2025
耦合器/分路器
 0.05
 6.2
 55
 125
 289
 1510
 5320
光开关
 0
 0
 390
 2050
 4330
 14,100
 38,300
滤波器
 0
 0
 40
 340
 890
 5500
 25,300
光放大器
 0
 3.9
 55
 505
 2390
 15,800
 86,500
    光纤光缆的敷设量在带宽革命的初期年增长率都超过了100％，后来逐渐下降。这种
趋势将继续下去，到2025年肘增长率几乎为0，从2000年到2025年的年平均增长率只有9
％。
    网络将继续朝着全球用户到用户的方向演进；通过公用光缆，逐渐合并成少数几个
全球性的大网；实现任何人、任何地点、任意时间，设备到设备之间的话音、视频和数
据业务的互连；全球通信吞吐量（G比特X公里）将比2000年扩大10，000倍以上。Petab
it链路将变得很普遍。
    尽管世界各地的大型研究机构都已演示了OEIC的优异性能（尤其是在80年代末期）
，这种技术至今未达到大量生产的程度。因此，在光纤器件方面，我们还处在采用分五
元件和“固定螺栓”的组装时代。然而产品数量和性能的限制已开始促进人们逐步采用
OEIC产品。Alcatel、Lucent、Bookham和其他一些公司现在正转向大规模生产混合OEIC
收发器，这将对2000年及其以后的产品设计产生重大影响。预计，到2025年，2.5Gbit/
s收发器的价格将降至10美元以下。
    光电子集成将由混合型问单片多通路型发展。采用亚纳米技术的高集成度单片光开
关其每一开关点的售价可望低于1美元、高吞吐量的光网络交换机（ATM、数字交义连接
器、Internet路由器）将由光一电一光结构演进为透明的光通路交换机。
结束语
    在未来的25年里，市场将在竞争中前进。那些至今在光通信方面投资较少的大公司
正在计划积极介入这一领域。
    传统的本地交换公司将逐步衰退和/或融入到全球光网络竞争者的队伍中来。
业务（话音、视频、数据和Internt）和业务提供者（本地交换和长途电信、有线电视、
直接广播卫星和蜂窝）将并入少数几个全球性的全业务网络中来，这少数几个网络将拥
有全球通信业务收入的80%。

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