跨大西洋和跨太平洋海底光纤

通过光纤进行通信的革命性想法大约出现在60年前。在20世纪60年代，对光纤的全面研究开始了，在20世纪70年代，光纤的商业化应用势头日益强劲。在这种情况下，NTT(当时的日本电报电话公社)和住友电气等3家电缆制造商建立了光纤联合研究体系。在此过程中，发明了一种称为气相轴向沉积法(VAD)的光纤制造方法。这是大规模生产的一项极好的技术。在20世纪80年代，这种方法得到了改进，并发展到可以批量生产更高质量和更低损耗的光纤，从而进入了全面的商业化阶段。

光纤是通过加热多孔硅玻璃棒并沿轴向向上拉制成的。关键是要制造一个大直径的预制体，从而能够制造出又长又细的光纤，以帮助提高生产效率。

此外，高质量(即低损耗)光纤的实现，因为用VAD方法制成的预制体含有最小的杂质。VAD方法的建立和推进是光通信时代的里程碑。

实现低损耗或光学衰减的改善是建立VAD方法的主要技术问题。当光通过光纤传输时，部分光在一定距离后散射到光纤外或被玻璃中含有的杂质吸收，导致光学衰减。光衰减大，导致光信号难以远距离传输，传输质量差，通信可靠性低。(光放大器用于恢复衰减的光信号。)因此，实现低损耗光纤是住友电气集团光纤工程团队面临的最大技术挑战。目前担任光纤电缆事业部规划部经理的大西正志(Masashi Onishi)是工程师之一。

实现低损耗就是要提高玻璃的透明度。在VAD法中，我们尽量去除杂质，但锗是必不可少的添加剂，同时也是杂质。光纤由芯层和包层组成。要通过光纤传输光信号，芯线和包层之间必须有折射率差。为了增加芯的折射率，必然要加入锗。然而，住友电机正在寻求实现高玻璃纯度，以实现最终的低损耗。因此，我们的前辈们努力开发一种芯中不使用锗的光纤。为了保持折射率差，在包层中加入氟以降低折射率，研制出无锗纯二氧化硅芯光纤。这种新型光纤被命名为z型光纤，并于1986年投入市场。”

传统光纤的典型传输损耗为0.20 dB/km，而z型光纤在研究水平和产品水平上的传输损耗分别为0.154 dB/km和0.17 dB/km。*这种超低损耗光纤震惊了光通信行业。

最终，工程团队为他们的低损耗光纤找到了理想的靶场。低损耗特性尤其有利于长途通信系统，其中海底电缆系统规模最大。1988年，光缆被引入第8条跨大西洋通信电缆(TAT-8)， 1989年，光缆被引入第3条跨太平洋通信电缆(TPC-3)。这些发展极大地改善了通信环境，使国际电话通信得到广泛应用。继续进行技术研究，进一步提高传输能力，1992年，以z纤维为基础的第四跨太平洋电缆(TPC-4)建成，传输能力比TPC-3增加了一倍。应该强调的是，低损耗光纤的重要性已被广泛认识，尽管传输能力的提高不仅是通过低损耗光纤实现的，而且是通过发射/接收光学器件的进步实现的。

* dB(分贝)是传输损耗的单位。“0.17 dB/km”表示每公里损失0.17 dB。整条传输线的传输损耗可以用它乘以传输线的长度来估计。

当低损耗光纤用于海底电缆时，一个新的问题开始出现:色散。随着半导体激光器的发展，光传输波长从0.8 μm(微米)、1.3 μm到1.55 μm。特别是1.55 μm波段的出现带来了重大影响。1.55 μm波段光纤的传输损耗最小，被认为是最适合长距离传输的波段。住友电机集团的z型光纤在1.55 μm波段损耗最低，但在1.55 μm波段色散不够小。色散是一种光传播速度随波长而变化的现象。这会导致某些波长的光脉冲变宽，这反过来又限制了单位时间内可以发送的脉冲总数，从而使大容量传输变得困难。住友电机研究团队在不影响低损耗特性的情况下，努力消除1.55 μm波段的色散。

“问题是如何控制和最小化色散。有必要通过添加添加剂来改变芯层和包层的折射率分布，从而改变色散特性。我们拼命工作，但无论如何，传播损失都在增加。不幸的是，我们别无选择，只能放弃开发。”

光纤在海底电缆中的应用不断扩大，但与z型光纤实现的低损耗光纤不同。在1.55 μm波段，采用锗来减小色散。

住友电机集团的海底光纤事业从2002年开始的10年里，由于信息技术(IT)产业的不景气，一直处于停滞状态。然而，集团秉承着“低损耗光纤将显著造福社会”的理念，不断努力开发超低损耗光纤。这种情况在2010年左右完全改变了，因为数字相干技术的出现，该技术被设计用来接收因色散而失真的光信号，并通过信号处理电路的计算来补偿失真。随着这项技术的商业化，光纤的色散要求大大放宽，并强烈要求减少传输损耗。在这个时候，住友电机集团投入了额外的资源进行开发，并在2013年取得了成果。平野正明(Masaaki Hirano)目前在光纤电缆事业部市场与工程部工作，他是开发项目的关键成员之一。

“为了最大限度地减少传输损失，我们专注于提高玻璃的透明度。一般认为光纤玻璃的折射率是均匀的，但现实中存在波动，并不是均匀的。我们努力将波动降到纳米级。我们相信，通过最大限度地减少波动来提高玻璃的透明度是唯一的出路。”

2013年，平野和其他成员在产品层面上开发了0.154 dB/km的光纤。住友电机的光纤再次吸引了全球的关注，业务开始大幅复苏。进一步加速发展，2017年，他们在研究水平上实现了0.142 dB/km的传输损耗，在产品水平上实现了0.150 dB/km的传输损耗，打破了光纤传输损耗的世界纪录。他们的成功开发促进了用于海底电缆项目的低损耗光纤产品的出货。最终，住友电机在全球海底光纤市场上获得了最高的份额。

开发下一代光纤的努力也在加快。Takemi Hasegawa，他在光通信实验室光传输媒体部门工作。，是成员之一。

“在我们的实验室，超低损耗光纤的发展是一个永无止境的主题。在以更高的成本和生产力满足客户需求的过程中，我们将一次又一次地打破世界纪录。与此同时，光纤的传输能力已接近理论极限。为了解决这一问题，我们将接受挑战，开发具有更多芯数的多芯光纤等新产品。”

Yasushi Koyano在光纤电缆研究室和光通信实验室工作。，密切监控研发活动和市场趋势。他负责增加住友电机集团在全球光纤市场的存在。

“拜访客户并在面试时考虑未来愿景是很重要的。显然，低损耗是住友电机光纤的关键技术，但客户要求质量和降低总成本。我们希望在技术上领先，为客户提供最好的光纤。我们将积极开拓世界新市场。”

住友电机集团的光纤有大约40年的历史。大西大西说:“许多前辈从未放弃过发展。”他们的承诺和信念已经成功地传递给了我们。以原创技术为基础，稳步打造独特产品，开创未来。