特种光纤未来大有可为

  • 2019-02-14
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摘要:随着数字化,网络和智能时代的到来,信息传输领域正在经历爆炸式增长。面对各种信息需求,以及特种领域的传输需求,特种光纤已成为信息传输的主要媒介,支持信息多元化市场的发展。特别是在智能电网,军事,医疗和能源等特种领域。本文将分析特种光纤的现状、分类和具体应用领域。

  摘要:随着数字化和智能时代的到来,信息传输领域正在经历爆炸式增长。在面对特种领域的信息传输需求方面,特种光纤已成为信息传输的主要媒介,支持信息多元化市场的发展,特别是在智能电网,军事,医疗和能源等特种领域发挥着重要作用。本文将分析特种光纤的发展现状、分类和具体应用领域。

  随着光纤逐渐渗透到各个行业,特种光纤市场正在迅速开放。特种光纤技术具有技术要求高,技术难度大,与最终用户需求紧密结合的特点。美国对华高科技出口管制的20种产品清单明确包含了特种光纤,这迫使中国特种光纤的技术努力突破、市场蓬勃发展。

  特种光纤的发展现状

  特种光纤用于特定波长,由特种材料制成,根据特殊波长结构设计,采用特殊涂层材料,具有特种功能。在封装方法和尺寸方面,国产特种光纤主要包括偏振保持单模光纤,大直径大数值孔径光纤,双包层光纤和三角芯光纤。我们日常所说的特种光纤主要是指偏振保持单模光纤。

  从狭义上讲,特种光纤是一种具有特种性能的光纤,其用途与国际通信标准光纤不同。其材料掺杂,结构设计,工艺,传输波长,光学性能,机械和环境特性都很特殊,服务于不同的行业领域。从广义上讲,特种光纤和通信光纤专用光缆甚至组件都属于特种光纤(产品)范畴,应用于电力、通信、石油石化、传感、军事和工业等各个领域。

  目前,我国特种光纤市场的主要特点是市场分散,总需求量小,产品种类繁多,生产工艺复杂,制造成本高。在国内,没有统一的产品质量标准,大多数生产企业的产能都很小。从应用市场来看,国内航空航天,风能,燃料电池等新型工业应用将为特种光纤提供更多市场。

  预估2014-2019年全球特种光纤市场年复合增长率达到7.8%,到2019年,全球特种光纤产能有望增至8.417亿磅。其中,中国占增量的34%。从区域市场而言,北美、西欧和日本是全球最大的三个特种光纤市场,占全球总需求量的72%,低于2007年的76%。未来5年,包括中国、印度在内的新兴经济体还将迎来特种光纤这一市场的快速发展。

  特种光纤的分类

  保偏单模光纤是最常用的特种光纤,偏振保持光纤,指能使输入该光纤的线偏振光独立、稳定的在光纤中传输的一种单模光纤。偏振光是光波、电磁波、电场振动方向不与传播方向一致的光。线偏振光指光波电场的指向限于某一平面内,只沿一个方向振动的偏振光。以下对偏振保持单模光纤将做更详细的分类。

  1、单偏振光纤。通过专门设计与制造工艺,使光纤中构成基模的两个线偏振模之一为导模,可低损耗传输。另一个模截止或产生严重泄漏而衰减,使这种光纤的输出光始终只有一种单一的偏振模式的光纤。

  2、红外光纤。传递波长为2-4微米中红外波段内的光信号或光能量的光纤。在宽波段内色散很低对辐射的敏感性亦很低。可用于超长距离无中继,超大容量的通信系统、抗辐射通信系统、红外光纤传感器和非线性光学元件、红外能量传输线等。

  3、塑料光纤。包层为低折射率、纤芯为高折射率的透明塑料制成的光纤。直径为数十微米至数毫米。在远红外和紫外波段比光学玻璃的透过率超过50%,与发光二极管配合使用,可用于传输距离120米以内低速率的光通信系统。

  4、耐辐射光纤。用耐辐射材料制作的光纤,可以在核辐射环境中正常工作。一般玻璃光纤受核辐射时会因染色而失去透光能力,含铈的玻璃具有很好的耐辐射能力,因此用来制做光纤可以获得较好的效果。

  特种光纤的应用领域

  通信/器件应用领域:主要是用于通信信号放大和光纤激光器的掺铒和掺铒有源光纤,用于通信和通信设备的保偏光纤,耦合光纤和抗弯曲光纤用于无源光器件,色散补偿光纤用于通信传输网络的色散管理等;

  军工应用领域:耐高温光纤/紫外光纤/弯曲光纤/ UV光纤等在高温高压等恶劣环境下使用, FOG保偏光纤用于航空核心器件光纤陀螺,抗辐射光纤用于光纤延时器;此外,还有用于激光雷达的高功率激光传输光纤和电缆,以及超连续光子晶体光纤。

  电力应用领域:玻璃光纤覆盖的大芯光纤和塑料覆层,电力电缆和转换器阀门和风力发电系统的控制部件;此外,光纤电流互感器用于超高压电流监测。

  医疗应用领域:用于激光手术的各种类型的钬激光和绿色激光的特种医疗大芯光纤,用于激光成像的特种数值孔径和用于端部的光导,还有用于医疗传感的传感光纤产品,需要医学认证。

  能源/轨道交通应用领域:用于轨道交通机车加工的长距离输油管道用振动传感电缆,耐高温光纤和石油石化电缆传感光缆用于大芯线能量传输光纤和轨道结构健康监测。

  国内领先企业情况

  2015年,在相关多元化的战略之下,长飞成立了特种产品事业部。在过去的几年中,长飞特种事业部实现了高速增长,年复合增长率达35%左右,营业额从起步阶段的数千万到2018年的近3亿。

  目前,国际市场的竞争格局上,形成了两大深度联盟,它们基本具备全系列化特种光纤产品,在国内外相关市场具备稳定优势,即康宁与藤仓联盟、OFS与古河联盟;此外,也有一批具备专有技术和自身市场的特纤厂商,如Nufern、LEONI、Fibercore、J-Fiber、Fiberguide等。

  我国的光纤光缆厂商在生产特种光纤方面,只有少数形成了国产化产业链规模,长飞作为全球领先的预制棒、光纤和光缆生产厂商,在特种光纤领域精耕细作多年,拥有PCVD和MCVD等核心预制棒生产工艺和平台,经过多年的技术沉淀,在市场驱动下,长飞公司已经实现了特种光纤全系列化,拥有完善的特种光纤预制棒及相关原材料—全系列特种光纤—特种光纤组件及系统模块产业链结构,产业链具备核心国产化规模。

  从未来应用上看,特种光纤将在三大领域大放异彩。一是物联网细分市场,随着整个社会的信息化水平不断提升,大量的非运营商的企业网和专网有“光进铜退”的需求,如核电、石油石化等特殊化场景下需要使用特种光纤;二是感知网,分布式传感网对于光纤的精度和实时性都有非常高的要求,长飞早在2015年就开始了基于特种光纤的分布式光纤传感技术的研究;三是高端智能制造,随着智能制造水平的不断提升,光纤激光器的需求将快速增长,长飞目前正在加快工业级系列激光产品的研发。

  结语

  作为光纤技术未来的发展方向,特种光纤在各个领域尤其具有广泛的应用。近年来,一系列特种的光纤,例如用于光纤传感的保偏光纤和用于光纤激光器的掺铒光纤,已经迅速发展。随着《中国制造2025》和物联网技术的不断推进,特种光纤能满足特殊行业不同应用环境下对各类高端信息技术的需求,有助于提升其智能制造水平,因此特种光纤在未来的工业互联网当中具有重要的一席之地。中国的特种光纤产业将在未来20 - 30年内经历革命性的变革,数字化、网络化和智能化是革命性变化的核心技术和主要途径。


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