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日本通信级塑料光纤产业成功经验

2015-7-31 13:59:46      点击:
除了积极倡导科技创新,在塑料光纤产业发展过程中,日本政府营造产业发展的环境,在技术研发、产品化、标准化等方面对塑料光纤产业给予鼎力支持。
  日本是世界上最大的塑料光纤生产者,拥有塑料光纤产业相关的核心技术,在世界塑料光纤市场占据绝对优势。
  日本塑料光纤产业的发展历程
  自上世纪70年代至今,日本塑料光纤产业的发展经历了基础研究及产品化、标准化、产业化进程。在产业最初起步和应用发展过程中,科研机构、企业和政府从不同层面和角度发挥了积极的作用。
  首先,塑料光纤产业的基础研究与产品化。在企业方面,上世纪70年代中期,日本NTT公司进行了以通用树脂为芯层的低损失化基础研究。1976年三菱丽阳公司成功开发丙烯(PMMA)POF,并在两年之后开始销售。1985年,东丽公司、旭化成公司进入POF事业,1988年旭硝子公司着手开发Lucina透明素材氟树脂Cytop。 
  在基础研究与产品化进程中,庆应大学的小池康博成为日本塑料光纤产业的核心人物。1982年庆应大学小池康博等人在学会宣称GI(GradedIndex)-POF是有希望的,1989~1990年,小池作为客座研究员在贝尔实验室进行POF研究。1993年,小池等人发明在GI-POF(PMMA)里添加有机色素的GI聚合物光纤增幅器(amplifier),同时开始与旭硝子公司共同研究Cytop,1994年,时任副教授的小池宣称研制成功GI型POF,由于这一产品具有低损失、高频带的特性,在世界上首次确证可应用于高速通讯。这一年,小池任会长的日本POFconsor-tium正式成立。
  在企业的应用研究中,1994年NEC公司2.5Gb/s100m的POF传送成功,1995年NEC公司使用POF开发出FastEthernetLAN系统。1995年三菱丽阳公司确立高性能POF批量生产技术、GI型EskaGIGA(1Gbps/50m)出厂,POF首次实现超过100Mbps/50m的带宽。1997年三菱丽阳公司开始销售IEEE1394用的POF。日本科研机构的研究也获得了突破,富士通研究所1996年实验成功POF的大容量光链路。1995~98年小池负责实施了神奈川科学公园KSP光超传送项目。 
  其次,塑料光纤的标准化。1995年三菱丽阳和索尼公司提倡依据POF的IEEE1394规格的扩展(长距离化),1997年NEC等三公司加入正式提案,2002年认可IEEE1394扩展规格P1394b。1995年根据NEC、三菱丽阳、索尼等在ATM论坛上号召开展POF用于ATMLAN的标准化活动,1997年将其标准化。1998年开始NEDO塑料光纤试验方法的标准化事业(目的为POF的试验评价方法的国际标准化),1998年作为通产省事业EIAJ依据POF的信息家电机器间高速接口国际标准化委员会成立(目的为广域带宽POF基于IEEE1394的S400(400Mb/s)级的高速接口国际标准化)。2007年,财团法人日本光产业技术振兴协会发布POF楼宇布线系统技术标准,2009年修改后发布第二版。
  第三,塑料光纤的产业化。三菱丽阳、东丽、旭化成、旭硝子等企业率先实现量产,日本成为世界上最先实现塑料光纤产业化的国家。1999年,EIAJ实施用PMMAPOF进行信息家电机器间的高速连接的确认项目IEEE1394/S400100m传送成功,同年NEC公司发售POF用的IEEE1394网络适配器,实现最大50m的传送。旭硝子公司2000年发售小池教授发明的氟POF产品Lucina。2000~2003年EC的AGETHA项目开发面向汽车用POF-LAN的发光及受光单元。 
  在科研机构方面,一方面,高校等科研机构在研发方面发挥了关键作用,同时,政府对相关研究给予了大力支持。1998年起小池负责通讯广播机关塑料光纤的研究开发项目。1999年起通产省推动由小池负责的住宅领域信息系统基础设施融合推进事业,接受委托单位为电子信息技术产业协会(JEITA),进行依据IEEE1394的400Mb/s传送实验。2000~2005年,小池承担战略性创造推进事业(ERATO)光电聚合物(PhotonicsPolymers)项目。2002年,社团法人Tele-Work协会接受经济产业省委托,在庆应大学三田校园和自由丘等社区使用小池教授发明旭硝子公司生产的GI-POF产品Lucina,实施千兆比特网络的确认实验。2009年,以小池为核心从事的“构建世界最快速度传输的塑料光纤与高精细、大画面显示屏,创造‘Face-To-FaceCommunica-tion’产业”这一项目,成为日本内阁府“尖端研究开发支持项目”之一。 
  日本塑料光纤产品的应用
  日本十分重视塑料光纤的应用,众所周知,SI-POF目前已经大量应用在装饰照明与工业照明外,主要用于传输数据、传感器、车载与家庭网络等方面。GI-POF已经在大容量数据传输、FTTH等方面也有实际应用。
  SI-POF方面,如三菱丽阳公司塑料光纤Eska系列产品中,Eska是用于信号与灯饰,SuperEska用于数字音频接口与光导,EskaPremier用于机动车与机械控制,EskaMega用于消费电子与数字家庭,Eska-Miu用于家庭网络。而东丽(Toray)公司的POF产品的特点是阻燃性好,其PF、PG、PM、PJ、PFD等各系列产品主要用于数据传输,PG与PM系列也主要用于光导、光感和显示。除了PG系列工作温度范围在-55~70°C,其他系列工作温度范围均在-55~85°C。
  GI-POF方面,笔者在东京旭硝子总部了解到,Lucina自2000年开始销售后,在学校、医院、住宅楼等都有实际应用,FTTH方面也有实际应用在10多个高层住宅和100多处普通低层住宅。但到2006年-2007年间,FTTH施工工程就不再做了。因为研发出了比Lucina成本较低的新一代产品FONTEX。FONTEX产品于2010年7月面向全球同步销售。 
  庆应大学小池教授持续推进GI-POF的研究,和旭硝子等公司一起,将一些成果转化为产品并得到推广应用。比如,财团法人庆应工学会推行的GigaHouseTown项目,建设高度信息化的住宅群,以规模效应验证塑料光纤在住宅楼宇广泛应用的可能性、可行性、有效性和经济性,这种尝试在世界上具有首创性。
  POF元器件方面,NTT、住友电气工业、古河电气工业等许多公司在光连接器、光耦合器、光导以及其他配套产品的研发方面取得了大量的专利,应用技术投入生产并推进了POF市场。塑料光纤生产厂家也研发和生产了大量配套的元器件产品。
  日本塑料光纤产业发展的启示
  企业是创新的主体,在塑料光纤方面,日本一些著名企业积极研发并进行成果转化,率先在世界试制成功并上市销售POF。日本企业关注新兴产业的发展,愿意在新产品研发方面持续投入,积极推动新技术的产品化和产业化,将塑料光纤产品推向市场并进一步项国际市场渗透,这种创新开拓、持之以恒的企业精神是塑料光纤产业迅速占领世界市场的关键。 
  大学科研机构是助推器,以庆应大学小池教授为核心的科研团队长期坚持研究,并积极推动应用;在日本企业研发、生产、上市、联盟、获得政府支持的每一个阶段,都有小池活跃的身影。这表明,在塑料光纤产业的发展过程中,庆应大学科研不仅停留在基础研究方面,还与社会、与企业紧密相连,日本高校科研人才扮演了新技术和新产品推动角色。
  政府是强力支持者和引导者,日本政府在塑料光纤产业发展过程中的表现为,不仅仅停留在口号或文件报告上,而是营造产业发展的环境,在技术研发、产品化、标准化等方面对塑料光纤产业给予实实在在的鼎力支持。
  知识产权和标准化是重要手段。日本首先是推进研发,申请并获取专利,在日本POF快速发展的上世纪90年代,日本塑料光纤相关专利达到1786件,70%集中在22个开发主体,其中小池康博的专利有63件。其次是推进标准化,建立独立于欧美体系的日本自身的标准。 
  重视产学研结合和横向联合。相关人员介绍,日本国家政府对塑料光纤研发的投入相当大,小池的研究项目有企业人员参加,项目经费也会提供给企业使用,得到经费的企业一般都会进一步划拨相应的配套资金,配套资金多为得到经费的两倍。塑料光纤产业的横向联合主要由日本塑料光纤联盟推动,该联盟在1994年2月成立,具有协会的性质,会长为小池康博。成员主要由企业和研究单位所组成,主要企业成员有ARCTEC、旭化成E-materials、旭硝子、ALPS电气、e-lambdanet、IRISO电子、FCIJapan、住友电气、积水化学、索尼、TycoElectronicsJapanG.K.、日本压着端子制造、日本aleph、松下电工、滨松光子学、日立制作所、hirose电机、Fujikura、富士通COMPONENT、Hosiden、本多通信工业、三菱商事、三菱丽阳、ROHM、矢崎总业等公司,研究机构有NTT光子学研究所、AutoNetwork技术研究所、丰田中央研究所等,日本塑料光纤联盟举办研讨会和公开讲座,出版技术资料,召开国际塑料光纤国际会议,举办塑料光纤的展览和展示,通过各种活动促进塑料光纤的标准化和产业化。