目前，在有源光器件領(lǐng)域， 高速光通信（40G/100G）、寬帶接入FTTH、3G及LTE無(wú)線通信、高速光互聯(lián)、智能光網(wǎng)絡(luò)中所應(yīng)用的芯片、器件及模塊的技術(shù)正成為競(jìng)相開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，而以光集成、高速光信號(hào)調(diào)制技術(shù)、高速光器件封裝技術(shù)等為代表的光器件平臺(tái)技術(shù)也越來(lái)越被廣大OC廠商所重視。
上接“我國(guó)光通信有源器件產(chǎn)業(yè)的重大發(fā)展（一）”
2.我國(guó)光通信有源器件的產(chǎn)業(yè)發(fā)展
我國(guó)從70年代開(kāi)始了光電子器件的研究開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，培養(yǎng)了大批有經(jīng)驗(yàn)的工程師和技術(shù)工人，有源器件方面以光迅科技等為代表的一批民族企業(yè)茁壯成長(zhǎng)，與此同時(shí)也為外企在國(guó)內(nèi)建立生產(chǎn)基地創(chuàng)造了條件。從2000年以來(lái)，外企通過(guò)一些方式進(jìn)入中國(guó)，如：①直接投資，招聘人員，如Oclaro，JDSU等；②購(gòu)并國(guó)內(nèi)企業(yè)， 如Neophotonics購(gòu)并Photon，MRV購(gòu)并Fiberxon等； ③通過(guò)CM、OEM或ODM等方式建立生產(chǎn)基地。至今可以說(shuō)，中國(guó)已成為國(guó)際上最大的光電子器件生產(chǎn)基地，為世界光器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。
盡管經(jīng)歷了金融海嘯的影響，但近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)光器件產(chǎn)業(yè)仍然保持著快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭，有源光器件無(wú)論從傳統(tǒng)的中低端器件， 還是PON器件、高速器件等各方面，已經(jīng)形成了具備國(guó)際影響力的產(chǎn)業(yè)群，但無(wú)庸諱言，在一些核心高端光電器件方面，和世界上領(lǐng)先的國(guó)家相比， 還存在較大的差距。在光收發(fā)模塊方面，目前中國(guó)有大約200多家企業(yè)，但真正具有從芯片到器件到模塊的垂直集成能力的廠家卻屈指可數(shù)。
就產(chǎn)業(yè)規(guī)模而言， 按生產(chǎn)制造地劃分，2008年中國(guó)生產(chǎn)制造的光器件已占全球25%的市場(chǎng)份額，其中大陸本土企業(yè)的銷(xiāo)售約占全球光電元器件市場(chǎng)17%的份額；而到2009年，僅大陸本土光器件企業(yè)的市場(chǎng)份額就已經(jīng)增長(zhǎng)到全球的26％，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到約75億人民幣，其中有源部分約51億，占據(jù)了相當(dāng)大的部分。在全球的中低端光收發(fā)模塊中，國(guó)內(nèi)企業(yè)占據(jù)了相對(duì)大的比例，據(jù)中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)數(shù)據(jù)表明，全球中低端有源光器件市場(chǎng)上光迅科技的份額已超過(guò)三分之一，充分展現(xiàn)了中國(guó)品牌的世界影響力。
2.1 10G以上高速器件
隨著光傳輸網(wǎng)向更高速率、更大容量、更長(zhǎng)距離的發(fā)展，10G產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化以及40G、100G產(chǎn)品的批量投放，新的高速率調(diào)制格式、相干探測(cè)等已經(jīng)成為了我國(guó)有源器件發(fā)展的重點(diǎn)。
目前，就10G及10G以下的有源器件而言，除了TIA、LDD、LA等系列的集成芯片外，其余部件包括L D芯片、PD芯片、金屬陶瓷件、WDM濾光片等，均有國(guó)產(chǎn)化能力。近幾年來(lái)10G產(chǎn)品市場(chǎng)需求大幅增長(zhǎng)，這刺激了10G模塊的銷(xiāo)售的大幅增長(zhǎng)， 來(lái)自光迅科技的數(shù)據(jù)表明，10G產(chǎn)品銷(xiāo)售的年增長(zhǎng)率自2008年以來(lái)均達(dá)到了100%以上，成為了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)方向。
就40G/100G系統(tǒng)而言，在2009年，40G的系統(tǒng)應(yīng)用只出現(xiàn)在骨干網(wǎng)中， 2011年之后，40G甚至100G的系統(tǒng)逐步應(yīng)用在骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)中，只是在接入網(wǎng)方面維持在10G及以下速率。同時(shí)來(lái)自Lightcounting的數(shù)據(jù)分析表明，在40G今后幾年的增長(zhǎng)中，來(lái)自線路端和客戶端的需求幾乎是保持在同一水平上。
由于缺乏高端器件的相關(guān)核心資源和技術(shù)積累，國(guó)內(nèi)光器件廠家在40G/100G器件與模塊的開(kāi)發(fā)上顯然受到了種種局限，尤其體現(xiàn)在以DP-QPSK調(diào)制方式為代表的產(chǎn)品上，因?yàn)橐肓税l(fā)射端的偏振模復(fù)用以及接收端的平衡相干探測(cè)等復(fù)雜的技術(shù)。但即便如此，國(guó)內(nèi)還是有少數(shù)廠家能夠自主研發(fā)出40G的器件和Transponder收發(fā)合一模塊，并且已將目光投向了更高端的100G光電模塊。圖1展示的是光迅科技在40G系列產(chǎn)品上的垂直集成資源的情況，表明了其從有源芯片、發(fā)射接收器件、一直到收發(fā)一體模塊的垂直整合能力。
2.2 PON器件
目前，全球每年新增光纖接入寬帶用戶有幾千萬(wàn)戶，我國(guó)的FTTx已經(jīng)處在大量應(yīng)用前期階段，xPON的產(chǎn)品市場(chǎng)日趨火爆，同時(shí)市場(chǎng)對(duì)PON產(chǎn)品的低成本、大規(guī)模的可制造性、高可靠度、向更高帶寬平滑升級(jí)等的要求進(jìn)一步提高。
中國(guó)光通信行業(yè)2009年的高增長(zhǎng)已無(wú)疑異，步入2010年后，F(xiàn)TTH催生的巨大增量市場(chǎng)維系了中國(guó)光通信行業(yè)的高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。事實(shí)上，F(xiàn)TTH的規(guī)模增長(zhǎng)，2008年已經(jīng)顯現(xiàn)，其后的驅(qū)動(dòng)因素則是：政策支持；運(yùn)營(yíng)商擱置了技術(shù)制式爭(zhēng)議，明確當(dāng)前以EPON、GPON并舉的發(fā)展思路。
國(guó)家七個(gè)部委于2010年3月聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)光纖寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的意見(jiàn)》，計(jì)劃在3年內(nèi)投資于光纖寬帶網(wǎng)總額超過(guò)1500億元。值得一提的是： 廣電系統(tǒng)未來(lái)進(jìn)行的雙網(wǎng)改造和NGB實(shí)質(zhì)上與電信網(wǎng)絡(luò)差異并不大，都是基于PON的架構(gòu)，加上未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的支持，上述預(yù)期應(yīng)該是較為客觀的。
受上述大環(huán)境的影響，國(guó)內(nèi)PON模塊廠家的業(yè)務(wù)呈現(xiàn)蒸蒸日上的勢(shì)頭， 據(jù)專家分析，F(xiàn)TTx這個(gè)勢(shì)頭至少還能火10年，目前已經(jīng)成為了光通信市場(chǎng)上最大的一塊蛋糕。在國(guó)內(nèi)，已有多個(gè)廠家擁有系列的EPON/GPONONU/OLT光收發(fā)模塊產(chǎn)品線，在很多產(chǎn)品的出貨量上基本占據(jù)了全球的半壁江山，但其中真正擁有完善解決方案，能夠完全采用自主研制的FP/DFB/PIN/APD管芯，在PON系列上具備垂直整合能力，并且已經(jīng)規(guī)模化生產(chǎn)的廠家，卻是鳳毛麟角，這也是許多專家大力呼吁全力打造"中國(guó)芯"的原因，同時(shí)也進(jìn)一步表明，打造中國(guó)芯，就要從PON器件開(kāi)始。
為了適應(yīng)模塊的小型化封裝要求，GEPON模塊用的器件BOSA（ Bidirectional Optical Sub-Assembly） 的體積也越來(lái)越小了，即使是采用SC/UPC光接口插拔的BOSA器件，也可方便地應(yīng)用于SFP的小型化封裝中（參見(jiàn)圖2）。
受到各種帶寬需求的驅(qū)動(dòng)，光接入網(wǎng)勢(shì)必要向下一代接入網(wǎng)演進(jìn)。目前國(guó)內(nèi)廠家都在關(guān)注速率達(dá)到10Gb/s的PON， 并且在10G EPON以及XG PON的技術(shù)、產(chǎn)品的研發(fā)上作了非常積極的投入。
舉例來(lái)說(shuō)，由GEPON向10G EPON的平滑升級(jí)可分四步進(jìn)行：
第一步：ONU向10G/1G轉(zhuǎn)變，而OLT則向10G/1G單纖雙向轉(zhuǎn)變；
第二步：ONU向10G/10G轉(zhuǎn)變，而OLT則向10G/10G單纖雙向轉(zhuǎn)變；
第三步：ONU向10G/1G轉(zhuǎn)變，而OLT則向10G/1G單纖三向轉(zhuǎn)變；
第四步：ONU向10G/10G轉(zhuǎn)變，而OLT則向10G/10G單纖三向轉(zhuǎn)變；
目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)的器件還集中在第一、第二和第三步，器件的典型外形如圖3所示。而對(duì)于將來(lái)模塊的封裝形式，業(yè)界普遍希望是OLT端采用XFP，ONU端采用SFP+。但目前在OLT端由于發(fā)射是1577nmEML激光器，即使暫不集成1490nm的1G的激光器，實(shí)現(xiàn)XFP封裝也是對(duì)OLT器件的一個(gè)挑戰(zhàn)。
至于XG PON的器件， 發(fā)展態(tài)勢(shì)與10G EPON大致類似。目前，國(guó)內(nèi)廠家的光模塊光器件的研發(fā)主要集中在XG-PON1，即：非對(duì)稱的10G/2.5G的GPON上，該產(chǎn)品與非對(duì)稱的10G/1G EPON在技術(shù)上有細(xì)微差別。
2.3 ROF器件
在國(guó)內(nèi)，無(wú)線通信的發(fā)展隨著三大運(yùn)營(yíng)商的激烈競(jìng)爭(zhēng)，爭(zhēng)奪的戰(zhàn)場(chǎng)由3G一直向LTE延伸。根據(jù)工信部公布的數(shù)據(jù)，全國(guó)建設(shè)的3G基站數(shù)超過(guò)了43萬(wàn)個(gè)， 投資超1800億元。而對(duì)于4G LTE來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)相同的覆蓋范圍，將布置更多的基站。目前，3G和LTE的網(wǎng)絡(luò)大量采用的是BBU＋RRU分布式光纖基站的技術(shù)方案，而B(niǎo)BU和RRU都要采用光模塊。
目前，在寬頻光收發(fā)器件、模塊的研究方面，50MHz～3GHz模擬傳輸光電器件與收發(fā)模塊、CATV用帶智能預(yù)失真處理的光發(fā)射模塊、2G、3G光纖直放站光收發(fā)合一模塊、GPS及衛(wèi)星信號(hào)接收光電收發(fā)模塊等相關(guān)產(chǎn)品均已批量投放市場(chǎng)，其典型外形可參見(jiàn)圖4。
為了進(jìn)一步解決ROF的BBU以及RRU在400M～4GHz射頻工作頻段的器件、模塊在商用階段的重大性能和關(guān)鍵質(zhì)量問(wèn)題，光迅科技與大唐移動(dòng)、浙江大學(xué)等單位開(kāi)展了聯(lián)合科技攻關(guān)，并著力解決針對(duì)密集小區(qū)組網(wǎng)應(yīng)用時(shí)的一些關(guān)鍵問(wèn)題。
2.4 集成器件
光電集成技術(shù)作為一種平臺(tái)技術(shù)，幾乎可以應(yīng)用到光通信領(lǐng)域中的每個(gè)角落。剛開(kāi)始，絕大多數(shù)廠家都將光集成器件的開(kāi)發(fā)集中在了出貨量最大的FTTx產(chǎn)品上，但通過(guò)幾年的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，由于技術(shù)和工藝離大規(guī)模的商用還有相當(dāng)大的距離（如采用PLC技術(shù)的單纖雙向器件與模塊），致使光集成產(chǎn)品的成品率和成本難以達(dá)到預(yù)期的效果，因此難以真正替代傳統(tǒng)的同軸工藝封裝的產(chǎn)品。雖然很多企業(yè)正在加大力量繼續(xù)開(kāi)發(fā)FTTx用光電集成器件和模塊，但在目前這種形勢(shì)下，CSFP產(chǎn)品似乎成了光電集成器件的新的熱門(mén)研究方向。
CSFP（Compact Small Form Factor Pluggable）即是緊湊型SFP，是在現(xiàn)在流行的SFP封裝基礎(chǔ)上，發(fā)展更為先進(jìn)、更為緊湊的CSFP封裝。通過(guò)采用雙通道、四通道的設(shè)計(jì)，CSFP采用現(xiàn)有SFP通用接口，但將外形尺寸縮小到現(xiàn)有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的一半和四分之一，通過(guò)組合還可靈活配置通道數(shù)量。如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)分立元件方案， 那么在技術(shù)上將很難實(shí)現(xiàn)上述功能。CSFP結(jié)合高集成度的光電集成技術(shù)， 在擁有SFP所有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，可大幅度減小光收發(fā)模塊和光系統(tǒng)設(shè)備的外形尺寸，顯著增加通信端口密度及數(shù)據(jù)吞吐量，降低系統(tǒng)成本，可望在數(shù)據(jù)通信市場(chǎng)上大顯身手。國(guó)內(nèi)企業(yè)中， 已經(jīng)有光迅科技、海信分別成為CSFP MSA國(guó)際聯(lián)盟的第5、第8家正式成員，并且正在積極開(kāi)發(fā)該類產(chǎn)品，相關(guān)的國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也正在積極的準(zhǔn)備之中。
從圖5可以看到CSFP器件與模塊的一些基本情況。
國(guó)內(nèi)企業(yè)中，已經(jīng)有光迅科技、海信分別成為CSFP MSA國(guó)際聯(lián)盟的第5、第8家正式成員，并且正在積極開(kāi)發(fā)該類產(chǎn)品，相關(guān)的國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也正在積極的準(zhǔn)備之中。
2.5光電互連器件
中國(guó)的天河-1A超級(jí)計(jì)算機(jī)成功晉級(jí)為全球HPC500強(qiáng)，它采用了數(shù)萬(wàn)個(gè)AOC（Active Optical Cable）即有源光纜產(chǎn)品連接整個(gè)系統(tǒng)的交換機(jī)/路由器。該系統(tǒng)中，高達(dá)80Gb/s的網(wǎng)絡(luò)連接和兩個(gè)4X10G AOC綁定在一起，以滿足帶寬需求。
權(quán)威調(diào)查機(jī)構(gòu)Ovum在對(duì)全球光通信區(qū)域市場(chǎng)調(diào)查后，得出的一個(gè)這樣的結(jié)論：并行光電技術(shù)是一項(xiàng)決定性的重大技術(shù)。然而，在此技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，國(guó)內(nèi)企業(yè)的基礎(chǔ)卻非常令人擔(dān)憂。由于缺乏核心的高速VCSEL芯片，以及相應(yīng)的器件陣列的耦合封裝技術(shù)積累，光互連產(chǎn)品幾乎為國(guó)外企業(yè)所壟斷。近年來(lái)，國(guó)家也正在大力支持包括片上光互連等高端技術(shù)的投入，從目前的形勢(shì)來(lái)看，在加大光互連的投入的同時(shí)，國(guó)內(nèi)企業(yè)在電互連器件、模塊方面還是非常有條件取得突破的。圖6為電互連模塊示意圖，單個(gè)模塊速率已經(jīng)可以高達(dá)40Gb/s，國(guó)內(nèi)已經(jīng)具備批量的生產(chǎn)能力，在短距離的通信互連方面的優(yōu)勢(shì)十分明顯。
結(jié)語(yǔ)
歷史上，光纖通信對(duì)于現(xiàn)代通信的最大貢獻(xiàn)就在于根本上解決了干線傳輸問(wèn)題。下一步光纖通信要解決帶寬進(jìn)家的問(wèn)題。目前，不少?gòu)S家已經(jīng)將40G相干技術(shù)和產(chǎn)品作為通向100G的墊腳石，如思科收購(gòu)了CoreOptics,宣布推出40G線路端模塊，Oclaro（通過(guò)收購(gòu)Mintera）、JDSU、Opnext等也都已經(jīng)將40G，甚至100G的基于相干技術(shù)的Transponder列入即將推出的產(chǎn)品之列。在此領(lǐng)域里，國(guó)內(nèi)企業(yè)自然也不甘被拉得太遠(yuǎn)，相關(guān)有源器件廠家正在大力推出該類模塊。
下一代PON就標(biāo)準(zhǔn)而言已經(jīng)完成了對(duì)10Gb/s的支持；對(duì)世界上首個(gè)WDM-PON的標(biāo)準(zhǔn)也即將展開(kāi)討論。國(guó)內(nèi)非對(duì)稱速率的10GEPON、XG－PON的產(chǎn)品發(fā)展非常迅速，下一步將轉(zhuǎn)入商用，并逐步推出對(duì)稱速率的10G PON產(chǎn)品。