光有源器件

1.發(fā)展概況

    光有源器件是光通信系統(tǒng)中將電信號轉(zhuǎn)換成光信號或?qū)⒐庑盘栟D(zhuǎn)換成電信號的關(guān)鍵器件，是光傳輸系統(tǒng)的心臟。將電信號轉(zhuǎn)換成光信號的器件稱為光源，主要有半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）和激光二極管（LD）。將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的器件稱為光檢測器，主要有光電二極管（PIN）和雪崩光電二極管（APD）。近年來，光纖放大器成為光有源器件的新秀，當(dāng)前大量應(yīng)用的是摻鉺光纖放大器（EDFA），正在研究并很有應(yīng)用前景的是拉曼光放大器。

    我國開展光有源器件的研究是從20世紀(jì)70年代開始的。當(dāng)時(shí)西方國家根據(jù)所謂“巴統(tǒng)”規(guī)定，對我國進(jìn)行高新技術(shù)的封鎖和禁運(yùn)，光有源器件亦在其中。于是中科院半導(dǎo)體所、武漢郵科院、電子部第44所、電子部第13所等單位，發(fā)揚(yáng)“自力更生”的精神，研制了波長為850nm的所謂短波長光器件，如采用 GaAlAs/GaAs材料同質(zhì)結(jié)或異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的LD和LED光源、Si—PIN檢測器等。雖然現(xiàn)在來看這些器件的性能較差，但也滿足了我國光通信起步階段的需要。

    此后，這些單位又開發(fā)了波長為1310nm和1550nm的所謂長波長器件，如采用InGaAsP/In材料隱埋雙質(zhì)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器、采用InGaAs /In材料的PIN檢測器等。這些芯片本身的性能有了很大提高，但在研制初期，芯片與光纖之間采用　　環(huán)氧樹脂進(jìn)行粘結(jié)，所以器件的氣密性能差、粘結(jié)強(qiáng)度小、光纖易移位，因而整個(gè)器件的性能和可靠性較差。后來采用全金屬化的耦合封裝工藝，器件的可靠性和壽命大大提高，滿足了當(dāng)時(shí)光通信日益發(fā)展的需要。

    1993年之前，我國光通信所需的光有源器件，基本上都是由國內(nèi)生產(chǎn)商提供的，以致西方國家認(rèn)識到在有源器件等方面再用“巴統(tǒng)”向我國進(jìn)行技術(shù)封鎖和禁運(yùn)，反而失去中國的大市場，是得不償失的，于是只得宣告“巴統(tǒng)”解散，國外的光有源器件開始大量涌入我國市場。

2.產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

    隨著光通信技術(shù)的迅速發(fā)展，對光有源器件的技術(shù)要求愈來愈高。雖然我國有關(guān)單位做出很大努力，跟蹤世界潮流，取得了量子阱半導(dǎo)體材料與器件技術(shù)的突破，分布反饋（DFB）半導(dǎo)體激光器等先進(jìn)器件的實(shí)驗(yàn)室水平也有很大提高，但由于投入的人力和物力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，與國外先進(jìn)水平的差距日顯突出。

3.市場概況

    根據(jù)對部分廠商的調(diào)查，1998—2000年我國光有源器件的生產(chǎn)銷售情況如表1所示。由表可見，2000年這些廠商的光有源器件的銷售量為64.9萬只（其中出口約19.3萬只，國內(nèi)銷售為45.6萬只），銷售總額為4.7億元，較1999年增長了94.2%。

    關(guān)于2001年全國光有源器件的市場情況，有不同的估計(jì)。有的認(rèn)為是11億元人民幣，其中光收發(fā)（光源—檢測）一體模塊的市場份額為40%、DWDM用激光器為39%、泵浦激光器為20%、光放大器為1%。有的認(rèn)為是14億元，其中光收發(fā)一體模塊的市場份額為36%、DWDM用激光器為36%、泵浦激光器為14%、光放大器為14%。預(yù)計(jì)今后數(shù)年光有源器件將以40—50%的速度增長，其中2002年的市場銷售額將比2001年增加70%以上。

    據(jù)估計(jì)，國內(nèi)生產(chǎn)的光有源器件只占國內(nèi)市場的30—40%。

光無源器件

1.發(fā)展概況

    光無源器件是光通信系統(tǒng)中需要消耗一定的能量、具有一定功能而沒有光—電或電—光轉(zhuǎn)換的器件，包括光纖連接器、光纖耦合器、波分復(fù)用器、光開關(guān)、光衰減器和光隔離器等，是光傳輸系統(tǒng)的關(guān)節(jié)。光連接器是光無源器件中應(yīng)用最廣、數(shù)量最多的器件，耦合器和波分復(fù)用器次之，其它器件使用量較少。隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，密集波分復(fù)用器、大端口數(shù)矩陣光開關(guān)的需求將會逐漸增加。

    我國開展光無源器件的研究是從20世紀(jì)70年代后期，隨著光纖技術(shù)的出現(xiàn)而開始的。當(dāng)時(shí)光纖的連接是光纖通信必須解決的六大問題之一，此外還要解決分路、開關(guān)以及波長復(fù)用等問題。于是電子部第23所、武漢郵科院固體器件所和電子部第34所等單位“白手起家”，致力于全光纖結(jié)構(gòu)和分立元件組合型（微光器件）的研究，開發(fā)了光纖調(diào)中型的多模光纖連接器、拼接型和熔融拉錐型的光耦合器和機(jī)械式光開關(guān)等產(chǎn)品，滿足了當(dāng)時(shí)短波長和長波長多模光纖通信研究的需求。

    此后，光通信進(jìn)入單模長波長階段并開始大量應(yīng)用，對光無源器件不僅技術(shù)上的要求更高，而且在數(shù)量上也與日俱增，迫切要求產(chǎn)業(yè)化。在光連接器方面首先引進(jìn)了光學(xué)定中切削加工的APT（插針直徑為1.78mm）連接器生產(chǎn)線，滿足了國內(nèi)單模光通信發(fā)展初期的需求。此后隨著陶瓷套管大批量生產(chǎn)技術(shù)的成功，光連接器的質(zhì)量有了進(jìn)一步的提高，而且易于裝配，于是出現(xiàn)眾多組裝散件生產(chǎn)連接器的公司。在光纖耦合器方面，引進(jìn)了由微機(jī)控制的熔融拉錐設(shè)備，使耦合器的生產(chǎn)變得十分簡單；更為可喜的是，通過理論研究和實(shí)踐探索，同一臺設(shè)備上可以生產(chǎn)出各種寬帶耦合器和二波長的波分復(fù)用器，產(chǎn)品性能優(yōu)良，于是形成了光耦合器的產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前我國光通信系統(tǒng)中所用的光連接器和光耦合器絕大部分都是國產(chǎn)的。

2.產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

    現(xiàn)在初看起來光無源器件的產(chǎn)業(yè)似乎比光有源器件發(fā)展快，但是在這輝煌的背后，還存在一些問題。如光纖連接器用陶瓷套管的毛坯還需要進(jìn)口，光纖連接器技術(shù)的自主知識產(chǎn)權(quán)幾乎為零。到了世紀(jì)之交，隨著光纖接入網(wǎng)、密集波分復(fù)用系統(tǒng)和全光通信網(wǎng)的發(fā)展，現(xiàn)有的能進(jìn)行大批量生產(chǎn)的光無源器件已不能完全滿足需要。例如，高光纖密度的配線架要求小型化光纖連接器，熔融拉錐設(shè)備無法生產(chǎn)密集型波分復(fù)用器，不能用傳統(tǒng)的光開關(guān)級連成大端口數(shù)的矩陣光開關(guān)等。這些問題迫使人們不能停留在低端產(chǎn)品的生產(chǎn)和競爭上，必須研制高端的光無源器件產(chǎn)品，以滿足光纖通信發(fā)展的需求。

    針對這些問題，一些單位經(jīng)過努力，目前已有一些成果。如引進(jìn)了小型光連接器的組裝夾具，采用微光器件的結(jié)構(gòu)研制了可以復(fù)用幾路和十幾路的密集波分復(fù)用器。但要解決幾十路以上的波分復(fù)用和大端口數(shù)的矩陣光開關(guān)問題，只能采用光子集成器件。從現(xiàn)有光無源器件生產(chǎn)單位的生產(chǎn)條件來看，這方面與國外的差距很大。

3.市場概況

    目前我國光無源器件中市場規(guī)模最大的產(chǎn)品是單芯光纖連接器。隨著光通信應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，特別是本地通信網(wǎng)絡(luò)的逐步光纖化，近年來我國光纖連接器的總需求量不斷擴(kuò)大，前幾年的平均復(fù)合年增長率在30%以上。根據(jù)對部分廠商的調(diào)查，1998—2000年我國光連接器的生產(chǎn)銷售情況如表2所示。由表可見，1999年由于中國電信的分解式重組，產(chǎn)量和銷售量有所下降。但2000年這些廠商的光連接器的銷售量為233.9萬套（其中出口約115.5萬套，國內(nèi)銷售為118.4萬套），銷售總額為2.6億元，較1999年增長了143%。

    根據(jù)國外市場的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，光纖耦合器的市場約為光連接器市場的1/4，二波長復(fù)用器的市場與光耦合器大體相同。關(guān)于密集波分復(fù)用器，估計(jì)我國近年的年需求量為數(shù)千套。目前光開關(guān)的市場不大，年需求量約幾百套，但隨著全光通信網(wǎng)的發(fā)展，對大端口數(shù)的矩陣光開發(fā)的需求將會增加。

發(fā)展我國光器件的思考

    由上可見，我國光器件的發(fā)展起步不晚，成績不少；但現(xiàn)在投資不足，問題不少。筆者就如何加快我國光器件的發(fā)展，提出幾點(diǎn)意見，供有關(guān)人士參考。

1.改變投資方式，加大投資強(qiáng)度

    由于體制方面的原因，我國有關(guān)大專院校、研究單位和企業(yè)的科研經(jīng)費(fèi)來源于各系統(tǒng)的各級科研經(jīng)費(fèi)。鑒于科研經(jīng)費(fèi)本來就不足，主管部門常以“資助”的名義 “撒胡椒面”，以照顧有關(guān)單位。雖然各單位的同一項(xiàng)目可以從不同的口子爭取到一些經(jīng)費(fèi)，但不得不以一部分經(jīng)費(fèi)用于提高科研人員的待遇，以穩(wěn)定人心。余下的少量經(jīng)費(fèi)只能用于收集資料，做幾個(gè)樣品，寫幾篇論文，“應(yīng)付”各“合同”的驗(yàn)收要求。長此以往，在科研上很難深入，難以攻克關(guān)鍵技術(shù)，更談不上批量生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化的問題。

    建議改變投資方式，經(jīng)費(fèi)相對集中，不能搞“遍地開花”。各單位要有所為有所不為，這樣可以加大項(xiàng)目的投資強(qiáng)度，有利創(chuàng)新，使科研向縱深發(fā)展。

2.大型企業(yè)介入，增強(qiáng)發(fā)展動(dòng)力

    要掌握光器件的核心技術(shù)，開發(fā)高端產(chǎn)品，需要大量資金。根據(jù)國外的經(jīng)驗(yàn)，科研、小批量生產(chǎn)和大批量生產(chǎn)的資金投入的比例是1：10：100。從目前現(xiàn)有的光器件企業(yè)的經(jīng)營狀況看，要靠它們的自身積累來發(fā)展，是極為艱難的，這是因?yàn)榈投水a(chǎn)品的競爭相當(dāng)激烈，銷售利潤已經(jīng)降到很低；這些企業(yè)又比較小，積累資金相當(dāng)困難。而產(chǎn)業(yè)化的資金投入（含風(fēng)險(xiǎn)投資）主要應(yīng)由企業(yè)負(fù)責(zé)，這就使現(xiàn)有光器件企業(yè)無法開展高端產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化工作。