光有源器件

1.發展概況

    光有源器件是光通信系統中將電信號轉換成光信號或將光信號轉換成電信號的關鍵器件，是光傳輸系統的心臟。將電信號轉換成光信號的器件稱為光源，主要有半導體發光二極管（LED）和激光二極管（LD）。將光信號轉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，當前大量應用的是摻鉺光纖放大器（EDFA），正在研究并很有應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70年代開始的。當時西方國家根據所謂“巴統”規定，對我國進行高新技術的封鎖和禁運，光有源器件亦在其中。于是中科院半導體所、武漢郵科院、電子部第44所、電子部第13所等單位，發揚“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材料同質結或異質結結構的LD和LED光源、Si—PIN檢測器等。雖然現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材料隱埋雙質結構的半導體激光器、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　　環氧樹脂進行粘結，所以器件的氣密性能差、粘結強度小、光纖易移位，因而整個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，滿足了當時光通信日益發展的需要。

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

2.產業現狀

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

3.市場概況

    根據對部分廠商的調查，1998—2000年我國光有源器件的生產銷售情況如表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%。

    關于2001年全國光有源器件的市場情況，有不同的估計。有的認為是11億元人民幣，其中光收發（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%。有的認為是14億元，其中光收發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%。預計今后數年光有源器件將以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。

    據估計，國內生產的光有源器件只占國內市場的30—40%。

光無源器件

1.發展概況

    光無源器件是光通信系統中需要消耗一定的能量、具有一定功能而沒有光—電或電—光轉換的器件，包括光纖連接器、光纖耦合器、波分復用器、光開關、光衰減器和光隔離器等，是光傳輸系統的關節。光連接器是光無源器件中應用最廣、數量最多的器件，耦合器和波分復用器次之，其它器件使用量較少。隨著光通信技術的發展，密集波分復用器、大端口數矩陣光開關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70年代后期，隨著光纖技術的出現而開始的。當時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、開關以及波長復用等問題。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”，致力于全光纖結構和分立元件組合型（微光器件）的研究，開發了光纖調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械式光開關等產品，滿足了當時短波長和長波長多模光纖通信研究的需求。

    此后，光通信進入單模長波長階段并開始大量應用，對光無源器件不僅技術上的要求更高，而且在數量上也與日俱增，迫切要求產業化。在光連接器方面首先引進了光學定中切削加工的APT（插針直徑為1.78mm）連接器生產線，滿足了國內單模光通信發展初期的需求。此后隨著陶瓷套管大批量生產技術的成功，光連接器的質量有了進一步的提高，而且易于裝配，于是出現眾多組裝散件生產連接器的公司。在光纖耦合器方面，引進了由微機控制的熔融拉錐設備，使耦合器的生產變得十分簡單；更為可喜的是，通過理論研究和實踐探索，同一臺設備上可以生產出各種寬帶耦合器和二波長的波分復用器，產品性能優良，于是形成了光耦合器的產業。當前我國光通信系統中所用的光連接器和光耦合器絕大部分都是國產的。

2.產業現狀

    現在初看起來光無源器件的產業似乎比光有源器件發展快，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口，光纖連接器技術的自主知識產權幾乎為零。到了世紀之交，隨著光纖接入網、密集波分復用系統和全光通信網的發展，現有的能進行大批量生產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，熔融拉錐設備無法生產密集型波分復用器，不能用傳統的光開關級連成大端口數的矩陣光開關等。這些問題迫使人們不能停留在低端產品的生產和競爭上，必須研制高端的光無源器件產品，以滿足光纖通信發展的需求。

    針對這些問題，一些單位經過努力，目前已有一些成果。如引進了小型光連接器的組裝夾具，采用微光器件的結構研制了可以復用幾路和十幾路的密集波分復用器。但要解決幾十路以上的波分復用和大端口數的矩陣光開關問題，只能采用光子集成器件。從現有光無源器件生產單位的生產條件來看，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模最大的產品是單芯光纖連接器。隨著光通信應用的不斷擴大，特別是本地通信網絡的逐步光纖化，近年來我國光纖連接器的總需求量不斷擴大，前幾年的平均復合年增長率在30%以上。根據對部分廠商的調查，1998—2000年我國光連接器的生產銷售情況如表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%。

    根據國外市場的統計規律，光纖耦合器的市場約為光連接器市場的1/4，二波長復用器的市場與光耦合器大體相同。關于密集波分復用器，估計我國近年的年需求量為數千套。目前光開關的市場不大，年需求量約幾百套，但隨著全光通信網的發展，對大端口數的矩陣光開發的需求將會增加。

發展我國光器件的思考

    由上可見，我國光器件的發展起步不晚，成績不少；但現在投資不足，問題不少。筆者就如何加快我國光器件的發展，提出幾點意見，供有關人士參考。

1.改變投資方式，加大投資強度

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

    建議改變投資方式，經費相對集中，不能搞“遍地開花”。各單位要有所為有所不為，這樣可以加大項目的投資強度，有利創新，使科研向縱深發展。

2.大型企業介入，增強發展動力

    要掌握光器件的核心技術，開發高端產品，需要大量資金。根據國外的經驗，科研、小批量生產和大批量生產的資金投入的比例是1：10：100。從目前現有的光器件企業的經營狀況看，要靠它們的自身積累來發展，是極為艱難的，這是因為低端產品的競爭相當激烈，銷售利潤已經降到很低；這些企業又比較小，積累資金相當困難。而產業化的資金投入（含風險投資）主要應由企業負責，這就使現有光器件企業無法開展高端產品的產業化工作。