市场呼吁开拓升级 光器件产业“源”动力有待破局

　　继承亦突破

　　光通信不断升级换代对有源器件而言是一个新的突破,光有源器件一系列的重大变革为光通信产业的发展起到了巨大的推动作用。

　　光通信有源器件是光通信系统中最基本最重要的组成部分，它与光无源器件、传输光缆及相应的辅助电路模块一起构成了光通信系统的硬件部分。顾名思义，有源器件是指需要能量支持才能正常工作的器件，从光通信系统结构的角度进行划分，一般可以将光通信有源器件分为光发射器件、光接收器件、光调制器、光放大器以及光模块等。

　　当前，越来越大的数据传输业务量要求光通信向着大容量，高速率，长距离，宽带宽，低成本的方向发展，作为国际上光通信领域的主要研究内容之一，光通信有源器件在近年获得了诸多的重大研究成果，其中包括：用于密集波分复用(DWDM)系统的超过1000个波长的宽光源已经研制成功，光纤激光器输出功率史无前例地超过了10000W，光接收机单信道最大探测速率已经达到了100Gb/s，喇曼光纤放大器的增益带宽也已超过130nm，等等。光通信不断的升级换代对光通信有源器件的性能不断的提出新的要求；光通信有源器件一系列的重大发展为光通信的发展又提供了有利的条件，并起到了巨大的推动作用。

　　升级亦完善

　　光有源器件借着光通信产业发展的东风日新月异，性能节节攀升。国内众多光器件企业加大研发力度，各类成熟的商用化光器件应运而生。

　　伴随着光通信系统的不断升级换代，光通信有源器件也借着这一路东风发展的日新月异，性能节节攀升。光发射器件第一代的隐埋异质结构半导体激光器(BH-LD)和第二代的分布反馈(DFB)结构或DFB与量子阱(QW)结合的半导体激光器都已经实用化。第三代超高速超宽带的应变量子阱半导体激光器(SL-QW-LD)也已经问世，与此同时，II型QW-LD、垂直腔面发光激光器(VCSEL-LD)、量子点半导体激光器和光子晶体激光器也已经开发出来。另外，用于波分复用(WDM)系统的多波长光源和波长可调谐光源也已开发出多种产品，用于100个信道的SGDBR宽带可调谐激光器已经成熟，日本Santec公司开发出的全波段激光光源波长可调范围达到370nm以上，且输出光功率峰值可达10mW。这些新型的半导体激光器具有：阈值底、发光功率大、发光频带窄、集成度高、可调谐、可选频带多、效率高、体积小、使用寿命长、价格便宜等等优点。在光发射器件研发及制造领域，国内许多公司及科研单位紧跟国际上的发展步伐，独立开发制造出了性能很高的光发射器件，比如武汉邮电科学院，中科院物理所，武汉大学等单位在量子阱激光器和光子晶体激光器等领域取得了很大的研究成果。

　　作为光接收器件的核心器件，光电二极管(PD)从近红外到可见光频段的普通器件已经十分成熟。速率为2.5Gb/s、10Gb/s的接收器早已实用，40Gb/s的接收器也已经商用，超过100Gb/s的接收器也已研制成型。PD一般可分为两种类型：雪崩光电二极管(APD)和PIN光电二极管。APD凭借其高灵敏度成为高速高灵敏光接收系统的首选器件。目前，APD的响应率达到5～10A/W，最高灵敏度已经达到-24dBm～-27dBm，而InAlAs/InGaAs波导APD增益带宽高达320GHz。超高速PIN光电二极管也同样取得了很大的进展，当前最高水平长波长PIN光电二极管的3dB带宽可达152GHz，可接收的信号速率最高达100Gb/s。当前国内许多科研单位在光接收器件领域进行研究探索，并取得了一系列成果。复旦大学在应变SiGe MQW1.55um WG光电二极管研究领域取得了很好的研究成果；北京邮电大学光通信中心在光接收器件领域取得了一系列具有实际意义的成果，其中包括：衬底入射高速高灵敏度InP基SCE光电二极管，在1.58um波长获得了80%的峰值量子效率，首次在国际上采用InP-空气隙DBR结构研制成功正入射光、1.55um高速、高灵敏度、高量子效率、较低暗电流的InP基SCE光电二极管，以及首次研制出一镜斜置三镜结构等等。在生产方面，深圳飞通光电子公司，重庆航伟光电技术有限公司等一大批公司已经具备了很强的生产能力。

　　近年来光放大器研究的进展无疑是惊天动地的，自从第一台掺铒光纤放大器(EDFA)研制成功以来，光放大器的增益大小、平坦度、增益带宽，噪声指数等指标不断获得提高，当前EDFA的最高输出功率已经达到27dBm，增益带宽已经超过80nm(C+L波段)，平坦度也降低到1.5dB。而有了大功率泵浦之后的喇曼光纤放大器(RFA)的性能更是大大上了一个台阶，130nm以上的增益带宽(理论上可以无限宽)，1dB以下的增益平坦度，20dBm的输出功率，足以放大整个光通信频段；由于RFA的低噪声特点，可以实现超长距离分布式重复放大，有报道称超过10000km无光-电变换的光传输已经实现。除此之外半导体光放大器(SOA)的性能不断提高使得光放大器的结构更加灵活，因为SOA的结构特点使得器件间的相互集成更容易实现。当前，我国的光放大器领域发展的有惊无险，武汉邮电科学院，无锡中兴等单位或公司已经开发出了非常成熟的各类商用化光放大器，并且已经具备了非常强的生产及市场开发能力。

　　目前光通信系统中实用的光调制器主要可分为三种：铌酸锂()电光调制器、电吸收(EA)型半导体光调制器以及M-Z型调制器。其中，铌酸锂电光调制器的调制带宽已经达到100GHz以上。调制速率为2.5Gb/s、10Gb/s、40Gb/s的铌酸锂电光调制器已成为成熟的商用系列。电吸收型半导体光调制器最大的特点在于其调制速率可以达到100Gb/s以上，而且其消光比值非常高。我国国内的一些单位，包括：重庆航伟光电科技有限公司，浙江大学，南京大学以及上海交通大学等在光调制器领域正在进行一系列的研究，并且开发出了相应的达到了国内先进水平的以上三种光调制器。此外，国内首条铌酸锂电光调制器生产线也于2002年在北京世维通光通讯技术有限公司诞生。

　　光模块是指光发射或光接收器件加以相应的组件构成的模块化了的结构单元。光收发模块经历了从收发单独到收发一体的发展过程。光收发模块的性能主要由光器件的性能决定，目前国际上开发出的光收发模块最高收发速率可达40Gb/s。我国的一些研究单位，诸如：电子44所，武汉邮电科学院，深圳飞通等已经开发出成熟的2.5Gb/s的光模块，10Gb/s的光模块也已研制成型。

　　开拓亦创新

　　光有源器件的发展面临着巨大的挑战，开拓更高性能的有源器件是一个创新的尝试。

　　当前光通信有源器件正向着支持高速率、宽带宽、低误码率光通信系统方向发展，随着研究的不断深入和制造工艺的不断提升，光通信有源器件具有模块化、小型化、低成本、低功耗、远距离、以及支持热插拔等等特点。光通信有源器件的这些特点，一方面使得当前的大容量光通信系统的性能不断得以提升。比如目前国际上光通信系统中40Gb/s已经开始商用，单信道的最高速率甚至达到了160Gb/s以上，密集波分复用(DWDM)速率已经达到了160Tb/s，而最小信道间隔也已降至0.2nm。另一方面，这些特点也使得下一代全光网的发展具备了一定的基础，并且可以为下一代全光网的设计与研发提供一些有意义的参考与指导。

　　随着光通信的不断发展，对光通信有源器件会提出更高的要求，继续开拓更高性能的有源器件是一项长期的创新性任务。我国有源器件产业从无到有，已经取得了比较大的发展，但是我国在有源器件领域的研究开发与生产的基础仍然很弱，在许多技术上仍然处于相对落后的状况。因此我国应该在光通信有源器件的基础研究和制造工艺技术上持续加大研究力度，增加资金投入，以便能够紧跟国际上有源器件的发展步伐，并抓住当前光通信产业的发展机遇，实现我国有源器件的跨越式发展。

----《通信产业报》