市場呼吁開拓升級(jí) 光器件產(chǎn)業(yè)“源”動(dòng)力有待破局

　　繼承亦突破</P>

　　光通信不斷升級(jí)換代對有源器件而言是一個(gè)新的突破,光有源器件一系列的重大變革為光通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。</P>

　　光通信有源器件是光通信系統(tǒng)中最基本最重要的組成部分，它與光無源器件、傳輸光纜及相應(yīng)的輔助電路模塊一起構(gòu)成了光通信系統(tǒng)的硬件部分。顧名思義，有源器件是指需要能量支持才能正常工作的器件，從光通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度進(jìn)行劃分，一般可以將光通信有源器件分為光發(fā)射器件、光接收器件、光調(diào)制器、光放大器以及光模塊等。</P>

　　當(dāng)前，越來越大的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)量要求光通信向著大容量，高速率，長距離，寬帶寬，低成本的方向發(fā)展，作為國際上光通信領(lǐng)域的主要研究內(nèi)容之一，光通信有源器件在近年獲得了諸多的重大研究成果，其中包括：用于密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)的超過1000個(gè)波長的寬光源已經(jīng)研制成功，光纖激光器輸出功率史無前例地超過了10000W，光接收機(jī)單信道最大探測速率已經(jīng)達(dá)到了100Gb/s，喇曼光纖放大器的增益帶寬也已超過130nm，等等。光通信不斷的升級(jí)換代對光通信有源器件的性能不斷的提出新的要求；光通信有源器件一系列的重大發(fā)展為光通信的發(fā)展又提供了有利的條件，并起到了巨大的推動(dòng)作用。</P>

　　升級(jí)亦完善</P>

　　光有源器件借著光通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的東風(fēng)日新月異，性能節(jié)節(jié)攀升。國內(nèi)眾多光器件企業(yè)加大研發(fā)力度，各類成熟的商用化光器件應(yīng)運(yùn)而生。</P>

　　伴隨著光通信系統(tǒng)的不斷升級(jí)換代，光通信有源器件也借著這一路東風(fēng)發(fā)展的日新月異，性能節(jié)節(jié)攀升。光發(fā)射器件第一代的隱埋異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器(BH-LD)和第二代的分布反饋(DFB)結(jié)構(gòu)或DFB與量子阱(QW)結(jié)合的半導(dǎo)體激光器都已經(jīng)實(shí)用化。第三代超高速超寬帶的應(yīng)變量子阱半導(dǎo)體激光器(SL-QW-LD)也已經(jīng)問世，與此同時(shí)，II型QW-LD、垂直腔面發(fā)光激光器(VCSEL-LD)、量子點(diǎn)半導(dǎo)體激光器和光子晶體激光器也已經(jīng)開發(fā)出來。另外，用于波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)的多波長光源和波長可調(diào)諧光源也已開發(fā)出多種產(chǎn)品，用于100個(gè)信道的SGDBR寬帶可調(diào)諧激光器已經(jīng)成熟，日本Santec公司開發(fā)出的全波段激光光源波長可調(diào)范圍達(dá)到370nm以上，且輸出光功率峰值可達(dá)10mW。這些新型的半導(dǎo)體激光器具有：閾值底、發(fā)光功率大、發(fā)光頻帶窄、集成度高、可調(diào)諧、可選頻帶多、效率高、體積小、使用壽命長、價(jià)格便宜等等優(yōu)點(diǎn)。在光發(fā)射器件研發(fā)及制造領(lǐng)域，國內(nèi)許多公司及科研單位緊跟國際上的發(fā)展步伐，獨(dú)立開發(fā)制造出了性能很高的光發(fā)射器件，比如武漢郵電科學(xué)院，中科院物理所，武漢大學(xué)等單位在量子阱激光器和光子晶體激光器等領(lǐng)域取得了很大的研究成果。</P>

　　作為光接收器件的核心器件，光電二極管(PD)從近紅外到可見光頻段的普通器件已經(jīng)十分成熟。速率為2.5Gb/s、10Gb/s的接收器早已實(shí)用，40Gb/s的接收器也已經(jīng)商用，超過100Gb/s的接收器也已研制成型。PD一般可分為兩種類型：雪崩光電二極管(APD)和PIN光電二極管。APD憑借其高靈敏度成為高速高靈敏光接收系統(tǒng)的首選器件。目前，APD的響應(yīng)率達(dá)到5～10A/W，最高靈敏度已經(jīng)達(dá)到-24dBm～-27dBm，而InAlAs/InGaAs波導(dǎo)APD增益帶寬高達(dá)320GHz。超高速PIN光電二極管也同樣取得了很大的進(jìn)展，當(dāng)前最高水平長波長PIN光電二極管的3dB帶寬可達(dá)152GHz，可接收的信號(hào)速率最高達(dá)100Gb/s。當(dāng)前國內(nèi)許多科研單位在光接收器件領(lǐng)域進(jìn)行研究探索，并取得了一系列成果。復(fù)旦大學(xué)在應(yīng)變SiGe MQW1.55um WG光電二極管研究領(lǐng)域取得了很好的研究成果；北京郵電大學(xué)光通信中心在光接收器件領(lǐng)域取得了一系列具有實(shí)際意義的成果，其中包括：襯底入射高速高靈敏度InP基SCE光電二極管，在1.58um波長獲得了80%的峰值量子效率，首次在國際上采用InP-空氣隙DBR結(jié)構(gòu)研制成功正入射光、1.55um高速、高靈敏度、高量子效率、較低暗電流的InP基SCE光電二極管，以及首次研制出一鏡斜置三鏡結(jié)構(gòu)等等。在生產(chǎn)方面，深圳飛通光電子公司，重慶航偉光電技術(shù)有限公司等一大批公司已經(jīng)具備了很強(qiáng)的生產(chǎn)能力。</P>

　　近年來光放大器研究的進(jìn)展無疑是驚天動(dòng)地的，自從第一臺(tái)摻鉺光纖放大器(EDFA)研制成功以來，光放大器的增益大小、平坦度、增益帶寬，噪聲指數(shù)等指標(biāo)不斷獲得提高，當(dāng)前EDFA的最高輸出功率已經(jīng)達(dá)到27dBm，增益帶寬已經(jīng)超過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纖放大器(RFA)的性能更是大大上了一個(gè)臺(tái)階，130nm以上的增益帶寬(理論上可以無限寬)，1dB以下的增益平坦度，20dBm的輸出功率，足以放大整個(gè)光通信頻段；由于RFA的低噪聲特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)超長距離分布式重復(fù)放大，有報(bào)道稱超過10000km無光-電變換的光傳輸已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。除此之外半導(dǎo)體光放大器(SOA)的性能不斷提高使得光放大器的結(jié)構(gòu)更加靈活，因?yàn)镾OA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得器件間的相互集成更容易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前，我國的光放大器領(lǐng)域發(fā)展的有驚無險(xiǎn)，武漢郵電科學(xué)院，無錫中興等單位或公司已經(jīng)開發(fā)出了非常成熟的各類商用化光放大器，并且已經(jīng)具備了非常強(qiáng)的生產(chǎn)及市場開發(fā)能力。</P>

　　目前光通信系統(tǒng)中實(shí)用的光調(diào)制器主要可分為三種：鈮酸鋰()電光調(diào)制器、電吸收(EA)型半導(dǎo)體光調(diào)制器以及M-Z型調(diào)制器。其中，鈮酸鋰電光調(diào)制器的調(diào)制帶寬已經(jīng)達(dá)到100GHz以上。調(diào)制速率為2.5Gb/s、10Gb/s、40Gb/s的鈮酸鋰電光調(diào)制器已成為成熟的商用系列。電吸收型半導(dǎo)體光調(diào)制器最大的特點(diǎn)在于其調(diào)制速率可以達(dá)到100Gb/s以上，而且其消光比值非常高。我國國內(nèi)的一些單位，包括：重慶航偉光電科技有限公司，浙江大學(xué)，南京大學(xué)以及上海交通大學(xué)等在光調(diào)制器領(lǐng)域正在進(jìn)行一系列的研究，并且開發(fā)出了相應(yīng)的達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平的以上三種光調(diào)制器。此外，國內(nèi)首條鈮酸鋰電光調(diào)制器生產(chǎn)線也于2002年在北京世維通光通訊技術(shù)有限公司誕生。</P>

　　光模塊是指光發(fā)射或光接收器件加以相應(yīng)的組件構(gòu)成的模塊化了的結(jié)構(gòu)單元。光收發(fā)模塊經(jīng)歷了從收發(fā)單獨(dú)到收發(fā)一體的發(fā)展過程。光收發(fā)模塊的性能主要由光器件的性能決定，目前國際上開發(fā)出的光收發(fā)模塊最高收發(fā)速率可達(dá)40Gb/s。我國的一些研究單位，諸如：電子44所，武漢郵電科學(xué)院，深圳飛通等已經(jīng)開發(fā)出成熟的2.5Gb/s的光模塊，10Gb/s的光模塊也已研制成型。</P>

　　開拓亦創(chuàng)新</P>

　　光有源器件的發(fā)展面臨著巨大的挑戰(zhàn)，開拓更高性能的有源器件是一個(gè)創(chuàng)新的嘗試。</P>

　　當(dāng)前光通信有源器件正向著支持高速率、寬帶寬、低誤碼率光通信系統(tǒng)方向發(fā)展，隨著研究的不斷深入和制造工藝的不斷提升，光通信有源器件具有模塊化、小型化、低成本、低功耗、遠(yuǎn)距離、以及支持熱插拔等等特點(diǎn)。光通信有源器件的這些特點(diǎn)，一方面使得當(dāng)前的大容量光通信系統(tǒng)的性能不斷得以提升。比如目前國際上光通信系統(tǒng)中40Gb/s已經(jīng)開始商用，單信道的最高速率甚至達(dá)到了160Gb/s以上，密集波分復(fù)用(DWDM)速率已經(jīng)達(dá)到了160Tb/s，而最小信道間隔也已降至0.2nm。另一方面，這些特點(diǎn)也使得下一代全光網(wǎng)的發(fā)展具備了一定的基礎(chǔ)，并且可以為下一代全光網(wǎng)的設(shè)計(jì)與研發(fā)提供一些有意義的參考與指導(dǎo)。</P>

　　隨著光通信的不斷發(fā)展，對光通信有源器件會(huì)提出更高的要求，繼續(xù)開拓更高性能的有源器件是一項(xiàng)長期的創(chuàng)新性任務(wù)。我國有源器件產(chǎn)業(yè)從無到有，已經(jīng)取得了比較大的發(fā)展，但是我國在有源器件領(lǐng)域的研究開發(fā)與生產(chǎn)的基礎(chǔ)仍然很弱，在許多技術(shù)上仍然處于相對落后的狀況。因此我國應(yīng)該在光通信有源器件的基礎(chǔ)研究和制造工藝技術(shù)上持續(xù)加大研究力度，增加資金投入，以便能夠緊跟國際上有源器件的發(fā)展步伐，并抓住當(dāng)前光通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)我國有源器件的跨越式發(fā)展。</P>

----《通信產(chǎn)業(yè)報(bào)》</P>

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作者：北京郵電大學(xué) 張治國　
 
 
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