市場呼吁開拓升級 光器件產(chǎn)業(yè)“源”動力有待破局

　　繼承亦突破</P>

　　光通信不斷升級換代對有源器件而言是一個新的突破,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>

　　當前，越來越大的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務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：用于密集波分復用(DWDM)系統(tǒng)的超過1000個波長的寬光源已經(jīng)研制成功，光纖激光器輸出功率史無前例地超過了10000W，光接收機單信道最大探測速率已經(jīng)達到了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作用。</P>

　　升級亦完善</P>

　　光有源器件借著光通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的東風日新月異，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運而生。</P>

　　伴隨著光通信系統(tǒng)的不斷升級換代，光通信有源器件也借著這一路東風發(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)合的半導體激光器都已經(jīng)實用化。第三代超高速超寬帶的應變量子阱半導體激光器(SL-QW-LD)也已經(jīng)問世，與此同時，II型QW-LD、垂直腔面發(fā)光激光器(VCSEL-LD)、量子點半導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)范圍達到370nm以上，且輸出光功率峰值可達10mW。這些新型的半導體激光器具有：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、價格便宜等等優(yōu)點。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，比如武漢郵電科學院，中科院物理所，武漢大學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的響應率達到5～10A/W，最高靈敏度已經(jīng)達到-24dBm～-27dBm，而InAlAs/InGaAs波導APD增益帶寬高達320GHz。超高速PIN光電二極管也同樣取得了很大的進展，當前最高水平長波長PIN光電二極管的3dB帶寬可達152GHz，可接收的信號速率最高達100Gb/s。當前國內(nèi)許多科研單位在光接收器件領(lǐng)域進行研究探索，并取得了一系列成果。復旦大學在應變SiGe MQW1.55um WG光電二極管研究領(lǐng)域取得了很好的研究成果；北京郵電大學光通信中心在光接收器件領(lǐng)域取得了一系列具有實際意義的成果，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)具備了很強的生產(chǎn)能力。</P>

　　近年來光放大器研究的進展無疑是驚天動地的，自從第一臺摻鉺光纖放大器(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)等指標不斷獲得提高，當前EDFA的最高輸出功率已經(jīng)達到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臺階，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，足以放大整個光通信頻段；由于RFA的低噪聲特點，可以實現(xiàn)超長距離分布式重復放大，有報道稱超過10000km無光-電變換的光傳輸已經(jīng)實現(xiàn)。除此之外半導體光放大器(SOA)的性能不斷提高使得光放大器的結(jié)構(gòu)更加靈活，因為SOA的結(jié)構(gòu)特點使得器件間的相互集成更容易實現(xiàn)。當前，我國的光放大器領(lǐng)域發(fā)展的有驚無險，武漢郵電科學院，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)具備了非常強的生產(chǎn)及市場開發(fā)能力。</P>

　　目前光通信系統(tǒng)中實用的光調(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。電吸收型半導體光調(diào)制器最大的特點在于其調(diào)制速率可以達到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，南京大學以及上海交通大學等在光調(diào)制器領(lǐng)域正在進行一系列的研究，并且開發(fā)出了相應的達到了國內(nèi)先進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40Gb/s。我國的一些研究單位，諸如：電子44所，武漢郵電科學院，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創(chuàng)新的嘗試。</P>

　　當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、遠距離、以及支持熱插拔等等特點。光通信有源器件的這些特點，一方面使得當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到了160Gb/s以上，密集波分復用(DWDM)速率已經(jīng)達到了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)的設計與研發(fā)提供一些有意義的參考與指導。</P>

　　隨著光通信的不斷發(fā)展，對光通信有源器件會提出更高的要求，繼續(xù)開拓更高性能的有源器件是一項長期的創(chuàng)新性任務。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，并抓住當前光通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展機遇，實現(xiàn)我國有源器件的跨越式發(fā)展。</P>

----《通信產(chǎn)業(yè)報》</P>

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作者：北京郵電大學 張治國　
 
 
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