3.2.7光纤通信器件的研究与发展

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光器件是光纤通信系统的核心元件，分为有源器件和无源器件。光有源器件是光通信系统中将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号的关键器件，是光传输系统的心脏。将电信号转换成光信号的器件称为光源，主要有半导体发光二极管（LED)和激光二极管（LD)。将光信号转换成电信号的器件称为光检测器，主要有光电二极管（PIN)和雪崩光电二极管（APD)。光无源器件的作用是完成光路控制，包括光纤连接器、光纤定向耦合器/分支器、光波分/密集波分复用器、光衰减器、光滤波器、光隔离器与环行器、光纤光栅、光开关等多种类型。

(1)光纤通信器件的研究与发展

中国开展光有源器件的研究是从20世纪70年代开始的。当时西方国家根据所谓“巴统”规定，对中国迸行髙新技术的封锁和禁运，光有源器件亦在其中。于是中科院半导体所、中科院冶金研，究所、武汉邮电科学研究院、电子部第44所、电子部第13所、邮电519厂等单位，发扬自力更生的精神，研制了波长为850nm的所谓短波长光器件，如采用GaAlAs/GaAs材料同质结或异质结结构的LD和LED光源、Si-PIN检测器等。虽然现在来看这些器件的性能较差，但也满足了光通信起步阶段的需要。1979年，北京半导体研究所研制的双异质结寿命已有9000小时。四机部1444所研制的达通型硅雪崩光电二极管性能良好，主要技术参数接近国际水平。上海冶金所进行了GaAs激光器、波导、探测器单片集成光路的尝试。在测试仪表方面，上海轻工业研究所研制的光纤测径仪，采用了较新的原理，样机经过试用，性能良好。1444所研制的光功率计精度高，还能进行数字显示。在无源器件方面，1423所从国外引迸了生产线，邮电519厂、上海交大也研制成功一些无源器件，如光耦合器、光衰耗器、光连接器等。上海电缆所研制的光纤连接器，其损耗仅为0.2dB。

1980年10月，武汉光纤通信技术公司和美籍华人、光电器件专家谢肇金博士签订了合资经营中同“长江激光电子有限股份公司”的合同，主营长波长激光器件的制造、销售工作，这是中国通信领域的第一个合资企业。1981年，该公司在国内首先研制成功一批铟镓砷磷长波长光电器件，开启了长波长通信时代。

1983年，武汉邮电科学研究院的长波长激光器在全国长波氏半导体激光器评比鉴定会上获得第一名，长波长激光器组件和PIN探测器组件成功用于中国发射第一颗通信卫星，获得国家经委金龙奖和邮电部科技进步一等奖。同期，该院还研制出了多模光纤活动连接器、光合波分波器、耦合器、衰减器、滤光片等，并开始了单模光纤活动连接器等项目的研制工作。1986年，武汉邮电科学研究院与北方交通大学合作，研制成功了1310mn和1550nm双有源层双沟道平面掩埋异质结动态单纵模激光器，跨入世界先进行列，1988年获邮电部科技进步一等奖。在“巴统”对中国实行技术封锁的情况下，武汉邮电科学研究院科技人员经过三年攻关，使得1550nm光发送组件工作寿命突破10万小时，1310mn光发送组件在25°C寿命达26万小时，并应用于国家重点示范T程以及其他数十个工程，1991年获邮电部国家“七五”科技攻关项目一等奖。

1990年，武汉邮电科学研究院承担的国家“863”计划和部重点项目“1550mn分布反馈激光器（DFB)”通过邮电部鉴定。同年，国家“七五”攻关项0无致冷1550nm激光器组件研制成功。多模、单模光纤活动连接器、光固定衰减器、合波分波器等也先后研制成功。1993年武汉邮电科学研究开始研究掺饵光纤放大器，并逐步形成了产业化生产。

1995年，武汉邮电科学研究院SDH155、622Mbit/s光收发模块开始投人试生产，掺铒光纤放大器（EDFA)首次使用，光连接器已可替代进口产品，1997年，武汉邮电科学研究院研制出2.5Gbit/s实用化应变量子阱激光器，1310nm多量子阱DFB激光器的技术参数达到实用要求，掺铒光纤放大器被“863”专家组评为A+项目，密集波分复用器中的通道选择器研制成功，高隔离度偏振无关光环形器技术指标接近同期国外最好水平。1998年，武汉电信器件公司2.5Gbit/sSDH系统用的接收、发射模块研究通过鉴定，正式投入规模生产，2.5Gbit/sDFB-LD/EA调制器PIC、10Gbit/S高速率平面PIN，半导体光放大器、光纤光栅激光器、单纤双向组件以及波导耦合器等取得阶段性研究成果。

2002年，在微光器件上，武汉光迅科技有限责任公司完成了25GHz光梳状分波器的设计，在光纤放大器方面，基本完成了超宽带（S+C+L波段）光纤放大器中髙功率多波宽带C+L波段EDFA及其相关器件的研制并已试验运行；在光有源器件方面，完成了高速可插拔光收发模块、CWDM收发模块、10Gbit/S光收发模块、千兆比特以太网用光收发模块、单纤双向光电器件的研制。2002年12月，光迅公司承担的国家“863”项目——拉曼光纤放大器（Raman fiber amplifier)通过鉴定。

2004年，武汉电信器件公司完成40Gbit/sPIN-PD和40Gbit/sTIA的封装及测试分析。lOGbit/s光电收发模块，实现产品批量生产和规模商用。光迅公司研制出基于介质膜光学滤光片的系列光无源器件、光梳状分波器、DWDM系统用波长锁定器、小型髙速可变光衰减器等产品，DWDM器件商用产品已延伸到32X100GHZ和40X100GHZ。完成AWG波导芯片与耦合封装技术研究，开发研制出40X100GHZ的实用化AWG产品样品。研制出（:波段拉曼光纤放大器产品，完成系统应用相关实验，试验结果良好，可批量试生产。《实用化介质膜滤光片型DWDM器件研究》和《分布式拉曼光纤放大器》分获湖北省和中国通信学会科技进步二等奖。

2005年，武汉电信器件公司完成GEPON/EPONOLT/ONU收发合一模块、10Gbit/sTOSA/ROSA和10GDFBLD芯片。2006年，武汉电信器件公司完成GPONONU/OLT收发合一模块、EPON/GPON三向器件、BPON/GEPON/GPON三向模块和2.5GAPD芯片。

(2)光器件的生产与发展

目前，中国规模最大的光源、检测器制造单位是武汉电信器件公司、深圳新飞通光电子技术有限公司，它们的销售量占全国的80%以上。其他还有深圳恒通宝光电子有限公司、武汉华工科技产业股份有限公司正元光子分公司、武汉天讯科技股份有限公司、北京福创光电子股份有限公司、上海奥普光电技术有限公司、四川康和光电子有限责任公司、重庆光电技术研究所、信息产业部电子第44研究所等20余家，可以生产十几种量子阱激光器、半导体泵浦激光器。光纤放大器的制造单位主要有武汉光迅通信技术有限公司、无锡中兴光电子技术有限公司等。在光有源器件方面还有一些外资企业，如深圳光炬、深圳新福克斯等。

光无源器件的产业经过近几年的发展，已从过去的所谓“四大基地”到全国遍地开花，共有70余家。较多的分布在深圳、上海两地，但北京、湖北、广东（除深圳）、江苏、浙江、福建等地已有不少。这些企业主要是组装散件生产光纤连接器，生产能力已超过500万套；或者采用熔融拉锥设备生产光纤耦合器和波分复用器，生产能力已超过100万只。规模较大的有武汉光迅科技有限责任公司、深圳昊谷光电技术有限公司、上海光城邮电通信设备有限公司、深圳中和光学有限公司、深圳光波通信有限公司、深圳柏业通信技术有限公司、天津新光通信有限公司、上海霍普光通信有限公司、信息产业部电子第23所、上海俊英电子有限公司以及专门生产陶瓷套管的上海太平洋兰登光器件有限公司、专门生产陶瓷套筒的天津市超科光纤通讯器件有限公司等。此外，还有一些外资企业，如上海的上诠光纤通信设备有限公司、光炬科技有限公司等。

光器件的进步可使光纤通信系统大幅度进步。一个新器件的出现，有时可大大改善光纤通信系统的性能或成本。高速度、小型化、集成化是光器件的发展方向，从而达到高性能和经济的效果。光器件的核心技术是芯片技术，其中光子集成（pic)又是核心中的核心。和用于计算机等信息设备对应的集成电路（asic)—样，光子集成是实现高密度，低功耗，低成本，高可靠，提髙网络容量的唯一途径。但是光子集成的难度是相当大的，目前光子集成技术相对微电子ASIC技术来说，还处于襁褓期，能达到的水平是将单波长的DFB—LD和电吸收型调制器（EA)集成在一起，有时还会把LD背向光功率检测的PIN也做在一起，这就是通常所说的EML光子集成电路。它仅仅在InP上沿单一方向集成了3个功能器件，是最简单的小规模光子集成。

进一步的光子集成是系统级的集成，可以将差不多一个19英寸标准机柜的功能集成到只有黄豆大小的一对芯片中。光电集成OEIC在实验室也有实验样品，如集成光接收机。但是由于光器件和电器件集成在一起的难度更大，因而这方面的进展比较缓慢。