光器件的產(chǎn)業(yè)概況和發(fā)展思路

　　光有源器件

　　1.發(fā)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(guān)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(chēng)為光源，主要有半導體發(fā)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(chēng)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(lái)，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(kāi)展光有源器件的研究是從20世紀70年代開(kāi)始的。當時(shí)西方國家根據所謂“巴統”規定，對我國進(jìn)行高新技術(shù)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(fā)揚“自力更生”的精神，研制了波長(cháng)為850nm的所謂短波長(cháng)光器件，如采用 GaAlAs/GaAs材料同質(zhì)結或異質(zhì)結結構的LD和LED光源、Si—PIN檢測器等。雖然現在來(lái)看這些器件的性能較差，但也滿(mǎn)足了我國光通信起步階段的需要。

　　此后，這些單位又開(kāi)發(fā)了波長(cháng)為1310nm和1550nm的所謂長(cháng)波長(cháng)器件，如采用InGaAsP/In材料隱埋雙質(zhì)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(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)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(gè)器件的性能和可靠性較差。后來(lái)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(mǎn)足了當時(shí)光通信日益發(fā)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(chǎn)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(jìn)行技術(shù)封鎖和禁運，反而失去中國的大市場(chǎng)，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(kāi)始大量涌入我國市場(chǎng)。

　　2.產(chǎn)業(yè)現狀

　　隨著(zhù)光通信技術(shù)的迅速發(fā)展，對光有源器件的技術(shù)要求愈來(lái)愈高。雖然我國有關(guān)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(shù)的突破，分布反饋(DFB)半導體激光器等先進(jìn)器件的實(shí)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(jìn)水平的差距日顯突出。

　　3.市場(chǎng)概況

　　根據對部分廠(chǎng)商的調查，1998—2000年我國光有源器件的生產(chǎn)銷(xiāo)售情況如表1所示。由表可見(jiàn)，2000年這些廠(chǎng)商的光有源器件的銷(xiāo)售量為64.9萬(wàn)只(其中出口約19.3萬(wàn)只，國內銷(xiāo)售為45.6萬(wàn)只)，銷(xiāo)售總額為4.7億元，較1999年增長(cháng)了94.2%。

　　關(guān)于2001年全國光有源器件的市場(chǎng)情況，有不同的估計。有的認為是11億元人民幣，其中光收發(fā)(光源—檢測)一體模塊的市場(chǎng)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(fā)一體模塊的市場(chǎng)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(cháng)，其中2002年的市場(chǎng)銷(xiāo)售額將比2001年增加70%以上。

　　據估計，國內生產(chǎn)的光有源器件只占國內市場(chǎng)的30—40%。

　　光無(wú)源器件

　　1.發(fā)展概況

　　光無(wú)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(méi)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(kāi)關(guān)、光衰減器和光隔離器等，是光傳輸系統的關(guān)節。光連接器是光無(wú)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(zhù)光通信技術(shù)的發(fā)展，密集波分復用器、大端口數矩陣光開(kāi)關(guān)的需求將會(huì )逐漸增加。

　　我國開(kāi)展光無(wú)源器件的研究是從20世紀70年代后期，隨著(zhù)光纖技術(shù)的出現而開(kāi)始的。當時(shí)光纖的連接是光纖通信必須解決的六大問(wèn)題之一，此外還要解決分路、開(kāi)關(guān)以及波長(cháng)復用等問(wèn)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(kāi)發(fā)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(kāi)關(guān)等產(chǎn)品，滿(mǎn)足了當時(shí)短波長(cháng)和長(cháng)波長(cháng)多模光纖通信研究的需求。

　　此后，光通信進(jìn)入單模長(cháng)波長(cháng)階段并開(kāi)始大量應用，對光無(wú)源器件不僅技術(shù)上的要求更高，而且在數量上也與日俱增，迫切要求產(chǎn)業(yè)化。在光連接器方面首先引進(jìn)了光學(xué)定中切削加工的APT(插針直徑為1.78mm)連接器生產(chǎn)線(xiàn)，滿(mǎn)足了國內單模光通信發(fā)展初期的需求。此后隨著(zhù)陶瓷套管大批量生產(chǎn)技術(shù)的成功，光連接器的質(zhì)量有了進(jìn)一步的提高，而且易于裝配，于是出現眾多組裝散件生產(chǎn)連接器的公司。在光纖耦合器方面，引進(jìn)了由微機控制的熔融拉錐設備，使耦合器的生產(chǎn)變得十分簡(jiǎn)單;更為可喜的是，通過(guò)理論研究和實(shí)踐探索，同一臺設備上可以生產(chǎn)出各種寬帶耦合器和二波長(cháng)的波分復用器，產(chǎn)品性能優(yōu)良，于是形成了光耦合器的產(chǎn)業(yè)。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(chǎn)的。

　　2.產(chǎn)業(yè)現狀

　　現在初看起來(lái)光無(wú)源器件的產(chǎn)業(yè)似乎比光有源器件發(fā)展快，但是在這輝煌的背后，還存在一些問(wèn)題。如光纖連接器用陶瓷套管的毛坯還需要進(jìn)口，光纖連接器技術(shù)的自主知識產(chǎn)權幾乎為零。到了世紀之交，隨著(zhù)光纖接入網(wǎng)、密集波分復用系統和全光通信網(wǎng)的發(fā)展，現有的能進(jìn)行大批量生產(chǎn)的光無(wú)源器件已不能完全滿(mǎn)足需要。例如，高光纖密度的配線(xiàn)架要求小型化光纖連接器，熔融拉錐設備無(wú)法生產(chǎn)密集型波分復用器，不能用傳統的光開(kāi)關(guān)級連成大端口數的矩陣光開(kāi)關(guān)等。這些問(wèn)題迫使人們不能停留在低端產(chǎn)品的生產(chǎn)和競爭上，必須研制高端的光無(wú)源器件產(chǎn)品，以滿(mǎn)足光纖通信發(fā)展的需求。

　　針對這些問(wèn)題，一些單位經(jīng)過(guò)努力，目前已有一些成果。如引進(jìn)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(kāi)關(guān)問(wèn)題，只能采用光子集成器件。從現有光無(wú)源器件生產(chǎn)單位的生產(chǎn)條件來(lái)看，這方面與國外的差距很大。

　　3.市場(chǎng)概況

　　目前我國光無(wú)源器件中市場(chǎng)規模最大的產(chǎn)品是單芯光纖連接器。隨著(zhù)光通信應用的不斷擴大，特別是本地通信網(wǎng)絡(luò )的逐步光纖化，近年來(lái)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(cháng)率在30%以上。根據對部分廠(chǎng)商的調查，1998—2000年我國光連接器的生產(chǎn)銷(xiāo)售情況如表2所示。由表可見(jiàn)，1999年由于中國電信的分解式重組，產(chǎn)量和銷(xiāo)售量有所下降。但2000年這些廠(chǎng)商的光連接器的銷(xiāo)售量為233.9萬(wàn)套(其中出口約115.5萬(wàn)套，國內銷(xiāo)售為118.4萬(wàn)套)，銷(xiāo)售總額為2.6億元，較1999年增長(cháng)了143%。

　　根據國外市場(chǎng)的統計規律，光纖耦合器的市場(chǎng)約為光連接器市場(chǎng)的1/4，二波長(cháng)復用器的市場(chǎng)與光耦合器大體相同。關(guān)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(kāi)關(guān)的市場(chǎng)不大，年需求量約幾百套，但隨著(zhù)全光通信網(wǎng)的發(fā)展，對大端口數的矩陣光開(kāi)發(fā)的需求將會(huì )增加。

　　發(fā)展我國光器件的思考

　　由上可見(jiàn)，我國光器件的發(fā)展起步不晚，成績(jì)不少;但現在投資不足，問(wèn)題不少。筆者就如何加快我國光器件的發(fā)展，提出幾點(diǎn)意見(jiàn)，供有關(guān)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(guān)大專(zhuān)院校、研究單位和企業(yè)的科研經(jīng)費來(lái)源于各系統的各級科研經(jīng)費。鑒于科研經(jīng)費本來(lái)就不足，主管部門(mén)常以“資助”的名義 “撒胡椒面”，以照顧有關(guān)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(jīng)費，但不得不以一部分經(jīng)費用于提高科研人員的待遇，以穩定人心。余下的少量經(jīng)費只能用于收集資料，做幾個(gè)樣品，寫(xiě)幾篇論文，“應付”各“合同”的驗收要求。長(cháng)此以往，在科研上很難深入，難以攻克關(guān)鍵技術(shù)，更談不上批量生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化的問(wèn)題。

　　建議改變投資方式，經(jīng)費相對集中，不能搞“遍地開(kāi)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(chuàng )新，使科研向縱深發(fā)展。

　　2.大型企業(yè)介入，增強發(fā)展動(dòng)力

　　要掌握光器件的核心技術(shù)，開(kāi)發(fā)高端產(chǎn)品，需要大量資金。根據國外的經(jīng)驗，科研、小批量生產(chǎn)和大批量生產(chǎn)的資金投入的比例是1：10：100。從目前現有的光器件企業(yè)的經(jīng)營(yíng)狀況看，要靠它們的自身積累來(lái)發(fā)展，是極為艱難的，這是因為低端產(chǎn)品的競爭相當激烈，銷(xiāo)售利潤已經(jīng)降到很低;這些企業(yè)又比較小，積累資金相當困難。而產(chǎn)業(yè)化的資金投入(含風(fēng)險投資)主要應由企業(yè)負責，這就使現有光器件企業(yè)無(wú)法開(kāi)展高端產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化工作。