光器件分為有源器件和無(wú)源器件。光有源器件是光通信系統(tǒng)中將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)或?qū)⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的關(guān)鍵器件,是光傳輸系統(tǒng)的心臟,主要包括半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)、光電二極管(PIN)、雪崩光電二極管(APD)、摻鉺光纖放大器(EDFA)、拉曼光放大器及調(diào)制器等。光無(wú)源器件是光通信系統(tǒng)中需要消耗一定能量、但沒(méi)有光電或電光轉(zhuǎn)換的器件,是光傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),主要包括光纖連接器、耦合器、波分復(fù)用器、光開(kāi)關(guān)、光衰減器和光隔離器等。
光器件是光纖通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)元件,發(fā)達(dá)國(guó)家在1975年后逐步形成光器件產(chǎn)業(yè)。中國(guó)光器件產(chǎn)業(yè)的形成比國(guó)外約晚5年。中國(guó)在光器件領(lǐng)域的研究和生產(chǎn)起步不算晚,無(wú)論是有源器件,還是無(wú)源器件,都滿足了國(guó)家光纖通信發(fā)展初期科研和工程的需要。但隨著時(shí)間推移,由于相關(guān)工業(yè)基礎(chǔ)薄弱、科研投入不夠及體制和機(jī)制等方面的原因,中國(guó)光器件在核心技術(shù)和優(yōu)異產(chǎn)品方面與國(guó)際先進(jìn)水平的差距愈顯突出。
光有源器件發(fā)展史
中國(guó)光有源器件的研究始于20世紀(jì)70 年代。當(dāng)時(shí)西方國(guó)家根據(jù)所謂“巴統(tǒng)”規(guī)定,對(duì)中國(guó)進(jìn)行高新技術(shù)的封鎖和禁運(yùn),于是,中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、武漢郵電科學(xué)研究院、中國(guó)電子科技集團(tuán)第44研究所、第13研究所,自力更生,研制了波長(zhǎng)為850 nm的短波長(zhǎng)激光器。此后,這些單位又開(kāi)發(fā)了波長(zhǎng)為1310和1550 nm的長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器,滿足了中國(guó)光通信起步階段的需要。
1993 年之前,中國(guó)光通信所需的光有源器件,基本上由國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商提供,以致西方國(guó)家認(rèn)識(shí)到在有源器件等方面再用“巴統(tǒng)”規(guī)定,對(duì)中國(guó)進(jìn)行技術(shù)封鎖和禁運(yùn),反而會(huì)失去中國(guó)的巨大市場(chǎng),得不償失,于是只得宣告“巴統(tǒng)”規(guī)定失效,國(guó)外的光有源器件開(kāi)始大量涌入中國(guó)市場(chǎng)。
隨著光通信技術(shù)的迅速發(fā)展,對(duì)光有源器件的技術(shù)要求愈來(lái)愈高。雖然中國(guó)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(dǎo)體材料與器件技術(shù)的突破,分布反饋(DFB)半導(dǎo)體激光器等先進(jìn)器件的實(shí)驗(yàn)室水平也有很大提高,但由于投入的人力和物力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足,與國(guó)際先進(jìn)水平的差距日顯拉大。
目前,中國(guó)只有少數(shù)幾家單位能自主生產(chǎn)激光器和探測(cè)器管芯,而且**于10 Gbit/s以下速率的管芯。中國(guó)光通信設(shè)備和系統(tǒng)所需的高速率管芯、單元器件及摻鉺光纖均需要進(jìn)口,有源器件公司大都購(gòu)買(mǎi)國(guó)外管芯做器件、購(gòu)買(mǎi)國(guó)外的器件做模塊、購(gòu)買(mǎi)國(guó)外的摻鉺光纖做放大器組裝,光通信設(shè)備公司購(gòu)買(mǎi)國(guó)外的模塊做系統(tǒng)。
光無(wú)源器件的發(fā)展歷史
中國(guó)開(kāi)展光無(wú)源器件的研究,是從20世紀(jì)70年代后期隨著光纖技術(shù)的出現(xiàn)而開(kāi)始的。當(dāng)時(shí)光纖的連接是光纖通信必須解決的6大問(wèn)題之一,此外還要解決分路、開(kāi)關(guān)及波長(zhǎng)復(fù)用等問(wèn)題。于是,中國(guó)電子科技集團(tuán)第23研究所、武漢郵電科學(xué)研究院固體器件研究所(現(xiàn)武漢光訊科技股份有限公司)和中國(guó)電子科技集團(tuán)第34研究所等單位,白手起家,致力于全光纖結(jié)構(gòu)和微光學(xué)分立元件組合型的研究,開(kāi)發(fā)了多模光纖連接器、拼接型和熔融拉錐型的光耦合器和機(jī)械式光開(kāi)關(guān)等產(chǎn)品,滿足了當(dāng)時(shí)短波長(zhǎng)和長(zhǎng)波長(zhǎng)多模光纖通信研究的需求。此后,光通信進(jìn)入單模長(zhǎng)波長(zhǎng)階段并開(kāi)始大量應(yīng)用,對(duì)光無(wú)源器件不僅技術(shù)上的要求更高,而且在數(shù)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)定心切削加工的APT 連接器生產(chǎn)線,滿足了國(guó)內(nèi)單模光通信發(fā)展初期的需求。此后隨著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(xiàn)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(jī)控制的熔融拉錐設(shè)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(tái)設(shè)備上可以生產(chǎn)出各種寬帶耦合器和雙波長(zhǎng)的波分復(fù)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(dāng)前,中國(guó)光通信系統(tǒng)中所用的光連接器和光耦合器絕大部分都是國(guó)產(chǎn)的。