光有源器件

我國開展光有源器件的研究是從20世紀70年代開始的。當時西方國家根據所謂“巴統”規定，對我國進行高新技術的封鎖和禁運，光有源器件亦在其中。於是中科院半導體所、武漢郵科院、電子部第44所、電子部第13所等單位，發揚“自力更生”的精神，研製了波長為850nm的所謂短波長光器件，如採用GaAlAs/GaAs材料同質結或異質結結構的LD和LED光源、Si—PIN檢測器等。雖然現在來看這些器件的性能較差，但也滿足了我國光通信起步階段的需要。

此後，這些單位又開發了波長為1310nm和1550nm的所謂長波長器件，如採用InGaAsP/In材料隱埋雙質結構的半導體激光器、採用InGaAs/In材料的PIN檢測器等。這些晶元本身的性能有了很大提高，但在研製初期，晶元與光纖之間採用　環氧樹脂進行粘結，所以器件的氣密性能差、粘結強度小、光纖易移位，因而整個器件的性能和可靠性較差。後來採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，滿足了當時光通信日益發展的需要。

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”向我國進行技術封鎖和禁運，反而失去中國的大市場，是得不償失的，於是只得宣告“巴統”解散，國外的光有源器件開始大量湧入我國市場。

隨著光通信技術的迅速發展，對光有源器件的技術要求愈來愈高。雖然我國有關單位做出很大努力，跟蹤世界潮流，取得了量子阱半導體材料與器件技術的突破，分佈反饋（DFB）半導體激光器等先進器件的實驗室水平也有很大提高，但由於投入的人力和物力遠遠不足，與國外先進水平的差距日顯突出。

目前我國只有少數幾家能自己生產光源和檢測器的管芯，而且基本上 是2.5Gb/s以下速率的水平。這些產品由於不能同時達到高性能、高成品率、高重複性、高可靠性和低成本等產業化要求，實際上只能用於一些要求較低的系統，而在高速系統中的應用幾乎為零。國內光通信設備和系統所需的高速率管芯和單元器件以及摻鉺光纖放大器的關鍵元件摻鉺光纖等都需要進口。國內的有源器件公司大都是買了國外的管芯做器件，買了國外的器件做模塊，買了國外的摻鉺光纖做放大器的組裝公司。光通信設備公司則買了國外的模塊做系統。

目前我國規模最大的光源、檢察器製造單位是武漢電信器件公司、深圳飛通光電子技術有限公司，它們的銷售量佔全國的80%以上。其他還有深圳恆通寶光電子有限公司、武漢華工科技產業股份有限公司正元光子分公司、武漢天訊科技股份有限公司、北京福創光電子股份有限公司、上海奧普光電技術有限公司、四川康和光電子有限責任公司、重慶光電技術研究所、信息產業部電子第44研究所等20餘家，可以生產十幾種量子附激光器、半導體泵浦激光器。光纖放大器的製造單位主要有無錫中興光電子技術有限公司、武漢光訊通信技術有限公司等。在光有源器件方面還有一些外資企業，如深圳光炬（JDS Uniphase的子公司）、深圳新福克斯等。

根據對部分廠商的調查，1998—2000年我國光有源器件的生產銷售情況如表1所示。由表可見，2000年這些廠商的光有源器件的銷售量為64.9萬隻（其中出口約19.3萬隻，國內 銷售為45.6萬隻），銷售總額為4.7億元，較1999年增長了94.2%。

關於2001年全國光有源器件的市場情況，有不同的估計。有的認為是11億元人民幣，其中光收發（光源—檢測）一體模塊的市場份額為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，其中光收發一體模塊的市場份額為36%、DWDM用激光器為36%、泵浦激光器為14%、光放大器為14%。預計今後數年光有源器件將以40—50%的速度增長，其中2002年的市場銷售額將比2001年增加70%以上。

據估計，國內生產的光有源器件只佔國內市場的30—40%。例如華為、中興、大唐、烽火等幾家公司，2001年光傳輸設備所用的光有源器件就有數十億人民幣，而採購國產光有源器件的金額不足10億元，可見大部分的市場份額被國外廠商所佔有。

光源可分為：

1.天然光源（如太陽、火焰、閃電、螢火蟲等）

2.人造光源（如點燃的蠟燭、發光的電燈、激光 束等）

注意：有些物體，比如月亮，本身並不發光，而是反射太陽光才被人看見的，所以月亮不是光源。而人造光源一定要是正在發光的物體。

物理學上指能發出一定波長範圍的電磁波（包括可見光與紫外線、紅外線和X光線等不可見光）的物體。通常指能發出可見光的發光體。凡物體自身能發光者，稱做光源，又稱發光體，如太陽、恆星、燈以及燃燒著的物質等都是。但像月亮表面、桌面等依靠它們反射外來光才能使人們看到它們，這樣的反射物體不能稱為光源。在我們的日常生活中離不開可見光的光源，可見光以及不可見光的光源還被廣泛地應用到工農業，醫學和國防現代化等方面。

光源可以分為三種。

第一種是熱效應產生的光，太陽光就是很好的例子，此外蠟燭等物品也都一樣，此類光隨著溫度的變化會改變顏色。第二種是原子發光，熒光燈燈管內壁塗抹的熒光物質被電磁波能量激發而產生光，此外霓虹燈的原理也是一樣。原子發光具有獨自的基本色彩，所以彩色拍攝時我們需要進行相應的補正。

第三種是synchrotron發光，同時攜帶有強大的能量，原子爐發的光就是這種，但是我們在日常生活中幾乎沒有接觸到這種光的機會，所以記住前兩種就足夠了。

光信號經過光纖傳輸到達接收端后，在接收端有一個接收光信號的元件。但是由於我們對光的認識還沒有達到對電的認識的程度，所以我們並不能通過對光信號的直接還原而獲得原來的信號。在他們之間還存在著一個將光信號轉變成電信號，然後再由電子線路進行放大的過程，最後再還原成原來的信號。這一接收轉換元件稱作光檢測器，或者光電檢測器，簡稱檢測器，又叫光電檢波器或者光電二極體。

常見的光檢測器包括：PN光電二極體、PIN光電二極體和雪崩光電二極體（APD）。

光纖通信系統要求光檢測器：

（1）靈敏度高：靈敏度高表示檢測器把光功率轉變為電流的效率高。在實際的光接收機中，光纖傳來的信號及其微弱，有時只有1nw左右。為了得到較大的信號電流，人們希望靈 敏度儘可能的高。

（2）響應速度快：指射入光信號后，馬上就有電信號輸出；光信號一停，電信號也停止輸出，不要延遲。這樣才能重現入射信號。實際上電信號完全不延遲是不可能的，但是應該限制在一個範圍之內。隨著光纖通信系統的傳輸速率的不斷提高，超高速的傳輸對光電檢測器的響應速度的要求越來越高，對其製造技術提出了更高的要求。

（3）雜訊小：為了提高光纖傳輸系統的性能，要求系統的各個組成部分的雜訊要求足夠小。但是對於光電檢測器要求特別嚴格，因為它是在極其微弱的信號條件下工作，又處於光接收機的最前端，如果在光電變換過程中引入的雜訊過大，則會使信號雜訊比降低，影響重現原來的信號。

（4）穩定可靠：要求檢測器的主要性能儘可能不受或者少受外界溫度變化和環境變化的影響，以提高系統的穩定性和可靠性。

光纖放大器不但可對光信號進行直接放大，同時還具有實時、高增益、寬頻、在線、低雜訊、低損耗的全光放大功能，是新一代光纖通信系統中必不可少的關鍵器件；由於這項技術不僅解決了衰減對光網路傳輸速率與距離的限制，更重要的是它開創了1550nm頻段的波分復用，從而將使超高速、超大容量、超長距離的波分復用（WDM）、密集波分復用（DWDM）、全光傳輸、光孤子傳輸等成為現實，是光纖通信發展史上的一個劃時代的里程碑。在實用化的光纖放大器中主要有摻鉺光纖放大器（EDFA）、半導體光放大器（SOA）和光纖拉曼放大器（FRA）等，其中摻鉺光纖放大器以其優越的性能現已廣泛應用於長距離、大容量、高速率的光纖通信系統、接入網、光纖CATV網、軍用系統（雷達多路數據復接、數據傳輸、制導等）等領域，作為功率放大器、中繼放大器和前置放大器。光纖放大器一般都由增益介質、泵浦光和輸入輸出耦合結構組成。光纖放大器主要有摻鉺光纖放大器、半導體光放大器和光纖拉曼放大器三種。