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行业动态

光通信有源器件的技术发展取打破

公布日期:2013-09-13 点击次数:331

     导读: 现在,正在有源光器件范畴里,以高速光通信(40G/100G)、宽带接入FTTH、3G及LTE无线通信、高速光互联、智能光网络等为代表所运用的芯片、器件及模块的手艺将成为竞相开辟的热点,而以光集成、高速光旌旗灯号调制手艺、高速光器件封装手艺等为代表的光器件平台手艺也愈来愈被宽大OC厂商所正视。

      1、媒介

  只管环球金融风暴对全部光通信市场发生了较大的影响,但光通信手艺一向正在高速向前生长。2009年,下锟师长教师得到了昔时的诺贝尔物理学奖,意味着光通信手艺再次站到了物理学研讨的最前沿,引发了全社会更高度的正视。同时,因为互联网的兴旺生长,使网络流量泛起了海量的增进,正在此配景下,光通信手艺因为可以或许供应理论上不受限定的网络带宽的奇特上风,正在下速度、大容量、集成化、热插拔等发展方向上势必获得飞速的前进。现在,正在有源范畴里,以高速光通信(40G/100G)、宽带接入FTTH、3G及LTE无线通信、高速光互联、智能光网络等为代表所运用的芯片、器件及模块的手艺将成为竞相开辟的热点,而以光集成、高速光旌旗灯号调制手艺、高速光器件封装手艺等为代表的光器件平台手艺也愈来愈被宽大OC厂商所正视。

  2、光通信有源器件的技术发展取打破

  知足络续增进的带宽需求,同时络续低落资源和运维收入,将继承是鞭策光通信技术发展的两个重要动力。为了知足体系不断发展的需求,有源光通信手艺的生长涉及到许许多多的手艺,但是,近年来有几项手艺值得我们稀奇存眷:那包孕40G/100G高速传输器件取模块手艺、下一代接入手艺、光载射频ROF(Radio Over Fiber)器件取模块手艺、光集成手艺、高速互连光电器件取模块等等。

  2.1 40G/100G手艺势不可挡

  占有闭专家总结,40G重要有以下四个方面的市场需求和驱动力:第一是TriplePlay,即数据、视频、VoIP等效劳的融会;第二是数据通信和海量存储网络;第三是高速电信网络,如OC768,STM256,G.709FEC;第四是其他新兴数据需求。数据显现,到2012年环球的IP流量将以2年翻一番的速度增进,年复合增长率高达46%;那个中,因为3G和LTE的鞭策,环球挪动流量将来5年的年增长率约莫为25%。

  现在,40G的价钱是其得到发作式增进的重要停滞,不外,40G以至100G的生长已变得弗成阻挠。40G/100G的CFP MSA多源和谈曾经公布,由此背CFP的器件/模块开放了大门。而正在此手艺方面,高速光旌旗灯号的调制手艺作为一个要害的手艺平台尤其主要,个中以DPSK、RZ-DQPSK和DP-DQPSK等系列调制体式格局为代表。

  来自Ovum的观察显现,到2011岁尾,40G的光模块销售额将到达5.5亿美圆,而且接纳支流手艺的产物(DQPSK和DP-QPSK调制手艺)将以32%以上的年增长率迅速发展(如图一所示)。

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图一  40G 光模块手艺的生长态势(Source:Ovum)

  来自Ovum的观察一样显现,接纳RZ-DP-QPSK和相关手艺的100G线路端光模块正在2012年固然只有约7万万美圆的销售额,但正在今后的5年里,其年增长率将连结正在惊人的62%以上。

      2.2 10G速度的PON引领下一代接入手艺

  正在光接入技术上,国际上重要接纳的是PON。正在已往的几年里,PON重要以GEPON和GPON手艺为主,支流的用户分派带宽到达10M~40Mb/s,而正在将来的几年以后,因为用户带宽需求的进一步增进,则需求背下一代PON过渡。

  跟着2009年9月IEEE 802.3av国际标准的正式经由过程,10G EPON的有源器件的研讨得到了飞速的生长,现在,10G-EPON成为了下一代PON的最大热门,估计最早在2012年阁下可构成成熟家当。紧接着,2010年6月,10G GPON(XG-PON)尺度正在日内瓦ITU-T SG15全会上顺遂经由过程,仅比10G EPON的尺度的经由过程早9个月,因为在技术上的相似性,XG-PON的器件生长也异常敏捷。那两个国际标准为下一代接入手艺定下了生长的基调。WDM-PON,因为具有潜伏的手艺先进性,无疑也会正在将来的PON接入网中占有一席之地。因为种种PON手艺的兴旺生长,一种更大的能够是正在将来的手艺发域内,种种PON手艺会逐渐走向互相渗出和融会。

  沿着EPON和GPON的生长道路,下一代PON手艺将构成三大趋向:EPON背10G EPON演进;GPON背XG-PON演进;将来构成种种手艺融会的PON。

  2.3 无线取光的手艺融会带来的新时机

  跟着3G时期的降临,光通信家当可谓又风生水起,迎来了史无前例的时机。接入是迄今种种范例的宽带接入计划中,最具生长生命力的一种,我国90%以上的信息量是经由过程光纤传输,特别是跟着3G派司的发放,我国迎来3G时期,光通信及相干光电家当正在成为动员全部信息产业的新的增长点。据估计,3G的启动能够带来到达1000亿以上范围的光通信市场。固然我们在技术上曾经做好驱逐3G的预备,光通信行业所面对的时机毋庸置疑,但同时也要看到它所面对的应战。

  从现在的状况来看,将来的无线通信背LTE生长的偏向曾经相称明白。正在此范畴的光器件、光模块手艺中,光载射频ROF光器件/模块值得存眷。

  当前,对高速多媒体挪动通讯的需求络续增添,无线通信体系对宽带传输才能的要求也愈来愈下,同时伴随着无线通信体系容量的快速增长,小区半径愈来愈小,细小区、微微小区数量敏捷增添。另一方面,多种无线尺度的存在又要求接入体系具有多业务操纵的才能。中国曾经最先了“无所不在的网络中国(U-China)”企图,怎样处理建筑物内的无线高速数据传输和无线接入掩盖题目便成为迫切需要处理的手艺要害。ROF无线接入手艺成为处理上面题目的一项最有希望的手艺之一。

  正在ROF体系中,因为光载波上承载的是模仿的微波旌旗灯号,取传统的数字光纤传输链路比拟,其体系对光器件的机能和链路本身的色散、非线性效应等皆有了更加刻薄的要求。    只管ROF手艺间隔大规模的商用另有很少的路要走,也有许多关键技术要霸占,然则,科学研究始终是走正在手艺产业化的前面。同时,光无线融会的大趋向是没法阻挠的,不管正在如今照样未来,ROF都将是研究人员和运营商最为存眷的一项手艺之一。而关于ROF手艺的研讨,人们的眼光也会由理论研究转向现实的运用,背更低成本,更高集成化勤奋。

      2.4 光集成手艺值得等候

  光集成器件因为其综合本钱低、体积玲珑、易于大规模化天装配消费、事情速度下、机能稳固等等长处,早在20世纪70年月便引发了众人的存眷和研讨。正在随后的三十多年里,跟着光波导建造手艺和种种邃密加工手艺的迅速发展,光集成器件正在大量天进入商用,尤其是基于PLC (Planar Lightwave Circuit)平面光回路的一些光无源器件,如光分路器(Splitter)、阵列波导光栅(AWG)等等,现在已成为市场上的热门产品。正在光有源器件的发域中,有源的集成产物借远远已到达大规模的商用,但跟着一些该范畴中的先进技术如色散光桥光栅(Dispersion Bridge Grating)的胜利开辟,基于PLC的有源器件正在最近与得了长足的前进。

  光集成的技术发展偏向重要可分为两类:单片集成和混淆集成。单片集成是指正在半导体或光学晶体衬底上,只经由建造工艺,把一切元件集成在一起,如:PIC 和OEIC手艺;而混淆集成是指用差别的建造工艺,建造一部分元件后,再组装正在半导体或光学晶体衬底上。

  之前,Si基的混淆集成的现实建造工艺一向是相称庞大的,但最近,一些研讨机构针对传统倒装为根蒂根基的混淆集成工艺做了改进,与得了较大希望。个中,最能引人瞩目的结果有两项:第一项是加州大学Santa Barbara分校取Intel公司协作研讨的基于晶片(Wafer)级联合的混淆集成器件;第二项是比利时根特(Ghent)大学的基于芯片(Chip)和晶片(Wafer)联合的混淆集成器件。

  近年来光集成的技术发展,使得其敏捷成为光通信发域中异常值得等候的一项平台手艺,可望获得极为普遍的运用。

  2.5 高速光电互连手艺超乎设想

  高速光电互连手艺经由过程并行光模块和带状光缆或电缆去实现.并行光模块是基于VCSEL阵列和PIN阵列,波长850nm,合适多模50/125um和62.5/125um。封装上其电接口接纳尺度的 MegArray连接器,光接口接纳尺度的MTP/MPO带状光缆。现在对照通用的并行光模块有4路收发和12路收发模块。正在当前的市场上,较为常见的高速并行光模块有:4×3.125Gbps  (12.5 Gbps)并行光纤模块,运用正在如高端计算机系统如刀片式服务器的短距离互连;12×2.725Gbps  (32.7Gbps) 并行光纤模块,运用正在如高端交流装备中和背板连接中。并行光模块的运用正在逐步走向成熟。

  当前,超等计算机、云盘算、短距离高速数据通信等运用的鼓起,间接鞭策高速光电互连手艺的迅猛生长,其市场运用范围及技术发展将会超乎人们的设想。

  3、我国光通信有源器件的家当生长

  我国从70年月最先处置光电子器件的研讨开辟和产业化,造就了多量有履历的工程师和技术工人,有源器件方面以WTD等为代表的一批民族企业茁壮成长,与此同时也为外企正在海内竖立生产基地发明了前提。从2000年以来,外企经由过程一些体式格局进入中国,如:一、直接投资,雇用职员,如Oclaro,JDSU等;二、购并海内企业,如Neophotonics购并Photon,MRV购并Fiberxon等;三、经由过程CM、OEM或ODM等体式格局竖立生产基地。至今可以说,中国已成为国际上最大的光电子器件生产基地,为天下家当的生长做出了伟大的孝敬。

      便家当范围而言,按消费制造天分别,2008年中国消费制造的已占环球25%的市场份额,个中大陆外乡企业的贩卖约占环球光电元器件市场17%的市场份额;而到2009年,仅大陆外乡光器件企业的市场份额便曾经增进到环球的26%,市场规模到达约75亿人民币,个中有源局部约51亿,占有了相称大的局部。正在环球的中低端光收发模块中,海内企业占有了相对大的比例,凭据数据,环球中低端光器件市场上光迅科技取WTD的市场份额已凌驾三分之一,充裕展示了中国品牌的天下影响力。

  3.1 以上高速器件

  跟着光传输网背更高速度、更大容量、更长间隔的生长,10G产物的产业化和40G、100G产物的批量投放,新的下速度调制花样、相关探测等曾经成为了我国有源器件生长的重点。

  现在,便10G及10G以下的有源器件而言,除TIA、LDD、LA等系列的集成芯片中,其他部件包孕LD芯片、PD芯片、金属陶瓷件、WDM滤光片等,均有国产化才能。近几年来10G产物市场需求大幅加强,那刺激了10G 模块的贩卖大增少,来自WTD的数据注解,10G产物年贩卖的同比增进自2008年以来均到达了100%以上,成为了产品结构转型的重点偏向。

  便40G/100G体系而言,正在2009年,40G的体系运用只泛起正在主干网中,但凭据现在的趋向剖析,正在2011年以后,40G以至100G的体系将会逐渐运用正在主干网、城域网中,只是正在接入网方面保持正在10G及以下速度。同时来自Lightcounting的数据剖析注解,正在40G以后几年的增进中,来自线路端和客户端的需求险些是连结正在统一程度上。

  因为缺少高端器件的相干中心资本和手艺积聚,海内光器件厂家正在40G/100G器件取模块的开辟上明显收到了各种范围,特别表现正在以DP-QPSK调解体式格局为代表的产物上,由于引入了发射端的偏振模复用以及吸收端的均衡相关

  探测等庞大的手艺。但即使云云,海内照样不短少数厂家可以或许自立研发出40G的器件和Transponder收发合一模块,而且已将眼光投向了更高端的100G光电模块。图二展现的是来自光迅科技正在40G系列产品上的垂直集成资本的状况,注解了其从有源芯片、到发射件、到收发一体模块的垂直整合才能。

 

图二  40G系列垂直集成资本示意图

      3.2 PON器件

  现在,环球每一年新增接入宽带用户有几万万户,我国的FTTx曾经处在大量运用前期阶段,xPON的产物市场日益火爆,同时市场对PON产物的低成本、大规模的可制造性、下牢靠度、背更高带宽腻滑晋级等的要求进一步进步。

  中国行业2009年的下增进已无疑同,步入2010年后,FTTH催生的伟大增量市场维系了中国光通信行业的高速增进态势。事实上,FTTH的范围增进,2008年曾经展现,厥后的驱动身分则是:政策支撑;运营商弃捐了手艺制式争议,明白当前以EPON、并举的生长思绪。

  国度七个部位于2010年3月结合印发了《关于推动光纤宽带网络建立的看法》,企图正在3年内投资于光纤宽带网总额凌驾1500亿元。根据推算,2011年仅海内就会有靠近11亿元的PON模块的市场规模,用量正在630万套以上,PON模块需求量的年增长率将连结正在15%以上。值得一提的是:广电体系将来停止的单网革新和NGB实质上取电信网络差别其实不大,都是基于PON的架构,加上将来物联网的支撑,上述预期应该是较为客观的。

  受上述大环境的影响,海内PON模块厂家的业务显现如日方升的势头,据专家剖析,FTTx这个势头最少还能火10年,现在曾经成为了光通信市场上最大的一块蛋糕。正在海内,已有多个厂家具有系列的EPON/GPON ONU/OLT光收发模块产品线,正在许多产物的出货量上根基占有了环球的荆棘铜驼,但个中真正具有完美解决方案,可以或许完整接纳自立研制的FP/DFB/PIN/APD管芯,正在PON系列上具有垂直整合才能,而且曾经规模化消费的厂家,却是百里挑一,那也是很多专家鼎力大举号令尽力打造“中国芯”的缘由,同时也进一步注解,打造中国芯,就要从PON器件最先。

  为了顺应模块的小型化封装要求,GEPON模块用的器件BOSA (Bidirectional Optical Sub-Assembly)的体积也愈来愈小了,纵然是接纳SC/UPC光接口插拔的BOSA器件,也可轻易天应用于SFP的小型化封装中(拜见图三)。

 

图三  GEPON模块的常见封装外型图

  遭到种种带宽需求的驱动,光接入网必将要背下一代接入网演进。目前国内厂家皆正在存眷速度到达10Gb/s的PON,而且正在10G EPON和XG PON的手艺、产物的研发上做了异常主动的投入。

 

图四  10G EPON BOSA和模块的常见外型图

      XG PON的器件生长态势取10G EPON大抵相似。现在,海内厂家的光模块的研发重要集中正在XG-PON1,即:非对称的10G/2.5G 的GPON上,该产物取非对称的10G/1G EPON在技术上的差异较为纤细。

  3.3 ROF器件

  正在海内,无线通信的生长跟着三大运营商的猛烈合作,争取的疆场由3G一向背LTE延长。凭据工信部宣布的数据,天下建立的3G基站数凌驾了43万个,投资超1800亿。而关于4G LTE来讲,要实现雷同的掩盖局限,将部署更多的基站。现在,3G 和LTE的网络大量接纳的是BBU+RRU分布式基站的手艺计划,而BBU和RRU都要采用光模块。据大略预计,2011年海内LTE光模块用量将凌驾80万套,容量约3.5亿元,且正在将来的几年里,增长速度将凌驾20%。

  现在,正在宽频光收发器件、模块的研讨方面, 50MHz~3GHz模仿传输光电器件取收发模块、CATV用带智能预失真处置惩罚的光发射模块、2G、3G光纤直放站光收发合一模块、GPS及卫星旌旗灯号吸收光电收发模块等相干产物均已批量投放市场,其典范形状可拜见图五所示。

 

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图五  常见的射频模块图

  为了进一步处理ROF的BBU和RRU正在400M~4GHz射频事情频段的器件、模块予商用阶段的严重机能和要害质量问题,WTD正取大唐挪动、浙江大学等单元展开结合科技攻关,同时处理针对密集小区组网应用时的一些要害题目。

  3.4 集成器件

  光电集成手艺作为一种平台手艺,险些能够应用到范畴中的每一个角落。刚开始,绝大多数厂家都将光集成器件的开辟集中正在了出货量最大的FTTx产物上,但经由过程几年的理论发明,因为手艺和工艺离大规模的商用另有相称大的差异(如接纳PLC手艺的单纤双向器件取模块),以致光集成产物的成品率和本钱难以到达预期的结果,因而难以真正替换传统的同轴工艺封装的产物。固然许多企业正在加大气力继承开辟FTTx用光电集成器件和模块,但正在现在这类形势下,CSFP产物好像成为了光电集成器件的新的热门研讨偏向。

  CSFP(Compact Small Form Factor Pluggable)即是紧凑型SFP,是正在如今盛行的SFP封装基础上,生长更加先辈、更加松散的CSFP封装。经由过程接纳双通道、四通道的设想,CSFP接纳现有SFP通用接口,但将外形尺寸缩小到现有产业尺度的一半和四分之一,经由过程组合借可天真设置通道数目。若是继承接纳传统分立元件计划,那么在技术上将很难实现上述功用。CSFP联合下集成度的光电集成手艺,正在具有SFP所有的技术优势的基础上,大幅度减小光收发模块和光体系装备的外形尺寸,明显增添通讯端口密度及数据吞吐量,低落体系本钱,可望正在数据通信市场上大显神通。海内企业中,曾经有WTD、海信离别成为CSFP MSA国际联盟的第5、第8家正式成员,而且正在主动开辟该类产物,相干的海内行业标准也正在主动的预备当中。

      从图六能够看到CSFP器件取模块的一些基本情况。

 

图六 CSFP器件取模块示意图

  3.5 光电互连器件

  中国的银河-1A超等计算机胜利升级为环球HPC 500强,其接纳数万个AOC(Active Optical Cable)有源光缆产物衔接全部体系的交换机/路由器。该体系中,高达80Gbps的网络衔接和两个4X10G AOC绑定在一起,以知足带宽需求,其所彰显的单通道传输速度为40G AOC基础没法知足将来网络需求。

  威望观察机构Ovum正在对环球地区市场调查后,得出的一个如许的结论:并行光电手艺是一项决定性的严重手艺。但是,正在此手艺发域内,海内企业的根蒂根基却异常使人耽忧。因为缺少中心的高速VCSEL芯片,和响应的器件阵列的耦合封装手艺积聚,光互连产物险些为外洋企业所把持。近年来,国度也正在大力支持包孕片上光互连等高端手艺的投入,从现在的形势来看,正在加大光互连的投入的同时,海内企业正在电互连器件、模块方面照样异常有条件获得打破的。从图七能够看到的电互连模块,单个模块速度曾经能够高达40Gb/s,海内曾经具有批量的生产能力,正在短距离的通讯互连方面显得上风非常显着。

 

图七 高速电互连模块示意图

  4、结束语

  瞻望2011~2012年,40G/100G仍将是热门话题,由于有关其手艺和产业化的困难仍旧没有谜底。很多厂家曾经将40G相关手艺和产物作为通向100G的垫脚石,如思科收买了CoreOptics,公布推出40G线路端模块,Oclaro(经由过程收买Mintera)、JDSU、Opnext等也皆曾经将40G,以至100G的基于相关手艺的Transponder列入行将推出的产物之列。正在此范畴里,海内企业天然也不甘程序被推得太近,相干有源器件厂家正在鼎力大举推出该类模块。

  下一代PON便尺度而言曾经完成了对10Gbps的支撑;天下上首个WDM-PON的尺度也即���睁开议论。海内非对称速度的10GEPON、XG-PON的产物生长异常敏捷,下一步将转入商用,并逐渐推出对称速度的10G PON产物。

  历史上,通讯关于当代通讯的最大孝敬便在于根本上处理了支线传输题目。下一步光纤通信要处理带宽进家的题目。据业内人士泄漏,2011年第一批PON集采总范围约1900万线,到达了历年来海内PON集采范围之最。那也从一个侧面反应了市场的生长,仍旧是光通信范畴的亮点,这类稳步增进的态势,凭据业内专家的剖析,将会连续10年以上。

 

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