光电器件发展趋势

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在现在的通信网中，如广域网、城域网、局域网及接入网，光纤通信已成为主要的通信手段。光纤通信需要的光电子器件种类越来越多，要求也越来越高。杰尔系统认为，有源光电子器件的现状及发展趋势如下：
1．高速率，大容量，大功率
随着因特网的迅猛发展，人们对带宽的需求日益增加。充分挖掘单光纤的传输能力，已成为业务运营商，设备制造商，及器件供应商的主要发展方向之一。10Gbps接口的光传输设备已经商用化，器件供应商已投入大量精力发展可用于40Gbps系统的光电器件。
由于色散影响，40Gbps的光源采用外调制方式，连续波(CW)激光器加铌酸锂(LiNbO3)调制器的组合是主要光源，电吸收调制(EA)激光器也正趋于成熟。40Gbps的接收目前主要是PIN光电检测管。为了克服偏振和衰减的影响，偏振控制器和拉曼放器(Raman)也由样品阶段走向产品化。
为了在一根光纤中传输更多的波长，需要发展50GHz及25GHz波长间隔的激光器和波分复用器。集成带Etalon的波长锁定装置，使50GHz及25GHz波长间隔的激光器商用化成为可能。而为了克服较多波长数的波分复用器带来的插入损耗，大功率的连续波(CW)激光器已经能提供40mW的光输出功率。
2．集成化，小型化，低成本化
现在的光纤通信市场竞争越来越激烈，通信设备要求的体积越来越小，接口板包含的接口密度越来越高，功耗越来越小。传统的以分立的激光器和光电检测管为主的方案，已经不适应现代通信设备的要求。在此情况下，集成度较高的光电合一模块和光电转发器越来越受到设备制造商的青睐。
光电合一模块集成激光器和光电检测管两个光电器件、激光器驱动器、限幅放大器和时钟与数据恢复等电芯片。光电转发器集成激光器和光电检测管两个光电器件、激光器驱动器、限幅放大器、时钟与数据恢复、复用及解复用等电芯片。
高度集成的光电模块使用户无须处理高速模拟光和电信号，缩短研发和生产周期，减少元器件采购种类，减少生产成本。由多源协议(MSA)约束的光电模块提供多厂商兼容的外形尺寸和管脚定义，这样设备制造商可以方便地找到所需的光电模块，而无须更改电路板设计。
3．无制冷光源
为了稳定激光器的性能，如光谱特性和输出光功率，传统激光器封装中都包含热敏电阻和半导体热电制冷器，用于检测和控制激光器芯片的工作温度。使用中，用户需要设计自动温度控制电路用于检测热敏电阻和控制半导体热电制冷器，使激光器工作在稳定的温度，从而稳定激光器的性能。一般半导体热电制冷器的功耗在2瓦左右。
现在随着激光器生产工艺的提高，激光器芯片的性能如温度特性，调制效率等都得到很大提高。激光器芯片可以在无制冷条件下工作于较宽的温度范围(-40到 85摄氏度)。而无制冷激光器的封装工艺较有制冷的激光器简单，体积也较小，价格也更低。而对用户来说，无制冷激光器的使用可以使他们节省自动温度控制电路的器件成本，电路板空间及2瓦左右的功耗。
2.5Gbps及以下速率的无制冷激光器业已商用化，它们的广泛使用使光电合一模块的小型化，低成本化成为可能。10Gbps无制冷激光器也日趋成熟，它的商用化可以大大降低10G SDH和10G以太网短距离光接口的成本。
4．波长可调谐激光器和基于微机电系统(MEMS)的光开关
光纤通信已从早期的链路连接，逐步向光传送网发展。光纤传输设备已从早期的 PDH，发展到现在的SDH/SONET、DWDM，以及将来的光分插复用(OADM)、光交叉连接(OXC)及全光交换设备。光开关器件和波长可调谐激光器将在未来的光传输设备起到非常重要的作用。
在众多技术的光开关中，微机电系统(MEMS)是最有发展前景的技术。目前32?2、64?4的MEMS光开关已经商用化。MEMS是基于IC的生产工艺来制作光电子器件，具有性能好、价格低、扩展性好的特点。
现在的波分复用系统多利用温度调节技术来精确控制每个激光器的发射波长，一般波长调节范围在2nm以内。例如，一个32波的波分复用系统需要32个波长不同的激光器，如需对系统进行保护，则还需要32个波长不同的激光器。这样一来给设备制造商和激光器供应商的生产、备货、采购带来不少问题。波长可调谐激光器采用不同于传统分布反馈激光器(DFB)的激光器结构，使用温度和电流调节的方式，精确调节激光器的发射波长，且波长可调谐范围为20到40nm。同样是32波的波分复用系统采用波长可调谐激光器，则需要有2到4个激光器。而一个波长可调谐激光器可以备份8到16个传统激光器，大大减少了备份激光器的数量。在将来的光传送网中，业务运营商则可以通过波长可调谐激光器灵活配置在线业务，而无须中断其他业务。
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