對光纖通信元器件與模塊技術發展趨勢的思考

肖慶強

[摘 ? ?要]中國社會經濟的不斷發展，極大地推動了光伏發電工業的蓬勃發展，同時，在新興科技的帶動下，光纖通信技術在光伏發電工業中起到了關鍵的支撐作用。其中，模塊技術與光纖通訊元器件是光纖通信技術領域最主要的技術層次，因此，文章詳細介紹了光纖通信元器件與模塊技術的概念、分類并進行了技術分析，對其發展趨勢進行展望，希望為相關人員提供一些新的思路。

[關鍵詞]光纖通信;元器件;模塊技術;發展趨勢

[中圖分類號]TN929.11 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）03–0–03

Reflections on the Development Trend of Optical Fiber

Communication Components and Module Technology

Xiao Qing-qiang

[Abstract]Due to the continuous development of China's social economy， it has provided a great promotion for the vigorous development of the photovoltaic power generation industry. At the same time， driven by emerging technologies， optical fiber communication technology has played a key supporting role in the photovoltaic power generation industry. Among them， module technology and optical fiber communication components are the two most important technical levels of optical fiber communication technology. Therefore， this paper introduces the concept， classification and technical analysis of optical fiber communication components and module technology in detail， and forecasts their development trends. Hope to provide some new ideas for relevant people.

[Keywords]optical fiber communication; components; module technology; development trend

世界經濟的蓬勃發展，推動了由工業化社會向信息化時代的轉變，同時由于人類獲取信息的愿望強烈，對信息產業的需求量也迅速增長，從而推動了信息通信業的快速蓬勃發展。在近些年來，人類的通訊方式已由早期單純的話音聯系，發展到逐步增多聯絡點，再到了今天的視頻圖像通訊、高科技數據分析與傳感器數據信息的傳送、錄像播放和遠程視頻會議。這種新型的通訊方式，適應了人類社會發展的需要。同時隨著新型通訊方案的產生，互聯網網絡傳統的傳輸速度和寬帶已經無法滿足需要。有線電視機通過使用過去的終端用戶技術設備（手機、廣播電視、計算機），開展通話業務、視頻業務及互聯網技術業務，使得各類終端用戶技術設備間的區別越來越朦朧不清楚，因為使用者能夠在任意地方和時間利用某種技術設備（如手機）來發電子郵件、通話、觀看直播、拍照。而這種特點和改變，給了原有的電信網路以很大的沖擊，也給其發展帶來了嶄新的機會，將推動通信向智能、數字化、綜合化和全球性發展。

1 光纖通信概述

光纖通信，是指各種使用光和光纖（optical fiber）傳播信息的方法。作為有線電視通訊的一類，光通過調變（modulation）后便可帶走訊息。自20世紀80年代以來，光纖通信系統對世界電信業產生了革命性的影響，并在數字信息時代發揮了關鍵作用。因為有線光數據通信具有數據傳輸容量大、保密性好的優點，因此，光纖通信系統已成為最關鍵的數據通信方式。其原理：把需要發出的訊息直接從收發終端投入到發送機中，把訊息重疊并調節在用作信息信號載體的載波上，接著再把已調節的載波經由傳入媒質送到遠處的接收端，再由接收器解調出原來的訊息。

2 光纖通信元器件與模塊的基本種類分析

一般而言，光一般有兩個類別出現于元電子器件與模組之中，而這也是十分關鍵的部分：有源電子器件和模塊一般包括光放大、選頻光、調頻技術光、DWDM光傳輸模塊等，無源形式的光電子器件一般包括光采集設備、色散補償設備、光開關、解復用設備和短波分復用設備。事實上，許多技術都可以做出模塊和電子元器件，且這些技術包括了比較新穎的技術，這就使得一些優缺點非常明顯。

在接入互聯網和光纖局域網中使用的模塊和元器件的要求會存在一些差異，且DWDM技術并不是其發展的主要方向在現階段，大多數接入網和區域網并沒有達到較高的層次，一些數據傳輸頻段的需求通常較低。例如，現階段廣受關注的1GB/s、專用以太網光纖標準，但對于傳輸網絡技術來說，對于單一道的傳輸速率或者骨干傳輸方式而已，區域網絡傳輸方式上都已經能夠很好地給予滿足。

3 光纖通信的元器件和模塊技術分析

3.1 光纖通信被動元器件和模塊技術分析

光纖通信被動元電子器件和模塊技術當中最基本的儀器就是解多工器和DWDM光波長多工，在每條光纜中配置一系列可變波段光或在同一光纜中收集一些解復用和復用的形式，其存在于DWDM信道中，因為距離相對較小，通常保持在100 GHz甚至50 GHz。對于這些多任務/反多任務技術任務，只有平頭、陡裙和低頻濾波器可以勝任：未來可以充分應用不同類型的技術，這些光帶復用儀器已經設計和制造，主要包括電子波導器件、傳統衍射柵、光學涂層、光纖電子器件等。其中，現階段最成熟的技術是涂層全波長復用/解復用設備。

在光學鍍膜式解多工元件/波長多工中，光學鍍膜型濾光器是最重要的1種電子元器件。為了把與需求相符合的DWDM濾光器制造起來，首先必須確保涂層層數中出現100層，然后根據每1/4波長設計每層的厚度，以滿足陡組和平頭的要求，并使用諧振腔的三種結構：其中最關鍵的是要非常精準的設計出各個層面的厚薄，并且必須有準確及時的厚度監控裝置出現于制作之中。

陣列光學制導元件的設計是在DWDM/倍增器元件上產生帶寬倍增器的第2種有效方法。事故光通過事故光段到達最佳組合點后，由于衍射效應，事故光分布在陣列光波導的中心部分，然后通過陣列光波導，光被反向引導。根據不同的頻帶，會有不同程度的線性相位變化。在改變線性相位后，來自不同頻帶的光可以再次會聚到第2部分中的最佳組合點，并且在輸出端具有光波形狀。陣列的雙極化天線是1項重要的基本原理?；陉嚵胁ㄩL，在選擇照射光方向的過程中，salt可以根據陣列光波長和波長距離的變化值，最合理地選擇照射光的方向。這樣，固定通道將出現在通道間隔中，入射光可能只是輸出端光學制導陣列中的一個事故。因此，它可以滿足DWDM的各種功能。

全光纖型的光電子器件，是第3種能夠對DWDM解多工器/波多長工完成制造的方式，類似地，還有兩種更大類型的電子目標裝置：串聯光纖的干擾類型和布拉格光纖的滿足類型，位于所有光纖的中心，可以垂直影響對于某些類型的高折射率周期滿足，利用布拉格衍射函數，紫外線傳感器可以垂直檢測，窄帶發射濾光片可以直接制造。然而，由于它是在一維光纜內產生的反射濾光片，因此很難將入射光和內部反射光分開。因此，必須使用光纖干涉儀和旋轉器的基本結構，否則，此處的光能量損失將相當大。對于干式光纖系列的組件，在周期穿透頻率濾波器的生產過程中，光纖干涉儀系列可以改進并直接使用，光纖干涉儀的兩臂尺寸可以通過適當的選擇方法進行調整，對于陡峭的組和數量有限的要求也可以很好地達成。

3.2 光纖通信主動元器件及模塊技術分析

光纖通信主動元器件和模塊技術中，有幾個極為重要的技術，比如光傳輸模塊技術、光放大器技術、可周頻激光技術等。

光通信用激光光源包括表面輻射激光器。由于它有1個短的共振箱，所以它可以很好的完成單縱模的傳輸，因此，較窄頻寬在這里是應該出現的，也能夠使用垂直的方法來發送直接輸出光。所以，對on-wafer test也應該加以使用，由于它具有更多的相對輻射模式，所以光纖定向技術中的耦合模式也可以用1種非常簡單的方法來實現。由于上述特點，不僅可使設備結構的具體成本降低，而且組件的生產流程，與激光技術發射板相比，這是非常經濟的，當前，邊緣發射激光技術只能作為一種短距離高速數據傳輸和連接的方法，機載發射激光技術仍然是通信頻段的基礎技術。

現階段摻餌光纖放大仍是光放大的最主要技術方法所在，既可能是在L-band上，也可能是在C-banl上。也可能是在具有動態增益限制和平滑化的復雜光放大次系統。雖然低成本也是半導體光放大的主要優勢所在，不過，由于光載體的生命周期較短，仍然存在許多不確定的影響。在這種情況下，不適合將大量的頻帶信息放大，但處理一些非線性信息是非常合理的。集中式技術3R是一個典型的代表，這意味著它可以直接將高速信息應用到光學層。拉曼光擴展也是一種擴展形式，對于這種類型的擴展，合理利用反射光的拉曼效應，使擴展效應得到反射。因此，具有高輸出功率的激勵源在這里當然是必不可少的：光擴展的頻帶可以由激光源的頻帶決定，這也是其獨特的優勢，同時，由于這種擴展的分布特性，可以有效地減少光纖信號，從而也可以有效地減少信息傳輸的非線性效應。然而，它也有一些缺點，即它有一個高功率的激光傳輸源，但它也有一個相對較高的價格。

4 對光纖通信元器件與模塊技術發展趨勢的思考

4.1 光進銅退，是影響世界通信產業的必然趨勢

現代通訊歷史起于1873年由摩爾斯發明的電報，并實現了電能傳遞文字消息，再后來到現代有線電話、有線電視、無線電話等的開發與使用，都是采用有線或無線電的通訊方法。但因為電子通信自身的容易受電磁干擾和可以串行通訊的特點，并不能進行高速率信號在遠距離的傳播，因此人類又開始了對光通信的研究。光通訊真正獲得廣泛應用的重要標志，是20世紀70時代美國康寧按照高錕的設計，順利研發了世界首條20 dB/km的低損失單模光纜，從此開始，光通訊就步入了發展階段。光通信將光子作為信號傳遞的主要載體，由于光子本身具備很快的反應能力、極大的并行能量，且同時無電荷，使之用作信號的主要載體在無電磁干擾情況下又具有極佳的保密性，憑借上述特點，光通信在信息傳遞上具有遠距離、高效、大容量、高可靠性等的優點。隨著世界信息技術工業的不斷發展，數據通信網絡中的數據流量規模也越來越巨大，隨著網絡接入寬帶速度和數據流量規模的同步增長，以銅絲為載體的傳統數據傳輸模式已無法適應升級要求，因此光纜技術逐步替代了銅絲，而在5G、云計算、物聯網等新信息技術所帶動的數據流量高速提升下，光進銅退已成為世界無線通信行業的趨勢。

光通信技術在通信網絡中的應用，首次應用于大區域網和長途城域網，但后來由于成本的降低，逐漸沉入中、短距離局域網業務網，也用于園區和公司內部網。近年來，云計算需求的增長促進了行業規模的增長和數據中心的技術更新。為了進一步提高數據中心與外部世界之間的數據傳輸速度，并解決數據量呈指數級增長的問題，應將光通信技術應用于數據中心的通信結構。隨著數據中心信息產業的進一步擴張，中國將成為未來最大的光通信商業市場。

4.2 光模塊是光通信實現的基礎

受到科技的影響，如今的IT技術設備可以分辨電信號，但不可以分辨光信息，因此僅僅使用光纜是無法進行機械設備內部通訊的，因此必須使用光纖收發器或光模組配合裝置，實現發射端與接收端的電光、光電轉換。光纜接收器是單獨的裝置，通常應用于較長距離數據傳輸中，兩端的裝置之間通過網線分別連接二頭的光纜接收器，而光纜收發器之間直接利用光纜實現數據傳輸，又被稱為光電轉換器，是一項比較經濟的方法，但還需兼顧電源、光纜、網線等的實際問題，且數據傳輸消耗較高。而背光模組則是單一功能模組，是無法獨立應用的無源設備，還需要插到OLT、交換機裝置、服務器等電子設備上配套應用。對比于傳統光纖收發器來說，光模組由于支援熱插拔，所以選擇上比較靈活多樣，可以改善網絡，降低故障點，同時在性能上也更加穩定和高效，所以使用通信裝置搭配光模組也是目前運營商和數據中心所普遍選擇的光通信方法。

4.3 芯片國產與替代要求強烈，產業競爭布局不斷優化

光模組主要由光元件、電晶片、PCB和構成要件等構成，當中光電子器件在整個光模組的總生產成本中占比最高達到了7成，而光電子器件的核心組成部分則是光接收組件，二者合計占據光元件總生產成本的約80%，而光晶片則是光接收組件的核心技術，決定著背光模組的總體性能表現，是企業乃至于國家光芯片技術的重要表現。當前，中國在光芯片技術領域方面對國外引進依賴性程度較高，特別在25G及上述速度的光芯片上，國產化率僅約為5%，且全部受制于國外供應商，因此無論從國家經濟發展策略而言還是從商品生產成本層次來看，對高檔光芯片進行國產替換的需要巨大。圖1為光模塊的成本構成。

5 結語

現階段，全光通信是光纖通信的主要發展趨勢。因此，光有源器件與光無源器件的結合，對光計算、光轉換以及光開關的改進和普及有著十分積極的作用，也是未來全光通信網絡中不可分割的關鍵要素。僅需要調制器的光電集成器和DFB-LD就能夠有效地完成高速光通信，同時需要有濾波器、陣列波導光柵和光分波合波器存在于其中，并且分析技術向著更密的信道間隔、更多的信道數和更高的信道速率發展，是WDM技術的主要發展方向。在此基礎上，光纖通信技術的推廣才可以朝著更加合理的方向蓬勃發展。

參考文獻

[1] 姜晉霄.光纖通信技術發展的現狀及前景分析[J].無線互聯科技，2016（18）：7-8.

[2] 彭新龍.光纖光纜和通信電纜的技術發展與思考[J].通信電源技術，2019，36（10）：188-189.