中国光通信器件与国际领先水平差在哪里-第2页-北极星输配电网

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此后数年中，随着光纤损耗的降低及新的激光器件和光检测器等光通信器件的不断研制成功，光纤通信得到爆炸式的发展，各种实用的光纤通信系统陆续出现。1976 年，在美国亚特兰大首次成功地进行了速率为44.7 Mbit/s的光纤通信系统商用试验，至20世纪80年代初，光纤通信系统已在各国大规模推广应用。1979 年，武汉邮电科学研究院副总工程师赵梓森(图3)及其研究团队拉出中国第一根损耗只有4 dB/km的实用化光纤，拉开了中国光纤通信事业的序幕[1]。

图3 中国光纤之父、中国工程院院士赵梓森

2015 年，武汉邮电科学研究院牵头承担的超大容量超长距离光传输基础研究创造新纪录，实现了200 Tbit/s超大容量波分复用与模分复用的光传输[2]。短短40年，光纤通信系统的传输容量提高了近450万倍，发展速度前所未有。

光通信器件发展史

光器件分为有源器件和无源器件。光有源器件是光通信系统中将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号的关键器件，是光传输系统的心脏，主要包括半导体发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、光电二极管(PIN)、雪崩光电二极管(APD)、掺铒光纤放大器(EDFA)、拉曼光放大器及调制器等。光无源器件是光通信系统中需要消耗一定能量、但没有光电或电光转换的器件，是光传输系统的关键节点，主要包括光纤连接器、耦合器、波分复用器、光开关、光衰减器和光隔离器等。

光器件是光纤通信系统的基础元件，发达国家在1975年后逐步形成光器件产业。中国光器件产业的形成比国外约晚5年。中国在光器件领域的研究和生产起步不算晚，无论是有源器件，还是无源器件，都满足了国家光纤通信发展初期科研和工程的需要。但随着时间推移，由于相关工业基础薄弱、科研投入不够及体制和机制等方面的原因，中国光器件在核心技术和高端产品方面与国际先进水平的差距愈显突出。

1) 光有源器件发展史

中国光有源器件的研究始于20世纪70 年代。当时西方国家根据所谓“巴统”规定，对中国进行高新技术的封锁和禁运，于是，中国科学院半导体研究所、武汉邮电科学研究院、中国电子科技集团第44研究所、第13研究所，自力更生，研制了波长为850 nm的短波长激光器。此后，这些单位又开发了波长为1310和1550 nm的长波长激光器，满足了中国光通信起步阶段的需要。

1993 年之前，中国光通信所需的光有源器件，基本上由国内生产商提供，以致西方国家认识到在有源器件等方面再用“巴统”规定，对中国进行技术封锁和禁运，反而会失去中国的巨大市场，得不偿失，于是只得宣告“巴统”规定失效，国外的光有源器件开始大量涌入中国市场。

随着光通信技术的迅速发展，对光有源器件的技术要求愈来愈高。虽然中国有关单位做出很大努力，跟踪世界潮流，取得了量子阱半导体材料与器件技术的突破，分布反馈(DFB)半导体激光器等先进器件的实验室水平也有很大提高，但由于投入的人力和物力远远不足，与国际先进水平的差距日显拉大。

目前，中国只有少数几家单位能自主生产激光器和探测器管芯，而且仅限于10 Gbit/s以下速率的管芯。中国光通信设备和系统所需的高速率管芯、单元器件及掺铒光纤均需要进口，有源器件公司大都购买国外管芯做器件、购买国外的器件做模块、购买国外的掺铒光纤做放大器组装，光通信设备公司购买国外的模块做系统。

2) 光无源器件的发展历史

中国开展光无源器件的研究，是从20世纪70年代后期随着光纤技术的出现而开始的。当时光纤的连接是光纤通信必须解决的6大问题之一，此外还要解决分路、开关及波长复用等问题。于是，中国电子科技集团第23研究所、武汉邮电科学研究院固体器件研究所(现武汉光讯科技股份有限公司)和中国电子科技集团第34研究所等单位，白手起家，致力于全光纤结构和微光学分立元件组合型的研究，开发了多模光纤连接器、拼接型和熔融拉锥型的光耦合器和机械式光开关等产品，满足了当时短波长和长波长多模光纤通信研究的需求。此后，光通信进入单模长波长阶段并开始大量应用，对光无源器件不仅技术上的要求更高，而且在数量上也与日俱增，迫切要求产业化。在光连接器方面首先引进了光学定心切削加工的APT 连接器生产线，满足了国内单模光通信发展初期的需求。此后随着陶瓷套管大批量生产技术的成功，光连接器的质量有了进一步的提高，而且易于装配，于是出现众多组装散件生产连接器的公司。在光纤耦合器方面，引进了由微机控制的熔融拉锥设备，使耦合器的生产变得十分简单;更为可喜的是，通过理论研究和实践探索，同一台设备上可以生产出各种宽带耦合器和双波长的波分复用器，产品性能优良，于是形成了光耦合器的产业。当前，中国光通信系统中所用的光连接器和光耦合器绝大部分都是国产的。

当时，初看起来光无源器件的产业似乎比光有源器件发展快，但是在这辉煌的背后，还存在一些问题。如光纤连接器用陶瓷套管的毛坯还需要进口，光纤连接器技术的自主知识产权几乎为零。到了20世纪末、21世纪初，随着光纤接入网、密集波分复用系统和全光通信网的发展，现有的能进行大批量生产的光无源器件已不能完全满足需要。例如，高光纤密度的配线架要求小型化光纤连接器、熔融拉锥设备无法生产密集型波分复用器、传统小端口数的光开关不能级联形成大端口数的矩阵光开关等。这些问题迫使人们不能停留在低端产品的生产和竞争上，必须研制高端的光无源器件产品，以满足光纤通信发展的需求。针对这些问题，一些单位经过努力，如引进小型光连接器的组装夹具、采用微光器件的结构研制了可以复用几路、甚至十几路的密集波分复用器。但要解决几十路以上的波分复用和大端口数的矩阵光开关问题，只能采用光子集成器件。目前，中国无源器件的水平与国外的差距不大，甚至达到国际领先水平。

原标题：光通信器件的发展历史、现状与趋势

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