对光纤通信元器件与模块技术发展趋势的思考

肖庆强

[摘    要]中国社会经济的不断发展，极大地推动了光伏发电工业的蓬勃发展，同时，在新兴科技的带动下，光纤通信技术在光伏发电工业中起到了关键的支撑作用。其中，模块技术与光纤通讯元器件是光纤通信技术领域最主要的技术层次，因此，文章详细介绍了光纤通信元器件与模块技术的概念、分类并进行了技术分析，对其发展趋势进行展望，希望为相关人员提供一些新的思路。

[关键词]光纤通信;元器件;模块技术;发展趋势

[中图分类号]TN929.11 [文献标志码]A [文章编号]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

世界经济的蓬勃发展，推动了由工业化社会向信息化时代的转变，同时由于人类获取信息的愿望强烈，对信息产业的需求量也迅速增长，从而推动了信息通信业的快速蓬勃发展。在近些年来，人类的通讯方式已由早期单纯的话音联系，发展到逐步增多联络点，再到了今天的视频图像通讯、高科技数据分析与传感器数据信息的传送、录像播放和远程视频会议。这种新型的通讯方式，适应了人类社会发展的需要。同时随着新型通讯方案的产生，互联网网络传统的传输速度和宽带已经无法满足需要。有线电视机通过使用过去的终端用户技术设备（手机、广播电视、计算机），开展通话业务、视频业务及互联网技术业务，使得各类终端用户技术设备间的区别越来越朦胧不清楚，因为使用者能够在任意地方和时间利用某种技术设备（如手机）来发电子邮件、通话、观看直播、拍照。而这种特点和改变，给了原有的电信网路以很大的冲击，也给其发展带来了崭新的机会，将推动通信向智能、数字化、综合化和全球性发展。

1 光纤通信概述

光纤通信，是指各种使用光和光纤（optical fiber）传播信息的方法。作为有线电视通讯的一类，光通过调变（modulation）后便可带走讯息。自20世纪80年代以来，光纤通信系统对世界电信业产生了革命性的影响，并在数字信息时代发挥了关键作用。因为有线光数据通信具有数据传输容量大、保密性好的优点，因此，光纤通信系统已成为最关键的数据通信方式。其原理：把需要发出的讯息直接从收发终端投入到发送机中，把讯息重叠并调节在用作信息信号载体的载波上，接着再把已调节的载波经由传入媒质送到远处的接收端，再由接收器解调出原来的讯息。

2 光纤通信元器件与模块的基本种类分析

一般而言，光一般有两个类别出现于元电子器件与模组之中，而这也是十分关键的部分：有源电子器件和模块一般包括光放大、选频光、调频技术光、DWDM光传输模块等，无源形式的光电子器件一般包括光采集设备、色散补偿设备、光开关、解复用设备和短波分复用设备。事实上，许多技术都可以做出模块和电子元器件，且这些技术包括了比较新颖的技术，这就使得一些优缺点非常明显。

在接入互联网和光纤局域网中使用的模块和元器件的要求会存在一些差异，且DWDM技术并不是其發展的主要方向在现阶段，大多数接入网和区域网并没有达到较高的层次，一些数据传输频段的需求通常较低。例如，现阶段广受关注的1GB/s、专用以太网光纤标准，但对于传输网络技术来说，对于单一道的传输速率或者骨干传输方式而已，区域网络传输方式上都已经能够很好地给予满足。

3 光纤通信的元器件和模块技术分析

3.1 光纤通信被动元器件和模块技术分析

光纤通信被动元电子器件和模块技术当中最基本的仪器就是解多工器和DWDM光波长多工，在每条光缆中配置一系列可变波段光或在同一光缆中收集一些解复用和复用的形式，其存在于DWDM信道中，因为距离相对较小，通常保持在100 GHz甚至50 GHz。对于这些多任务/反多任务技术任务，只有平头、陡裙和低频滤波器可以胜任：未来可以充分应用不同类型的技术，这些光带复用仪器已经设计和制造，主要包括电子波导器件、传统衍射栅、光学涂层、光纤电子器件等。其中，现阶段最成熟的技术是涂层全波长复用/解复用设备。

在光学镀膜式解多工元件/波长多工中，光学镀膜型滤光器是最重要的1种电子元器件。为了把与需求相符合的DWDM滤光器制造起来，首先必须确保涂层层数中出现100层，然后根据每1/4波长设计每层的厚度，以满足陡组和平头的要求，并使用谐振腔的三种结构：其中最关键的是要非常精准的设计出各个层面的厚薄，并且必须有准确及时的厚度监控装置出现于制作之中。

阵列光学制导元件的设计是在DWDM/倍增器元件上产生带宽倍增器的第2种有效方法。事故光通过事故光段到达最佳组合点后，由于衍射效应，事故光分布在阵列光波导的中心部分，然后通过阵列光波导，光被反向引导。根据不同的频带，会有不同程度的线性相位变化。在改变线性相位后，来自不同频带的光可以再次会聚到第2部分中的最佳组合点，并且在输出端具有光波形状。阵列的双极化天线是1项重要的基本原理。基于阵列波长，在选择照射光方向的过程中，salt可以根据阵列光波长和波长距离的变化值，最合理地选择照射光的方向。这样，固定通道将出现在通道间隔中，入射光可能只是输出端光学制导阵列中的一个事故。因此，它可以满足DWDM的各种功能。

全光纤型的光电子器件，是第3种能够对DWDM解多工器/波多长工完成制造的方式，类似地，还有两种更大类型的电子目标装置：串联光纤的干扰类型和布拉格光纤的满足类型，位于所有光纤的中心，可以垂直影响对于某些类型的高折射率周期满足，利用布拉格衍射函数，紫外线传感器可以垂直检测，窄带发射滤光片可以直接制造。然而，由于它是在一维光缆内产生的反射滤光片，因此很难将入射光和内部反射光分开。因此，必须使用光纤干涉仪和旋转器的基本结构，否则，此处的光能量损失将相当大。对于干式光纤系列的组件，在周期穿透频率滤波器的生产过程中，光纤干涉仪系列可以改进并直接使用，光纤干涉仪的两臂尺寸可以通过适当的选择方法进行调整，对于陡峭的组和数量有限的要求也可以很好地达成。

3.2 光纤通信主动元器件及模块技术分析

光纤通信主动元器件和模块技术中，有几个极为重要的技术，比如光传输模块技术、光放大器技术、可周频激光技术等。

光通信用激光光源包括表面辐射激光器。由于它有1个短的共振箱，所以它可以很好的完成单纵模的传输，因此，较窄频宽在这里是应该出现的，也能够使用垂直的方法来发送直接输出光。所以，对on-wafer test也应该加以使用，由于它具有更多的相对辐射模式，所以光纤定向技术中的耦合模式也可以用1种非常简单的方法来实现。由于上述特点，不仅可使设备结构的具体成本降低，而且组件的生产流程，与激光技术发射板相比，这是非常经济的，当前，边缘发射激光技术只能作为一种短距离高速数据传输和连接的方法，机载发射激光技术仍然是通信频段的基础技术。

现阶段掺饵光纤放大仍是光放大的最主要技术方法所在，既可能是在L-band上，也可能是在C-banl上。也可能是在具有动态增益限制和平滑化的复杂光放大次系统。虽然低成本也是半导体光放大的主要优势所在，不过，由于光载体的生命周期较短，仍然存在许多不确定的影响。在这种情况下，不适合将大量的频带信息放大，但处理一些非线性信息是非常合理的。集中式技术3R是一个典型的代表，这意味着它可以直接将高速信息应用到光学层。拉曼光扩展也是一种扩展形式，对于这种类型的扩展，合理利用反射光的拉曼效应，使扩展效应得到反射。因此，具有高输出功率的激励源在这里当然是必不可少的：光扩展的频带可以由激光源的频带决定，这也是其独特的优势，同时，由于这种扩展的分布特性，可以有效地减少光纤信号，从而也可以有效地减少信息传输的非线性效应。然而，它也有一些缺点，即它有一个高功率的激光传输源，但它也有一个相对较高的价格。

4 对光纤通信元器件与模块技术发展趋势的思考

4.1 光进铜退，是影响世界通信产业的必然趋势

现代通讯历史起于1873年由摩尔斯发明的电报，并实现了电能传递文字消息，再后来到现代有线电话、有线电视、无线电话等的开发与使用，都是采用有线或无线电的通讯方法。但因为电子通信自身的容易受电磁干扰和可以串行通讯的特点，并不能进行高速率信号在远距离的传播，因此人类又开始了对光通信的研究。光通讯真正获得广泛应用的重要标志，是20世纪70时代美国康宁按照高锟的设计，顺利研发了世界首条20 dB/km的低损失单模光缆，从此开始，光通讯就步入了发展阶段。光通信将光子作为信号传递的主要载体，由于光子本身具备很快的反应能力、极大的并行能量，且同时无电荷，使之用作信号的主要载体在无电磁干扰情况下又具有极佳的保密性，凭借上述特点，光通信在信息传递上具有远距离、高效、大容量、高可靠性等的优点。随着世界信息技术工业的不断发展，数据通信网络中的数据流量规模也越来越巨大，随着网络接入宽带速度和数据流量规模的同步增长，以铜丝为载体的传统数据传输模式已无法适应升级要求，因此光缆技术逐步替代了铜丝，而在5G、云计算、物联网等新信息技术所带动的数据流量高速提升下，光进铜退已成为世界无线通信行业的趋势。

光通信技术在通信网络中的应用，首次应用于大区域网和长途城域网，但后来由于成本的降低，逐渐沉入中、短距离局域网业务网，也用于园区和公司内部网。近年来，云计算需求的增长促进了行业规模的增长和数据中心的技术更新。为了进一步提高数据中心与外部世界之间的数据传输速度，并解决数据量呈指数级增长的问题，应将光通信技术应用于数据中心的通信结构。随着数据中心信息产业的进一步扩张，中国将成为未来最大的光通信商业市场。

4.2 光模块是光通信实现的基础

受到科技的影响，如今的IT技术设备可以分辨电信号，但不可以分辨光信息，因此仅仅使用光缆是无法进行机械设备内部通讯的，因此必须使用光纤收发器或光模组配合装置，实现发射端与接收端的电光、光电转换。光缆接收器是单独的装置，通常应用于较长距离数据传输中，两端的装置之间通过网线分别连接二头的光缆接收器，而光缆收发器之间直接利用光缆实现数据传输，又被称为光电转换器，是一项比较经济的方法，但还需兼顾电源、光缆、网线等的实际问题，且数据传输消耗较高。而背光模组则是单一功能模组，是无法独立应用的无源设备，还需要插到OLT、交换机装置、服务器等电子设备上配套应用。对比于传统光纤收发器来说，光模组由于支援热插拔，所以选择上比较灵活多样，可以改善网络，降低故障点，同时在性能上也更加稳定和高效，所以使用通信装置搭配光模组也是目前运营商和数据中心所普遍选择的光通信方法。

4.3 芯片国产与替代要求强烈，产业竞争布局不断优化

光模组主要由光元件、电晶片、PCB和构成要件等构成，当中光电子器件在整个光模组的总生产成本中占比最高达到了7成，而光电子器件的核心组成部分则是光接收组件，二者合计占据光元件总生产成本的约80%，而光晶片則是光接收组件的核心技术，决定着背光模组的总体性能表现，是企业乃至于国家光芯片技术的重要表现。当前，中国在光芯片技术领域方面对国外引进依赖性程度较高，特别在25G及上述速度的光芯片上，国产化率仅约为5%，且全部受制于国外供应商，因此无论从国家经济发展策略而言还是从商品生产成本层次来看，对高档光芯片进行国产替换的需要巨大。图1为光模块的成本构成。

5 结语

现阶段，全光通信是光纤通信的主要发展趋势。因此，光有源器件与光无源器件的结合，对光计算、光转换以及光开关的改进和普及有着十分积极的作用，也是未来全光通信网络中不可分割的关键要素。仅需要调制器的光电集成器和DFB-LD就能够有效地完成高速光通信，同时需要有滤波器、阵列波导光栅和光分波合波器存在于其中，并且分析技术向着更密的信道间隔、更多的信道数和更高的信道速率发展，是WDM技术的主要发展方向。在此基础上，光纤通信技术的推广才可以朝着更加合理的方向蓬勃发展。

参考文献

[1] 姜晋霄.光纤通信技术发展的现状及前景分析[J].无线互联科技，2016（18）：7-8.

[2] 彭新龙.光纤光缆和通信电缆的技术发展与思考[J].通信电源技术，2019，36（10）：188-189.