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              光通信行業PLC產業的一些思考

              國外FTTH發展現狀  
              光纖通信在經歷了2000年的高峰期和之后大約三年的蕭條期之后,因FTTH的發展,迎來了行業的第二個春天。光纖通信網分骨干網、城域網和接入網三級,FTTH隸屬其中的接入網部分,在面對終端用戶的最后一公里解決方案中,FTTH被認為是最好的解決方案,可以全面融合傳統語音、數據、CATV、高清IPTV等幾乎所有接入業務。  
              基于PON技術的FTTH已經被提出十年,并于2004年首先在日本進入快速發展階段,隨后在韓國和北美開始大規模的部署,歐洲的部分國家也已啟動FTTH建設。截至20079月底,日本的FTTH用戶數已經達到1050萬,成為僅次于ADSL的寬帶接入技術,并將在未來的幾個月內成為第一。FTTH在韓國的應用規模僅次于日本,截至20072月,用戶數已經達到370萬,普及率約為26%,預計到2010年普及率將超過70%。美國是當前FTTH建設的全球聚焦點,截至20079月底,用戶數已達214萬,較2006年增長112%。受網絡開放政策的制約,歐洲對FTTH的反應一直很冷淡,截至20056月,歐盟18國僅有65FTTB用戶,覆蓋了251萬個家庭/建筑,但是在帶寬需求的驅動下,也在近兩年啟動了FTTH的研究和部署,走在前列的是意大利、瑞典和法國等。  
              2.
              國內FTTH發展現狀  
              國內的FTTH試點在2005年開始,烽火通信與武漢電信合作建設了中國第一個FTTH商用工程武漢紫菘花園小區FTTH工程,到目前為止,FTTH試點工程已經在全國遍地開花,但是這些試點工程僅限于高檔小區和辦公樓,用戶數只有10多萬。  
              影響國內FTTH發展的主要因素有三個:  
              第一是成本因素,在國外部署FTTH,設備成本僅占25%左右,而人工成本占幾乎一半;在國內部署FTTH,人工成本會少很多,采用成本和帶寬折中的FTTB+LAN方案,每戶的接入成本已經降到2000元,仍然遠高于目前的ADSL接入。而目前最消耗帶寬的P2P應用,并不能給網絡運營商帶來高收益,這在一定程度上挫傷了他們推動FTTH的積極性。  
              第二是政策因素,FTTH發展的最大驅動力是帶寬需求,而其中的殺手級應用是IPTV,由于國家對網絡視頻仍存在一些政策約束,這在一定程度上抑制了帶寬需求的增長。  
              第三是產業協調問題,FTTH提供的寬帶接入,最終是為了滿足用戶日益增長的信息需求,其中被稱為帶寬殺手的IPTV業務,其版權屬于廣電系統,而位于信息產業鏈頂端的網絡運營商,長期處于強勢地位,不甘偏居網絡業務的承載方,必然存在網絡運營商與廣電系統之間的協調和利益分配問題。  
              雖然存在以上不利因素,國內運營商仍然在大力推動FTTH,因為:  
              第一,傳統的語音業務已經充分發展,很難再有增長,寬帶接入是固網運營商業務中的亮點,目前的ADSL對帶寬的挖掘也似乎走到了盡頭,而FTTH最有希望實現三網融合,產生新的業務增長點。  
              第二,國際銅原料價格大幅上漲,而光纖價格大幅下跌,已經降到80/公里,銅退光進是大勢所趨。  
              第三,目前的FTTH接入成本已經降到每戶2000元,與早期的ADSL接入成本相仿,已經初步具備了大規模部署的基礎,而規模效應又會促進成本的進一步下降,在成本與應用這個雞生蛋,蛋生雞的怪圈中,只有邁出第一步,才有可能進入良性循環。  
              2007
              8月,中國電信完成了對4萬線EPON設備的集中采購;2007118,中國網通宣布將在未來3-5年內投資150億元進行大規模的銅退光進工程。預計到2008年底,國內FTTH用戶將突破百萬大關;到2010年,將產生井噴效應,進入大發展階段  
              3.FTTH
              發展與PLC產業  
              全光通信網的結構如圖1所示,用戶的帶寬需求驅動FTTH的發展,而FTTH的發展又為新的網絡業務提供良好的平臺,網絡信息流量迅速增長,促進城域網和接入網大發展?;?/span>PLC技術的AWG,其傳統應用領域是廣域網(即長途網),為了滿足FTTH引發的新一輪的帶寬需求,AWG已經被引入到城域網建設中,在GPONEPON之外,已有許多公司和研究機構對WDM-PON展開研究并推出相應產品線,其中的核心器件就是大通道數(32、4048通道)的AWG器件。  
              從圖1還可以看到,FTTH網絡中的核心光器件是分路器,實現從局端到用戶的1×N連接。日本早期的FTTH建設中,以1×16分路器為主;而EPON標準IEEE 802.3ah中規定的端口數為1×32,美國的FTTH建設,即以1×32端口為主;具有更高傳輸效率的GPON,其標準ITU-T G.984中規定的端口數為1×321×64,并在規劃1×128端口數。  
              FTTH
              在全球的大發展,使基于PLC技術的AWG和分路器的市場需求迅速增長。  

              4.國內PLC產業發展現狀  
              基于PLC技術的光器件結構和封裝形式如圖2所示,其生產鏈可分為三個主要環節:PLC芯片、光纖陣列和器件封裝。  

               

              PLC器件結構和封裝形式 
              1)PLC
              芯片  
              AWG
              芯片主要以硅基二氧化硅光波導制作,而分路器芯片可以在硅基二氧化硅波導或者玻璃波導上制作,后者因設備成本低和耦合損耗小的優點,占領了絕大部分分路器市場。  
              目前國內已有兩條硅基二氧化硅光波導工藝線,分別屬于中科院北京半導體研究所和武漢光訊公司,后者的工藝線已經正常運轉,對國內科研院所提供了一些研究用途的PLC芯片代工服務,而其自主設計的AWG芯片也正在商品化過程中。但是,到目前為止,國內企業尚無產品化的AWG芯片推出,均為進口芯片進行封裝。國外主要的AWG器件供應商有NTT Electronics、Hitachi Cable、NeoPhotonics、JDSU niphase、Ignis Photonyx、Avanex等公司。  
              對于玻璃波導,國內已有多家科研院所進行研究,其中浙江大學的王明華教授與南方通信集團進行合作,其研究的基于離子交換光波導的分路器最接近實用化。但是,到目前為止,國內企業也都是進口芯片進行封裝。國外主要的分路器芯片供應商有法國Teem、韓國Wooriro、PPI和美國ANDevices等公司,前三家采用玻璃波導,后一家采用硅基二氧化硅波導,以色列ColorChip公司曾經供應基于玻璃波導的分路器芯片,后來開始自己封裝,因此不再出售芯片。  
              2)
              光纖陣列  
              不同于PLC芯片,光纖陣列屬于勞動密集型產品,其生產環節正在逐步向國內轉移,如日本公司出售的光纖陣列,很多都是由國內OEM工廠代工的,或者直接在國內設廠生產。國內的光纖陣列供應商有上海博創、深圳富創、東莞東源、中山波諾威、中山奧康、泰科光纖等公司。  
              光纖陣列中的關鍵技術有兩個:高精度的V型槽和高可靠性的膠水。高精度的V型槽一般采用石英玻璃材料,通過機械精加工制作,能夠自行生產V型槽的國內公司有深圳富創、東莞東源和浙江同星等公司,國外主要供應商有日本HatakenAIDI等公司。武漢海博光技術有限公司開發了一種高精度的U型槽,采用自主知識產權的刻蝕工藝制作,在通道數較大時具有精度和成本優勢。AWG和分路器中往往需要一個單通道的光纖陣列,深圳邁特諾公司開發了一種方形毛細管,使得單通道光纖陣列的制作如光纖頭一樣容易。用于光纖陣列的膠水應具有耐高溫高濕特性,而且需要足夠的硬度以便于光纖陣列的端面研磨,日本NTT公司針對光纖陣列的封裝開發了系列膠水。  
              3)
              器件封裝  
              與光纖陣列相比,PLC器件封裝的勞動力成本相對較低,但是也屬于勞動密集型工作,其生產環節也在逐步向國內轉移。國內從事PLC器件封裝的公司有上海博創、深圳富創、中山波諾威、中山奧康、東莞東源、東莞新科、武漢光訊、珠海隆宇、上海美弗信、無錫愛沃富等,另外,有不下10家公司正在籌備PLC器件封裝項目。  
              PLC
              器件封裝中的關鍵技術有兩個:高精度的PLC自動對準系統和高可靠性的膠水。用于PLC器件對準的調節架,應具有六個調節維度,精度要求為亞微米級,日本駿河精機(Suruga)最早推出這種六維自動對準系統,加上用于功率監控的光源、功率計,用于監視的冷光源、CCD、監視器和用于封裝的點膠機、UV光源等輔助設備,一套設備的投資約為人民幣150萬元。一套自動對準系統,以每日八小時計,月產能大約為500只。  

              不同于傳統光無源器件中膠水,用于PLC器件封裝的膠水,存在于光纖陣列和PLC芯片之間的光路中,因此必須是膨脹系數和折射率均匹配較好的,而且具有很好的耐高溫高濕特性,日本NTT-AT公司也針對性的開發了系列膠水。  
              5.
              對國內PLC產業的一些思考  
              國內FTTH市場尚處于試點階段,大規模的部署尚需時日,而國外市場對可靠性的要求較高,因此除少數公司已經將產品推向國際市場,多數國內廠商在PLC項目上還比較保守,僅僅停留在技術儲備階段,如收集相關技術資料,了解設備和原材料渠道,等等。整體來說,國內PLC產業尚處于起步階段。  
              開發AWG芯片需要大規模的設備投資,一般公司難以承受,而武漢光訊現有一條4寸硅片的PLC工藝線,希望他們能夠早日開發出商品化的AWG芯片。分路器芯片需要長期的技術積累和工藝經驗,希望在這個項目上投入多年的王明華教授和南方通信集團能夠早日推出實用產品。  
              光纖陣列對膠水的工藝要求很高,而其中所用V型槽和膠水價格昂貴,使得工藝開發過程中的投入較大,這也是很多公司外購光纖陣列而優先上馬PLC器件封裝的原因。到目前為止,多數國內公司仍然是外購光纖陣列以進行器件封裝,或者進口日本的V型槽以制作光纖陣列。武漢海博自主開發的U型槽已經證明具有很好的精度,以U型槽制作的光纖陣列也已接近實用化,技術一旦突破,將大幅降低光纖陣列的成本,并為PLC器件封裝提供更多的利潤空間。  
              PLC
              器件封裝的設備投入也非常大,如果芯片和光纖陣列均外購,則利潤空間非常有限,這也是很多國內廠商在PLC項目上躑躅不前的原因之一。但是,為了面對兩年后的國內FTTH市場(將遠超日本和美國市場),技術儲備是必須的。這些廠商可以采取折中方案,如購買高精度的手動調節架以進行工藝摸索和可靠性試驗,待市場到來時再購置自動對準系統。  
              對于光纖陣列和PLC器件封裝中所用膠水,在開發初期,最好采用NTT-AT公司提供的成熟產品,待工藝摸索成熟,再考慮試用其他膠水以降低成本。實際上,國外其他幾家膠水供應商也已開始此類膠水的開發,一旦成功,國內PLC產業將受益不少。  
              PLC
              分路器的封裝過程包括耦合對準和粘接等操作。PLC分路器芯片與光纖陣列的耦合對準有手工和自動兩種,它們依賴的硬件主要有六維精密微調架、光源、功率計、顯微觀測系統等,而最常用的是自動對準,它是通過光功率反饋形成閉環控制,因而對接精度和對接的耦合效率高。 
                
              PLC
              分路器封裝主要流程如下: 
                  
              1)耦合對準的準備工作:先將波導清洗干凈后小心地安裝到波導架上;再將光纖清洗干凈,一端安裝在入射端的精密調整架上,另一端接上光源(先接6.328微米的紅光光源,以便初步調試通光時觀察所用)。 
                  
              2)借助顯微觀測系統觀察入射端光纖與波導的位置,并通過計算機指令手動調整光纖與波導的平行度和端面間隔。 
                  
              3)打開激光光源,根據顯微系統觀測到的X軸和Y軸的圖像,并借助波導輸出端的光斑初步判斷入射端光纖與波導的耦合對準情況,以實現光纖和波導對接時良好的通光效果。 
                  
              4)當顯微觀測系統觀察到波導輸出端的光斑達到理想的效果后,移開顯微觀測系統。 
                  
              5)將波導輸出端光纖陣列(FA)的第一和第八通道清洗干凈,并用吹氣球吹干。再采用步驟(2)的方法將波導輸出端與光纖陣列連接并初步調整到合適的位置。然后將其連接到雙通道功率計的兩個探測接口上。 
                6
              )將光纖陣列入射端6.328微米波長的光源切換為1.310/1.550微米的光源,啟動光功率搜索程序自動調整波導輸出端與光纖陣列的位置,使波導出射端接收到的光功率值最大,且兩個采樣通道的光功率值應盡量相等(即自動調整輸出端光纖陣列,使其與波導入射端實現精確的對準,從而提高整體的耦合效率)。 
                  
                  
              3.1分支PLC分路器芯片封裝結構  
                  
              7)當波導輸出端光纖陣列的光功率值達到最大且盡量相等后,再進行點膠工作。 
                  
              8)重復步驟(6),再次尋找波導輸出端光纖陣列接收到的光功率最大值,以保證點膠后波導與光纖陣列的最佳耦合對準,并將其固化,再進行后續操作,完成封裝。 
                  
              在上面的耦合對準過程中,PLC分路器有8個通道且每個通道都要精確對準,由于波導芯片和光纖陣列(FA)的制造工藝保證了各個通道間的相對位置,所以只需把PLC分路器與FA的第一通道和第八通道同時對準,便可保證其他通道也實現了對準,這樣可以減少封裝的復雜程度。在上面的封裝操作中最重要、技術難度最高的就是耦合對準操作,它包括初調和精確對準兩個步驟。其中初調的目的是使波導能夠良好的通光;精確對準的目的是完成最佳光功率耦合點的精確定位,它是靠搜索光功率最大值的程序來實現的。對接光波導需要6個自由度;3個平動(X、Y、Z)和3個轉動(α、β、g),要使封裝的波導器件性能良好,則對準的平動精度應控制在0.5微米以下,轉動精度應高于0.05度。 

                  1×8
              分支PLC分路器的封裝 

                  
              1分支PLC分路器進行封裝,封裝的耦合對準過程采用上面介紹的封裝工藝流程。對準封裝后的結構如圖3所示,封裝的組件由PLC分路器芯片和光纖陣列組成。在PLC分路器芯片的連接部位,為了確保連接的機械強度和長期可靠性,對玻璃板整片用膠粘住。光纖陣列是用機械的方法在玻璃板上以250微米間距加工成V形溝槽,然后將光纖陣列固定在此。制作8芯光纖陣列的最高累計間隔誤差平均為0.48微米,精確度極高。在PLC分路器芯片與光纖陣列的連接以及各個部件的組裝過程中,為了減少組裝時間,采用紫外固化粘接劑。光纖連接界面是保持長期可靠的重點,應選用耐濕、耐剝離的氟化物環氧樹脂與硅烷鏈材料組合的粘接劑。為了減少端面的反射,采用研磨技術。連接和組裝好光纖陣列后的PLC分路器芯片被封裝在金屬(鋁)管殼內。1分支的組件外形尺寸約為73。


              隨著光纖通信產業的復蘇以及FTTX的發展,光分路器(Splitter)市場的春天也隨之到來。目前光分路器主要有兩種類型:一種是采用傳統光無源器件制作技術(拉錐耦合方法)生產的熔融拉錐式光纖分路器;另一種是采用集成光學技術生產的平面光波導(PLC)分路器。PLC分路器是當今國內外研究的熱點,具有很好的應用前景,然而PLC分路器的封裝是制造PLC分路器中的難點。  PLC分路器內部結構。 PLC分路器的封裝是指將平面波導分路器上的各個導光通路(即波導通路)與光纖陣列中的光纖一一對準,然后用特定的膠(如環氧膠)將其粘合在一起的技術。其中PLC分路器與光纖陣列的對準精確度是該項技術的關鍵。PLC分路器的封裝涉及到光纖陣列與光波導的六維緊密對準,難度較大。當采用人工操作時,其缺點是效率低,重復性差,人為因素多且難以實現規?;纳a等。  PLC分路器實物照片。  PLC分路器的制作 PLC分路器采用半導體工藝(光刻、腐蝕、顯影等技術)制作。光波導陣列位于芯片的上表面,分路功能集成在芯片上,也就是在一只芯片上實現1、1等分路;然后,在芯片兩端分別耦合輸入端以及輸出端的多通道光纖陣列并進行封裝。其內部結構和實物照片分別如圖1、2所示。 與熔融拉錐式分路器相比,PLC分路器的優點有:(1)損耗對光波長不敏感,可以滿足不同波長的傳輸需要。(2)分光均勻,可以將信號均勻分配給用戶。(3)結構緊湊,體積小,可以直接安裝在現有的各種交接箱內,不需留出很大的安裝空間。(4)單只器件分路通道很多,可以達到32路以上。(5)多路成本低,分路數越多,成本優勢越明顯。 同時,PLC分路器的主要缺點有:(1)器件制作工藝復雜,技術門檻較高,目前芯片被國外幾家公司壟斷,國內能夠大批量封裝生產的企業很少。(2)相對于熔融拉錐式分路器成本較高,特別在低通道分路器方面更處于劣勢。 PLC分路器封裝技術 PLC分路器的封裝過程包括耦合對準和粘接等操作。PLC分路器芯片與光纖陣列的耦合對準有手工和自動兩種,它們依賴的硬件主要有六維精密微調架、光源、功率計、顯微觀測系統等,而最常用的是自動對準,它是通過光功率反饋形成閉環控制,因而對接精度和對接的耦合效率高。 PLC分路器封裝主要流程如下: 1)耦合對準的準備工作:先將波導清洗干凈后小心地安裝到波導架上;再將光纖清洗干凈,一端安裝在入射端的精密調整架上,另一端接上光源(先接6.328微米的紅光光源,以便初步調試通光時觀察所用)。 2)借助顯微觀測系統觀察入射端光纖與波導的位置,并通過計算機指令手動調整光纖與波導的平行度和端面間隔。 3)打開激光光源,根據顯微系統觀測到的X軸和Y軸的圖像,并借助波導輸出端的光斑初步判斷入射端光纖與波導的耦合對準情況,以實現光纖和波導對接時良好的通光效果。 4)當顯微觀測系統觀察到波導輸出端的光斑達到理想的效果后,移開顯微觀測系統。 5)將波導輸出端光纖陣列(FA)的第一和第八通道清洗干凈,并用吹氣球吹干。再采用步驟(2)的方法將波導輸出端與光纖陣列連接并初步調整到合適的位置。然后將其連接到雙通道功率計的兩個探測接口上。 6)將光纖陣列入射端6.328微米波長的光源切換為1.310/1.550微米的光源,啟動光功率搜索程序自動調整波導輸出端與光纖陣列的位置,使波導出射端接收到的光功率值最大,且兩個采樣通道的光功率值應盡量相等(即自動調整輸出端光纖陣列,使其與波導入射端實現精確的對準,從而提高整體的耦合效率)。  3. 1分支PLC分路器芯片封裝結構。  7)當波導輸出端光纖陣列的光功率值達到最大且盡量相等后,再進行點膠工作。 8)重復步驟(6),再次尋找波導輸出端光纖陣列接收到的光功率最大值,以保證點膠后波導與光纖陣列的最佳耦合對準,并將其固化,再進行后續操作,完成封裝。 在上面的耦合對準過程中,PLC分路器有8個通道且每個通道都要精確對準,由于波導芯片和光纖陣列(FA)的制造工藝保證了各個通道間的相對位置,所以只需把PLC分路器與FA的第一通道和第八通道同時對準,便可保證其他通道也實現了對準,這樣可以減少封裝的復雜程度。在上面的封裝操作中最重要、技術難度最高的就是耦合對準操作,它包括初調和精確對準兩個步驟。其中初調的目的是使波導能夠良好的通光;精確對準的目的是完成最佳光功率耦合點的精確定位,它是靠搜索光功率最大值的程序來實現的。對接光波導需要6個自由度;3個平動(X、Y、Z)和3個轉動(α、β、g),要使封裝的波導器件性能良好,則對準的平動精度應控制在0.5微米以下,轉動精度應高于0.05度。 1×8分支PLC分路器的封裝 1分支PLC分路器進行封裝,封裝的耦合對準過程采用上面介紹的封裝工藝流程。對準封裝后的結構如圖3所示,封裝的組件由PLC分路器芯片和光纖陣列組成。在PLC分路器芯片的連接部位,為了確保連接的機械強度和長期可靠性,對玻璃板整片用膠粘住。光纖陣列是用機械的方法在玻璃板上以250微米間距加工成V形溝槽,然后將光纖陣列固定在此。制作8芯光纖陣列的最高累計間隔誤差平均為0.48微米,精確度極高。在PLC分路器芯片與光纖陣列的連接以及各個部件的組裝過程中,為了減少組裝時間,采用紫外固化粘接劑。光纖連接界面是保持長期可靠的重點,應選用耐濕、耐剝離的氟化物環氧樹脂與硅烷鏈材料組合的粘接劑。為了減少端面的反射,采用研磨技術。連接和組裝好光纖陣列后的PLC分路器芯片被封裝在金屬(鋁)管殼內。1分支的組件外形尺寸約為40X4X4。


              平面波導型和熔融拉錐型光分路器 
              隨著通訊市場新增值業務如可視電話、IPTV、網絡游戲等的不斷推出,用戶對帶寬的要求不斷提高,現有的以銅纜為主的XDSL網絡已不能適應用戶的需求。光進銅退已是大勢所趨,特別一些發達國家如日本、美國、韓國等已將光纖到戶  FTTH)作為國家戰略加以鼓勵發展。無源光網絡(PON)已經成為各國FTTH的首選接入方案。 
                    
              光分路器(splitter)作為連接光線路終端(OLT)和光網絡單元(ONU)的核心光器件,其質量性能成為網絡是否可靠安全的最關鍵器件之一。 

                    
              目前,光分路器主要有平面光波導技術和熔融拉錐技術兩種,熔融拉錐技術又可以分為一次熔錐光分路器和多個1×2串接式光分路器。三種結構的原理圖見圖1。 
                    
              下面對二種產品技術作簡要介紹 
                    
              ㈠平面波導型光分路器(PLC Splitter) 
              此種器件內部由一個光分路器芯片和兩端的光纖陣列耦合組成。芯片采用半導體工藝在石英基底上生長制作一層分光波導,芯片有一個輸入端和N個輸出端波導。然后在芯片兩端分別耦合輸入輸出光纖陣列,封上外殼,組成一個有一個輸入和N個輸出光纖的光分路器。(見圖2a、圖2b 
                    
              根據用戶需要,可以將輸入輸出為裸光纖的器件,封裝在各式封裝盒中,輸入輸出光纖用松套管保護,并可以外接各種連接器。(見圖2c 
                      
              該技術由于采用半導體技術,工藝穩定性、一致性好,損耗與光波長不相關,通道均勻性好,結構緊湊體積小,大規模產業化技術成熟,已經被日本、美國、韓國、法國等多數國家指定采用技術。常用的光分路器有1×N2×NN=4,8,16,32,64 
                    
              ㈡熔融拉錐光纖分路器(FBT Splitter 
                    
              熔融拉錐技術是將兩根或多根光纖捆在一起,然后在拉錐機上熔融拉伸,拉伸過程中監控各路光纖耦合分光比,分光比達到要求后結束熔融拉伸,其中一端保留一根光纖(其余剪掉)作為輸入端,另一端則作多路輸出端。圖3是兩根光纖熔融拉伸后光纖模場截面示意圖。 
                    
              一次拉錐技術是將多根光纖捆在一起(見圖1b),在特制的拉錐機上同時熔融拉伸,并實時監控各路光纖的損耗。目前成熟的一次拉錐工藝已能一次1×4以下器件。實驗室有1×8的記錄,但批量生產工藝還未成熟。目前國外FTTH工程中,低分路光分路器(1×4以下)常采用一次拉錐技術器件。(圖4a1×2實物圖) 

                      
              串接式熔錐1×N分路器件都是由(N-1)個1×2拉錐單元串聯熔接一個封裝盒內(圖1C為原理圖,圖4b1×8封裝盒內實物圖片)。由于單元之間光纖需要熔接,而光纖需要有最小彎曲半徑,通常體積會較大,例如:1×8光分路器由71×2單元熔接而成,封裝尺寸通常為100×80×9mm。 
                    
              兩種器件性能的比較 
                    1
              、工作波長 
                    
              平面波導型光分路器對工作波長不敏感,也就是說不同波長的光其插入損耗很接近,通常工作波長達到1260~1650nm,覆蓋了現階段各種PON標準所需要的所有可能使用的波長以及各種測試監控設備所需要的波。 
                    
              拉錐型光分路器,由于拉錐過程產生的光纖模場的變化,需要根據需要調整工藝監控工作窗口,根據需要可將工作波長調整到1310nm,1490nm,1550nm等工作波長(俗稱工作窗口)。通常單窗口和雙窗口的器件工藝控制較成熟,三窗口工藝較復雜。工藝控制不好的情況下,隨著工作時間延長和溫度的不斷變化,插入損耗會發生變化。 
                    2
              、分光均勻性 
                    
              平面波導器件的分光比由設計掩膜版時決定的。目前常用的器件分光比都是均勻的。由于半導體工藝的一致性高,器件通道的均勻性非常好??梢员WC輸出光的大小一致性好。 
                    
              拉錐型分路器的分光比可根據需要現場控制,如果要求1×N均分器件,則用N-1個均分1×2組合而成。因為每個1×2器件不可能做到完全均分,所以串接而成的1×N器件最終的各通道輸出光不均勻性被乘積放大,級數越多,均勻性越差。如果要求均勻性好,需要經過精確計算配對。 
                    
              拉錐型分路器分光比可變是此器件的最大優勢。有時,由于用戶數量和距離的不一致性,需要對不同線路的光功率進行分配,需要不同分光比的器件,由于平面波導器件不能隨時變化分光比,只能采用拉錐型分路器。 
                    
              5中,是兩種1×8器件用1270~1600nm寬帶光源掃描測試的插入損耗,淺色的PLC器件,深色的是拉錐型分路器,其中每一條曲線是某一通道的插入損耗掃描圖。從圖中可以看出,PLC8個通道的損耗隨著波長的變化很小,通道的均勻性也很好;拉錐型的分路器隨著波長的變化損耗變化很大,只要13101490附近損耗較小,同時,圖5,1×8 PLCFBT測試比較均勻性較差。 
                    3
              、溫度相關性TDLTemperature Dependent Loss 
                    
              平面波導器件工作溫度在-40~+85,插入損耗隨溫度變化而變化量較??;拉錐型分路器通常工作溫度在-5~+75,插入損耗隨溫度變化的變化較大,特別是在低溫條件下(<-10),插入損耗不穩定。 
                    
              我們測試1×8PLC  Splitter-40~+85插入損耗變化量在±0.25dB,從-5~+75插入損耗的變化量約±0.15dB 
                  1×8FBT  Splitter
              -5~+75插入損耗的變化量約±0.45dB 
                    4
              、偏振相關損耗PDL(Polarisation Dependent Loss ) 
                  PLC
              偏振相關損耗很小,1×32以下通常在0.1~0.2dB。1×2FBT  PDL0.15dB左右,隨著串接的器件越多,PDL也會疊加,1×8的將近0.45dB左右。 
                    5
              、體積 
                    PLC
              的器件體積很小,博創1×32的器件體積50×7×4mm,多分路拉錐的器件由于需要多個器件熔接,光纖彎曲要求最小直徑>30mm,通常1×8器件直徑在100×80×9mm。 
                    
              在實驗室測試時體積一般不會成為主要問題,但在大規模組網時,考慮到集成布網的空間,體積顯得非常重要。  
                  6
              、成本 
                  PLC
              的主要成本主要是設備成本和材料成本(芯片和光纖陣列)。該器件的生產設備昂貴,但這是一次性投入,隨著生產規模擴大,產量越大,通道數越多,平均分攤到每個通道的成本越低。 
                    
              拉錐器件成本主要是人工成本和合格率成本。原材料成本很低(石英基板光纖熱縮管不銹鋼管等),低分路器的成本很低,高分路器件成品率較低,高分路器件成本較高。 
                  
              按目前的生產成本,PLC與三窗口拉錐分路器相比,1×8是臨界點,1×16以上PLC性價比明顯占優,1×4以下拉錐型分路器性價比占優。 
                  7
              、可靠性 
                  
              無源光網絡(PON)比有源光網絡(AON)的最大優勢就在于無源光網絡除局端和用戶端外,中間線路全部是無源設備,可靠性好,運營維護成本低。 
                  
              ㈠平面波導器件與拉錐型分路器比較,其可靠性占有明顯優勢,主要有以下三點:(1)故障點不一樣:平面波導器件理論上只在芯片和兩個光纖陣列之間有兩個交接面存在故障點,而1×N拉錐型分路器有2N-3個故障點(N-1個單元,N-2個熔接點)。故障點的增多,可靠性就會降低。 
                    
              如下圖6,1×8兩種器件比較。1×8拉錐器件有13個故障點,PLC器件只有兩個。 
                    
              ㈡分光比是否變化:平面波導器件分光比由芯片決定,芯片本身不會變,同時芯片與光纖陣列耦合面是面接觸,面接觸很穩定,不會發生位移。博創科技到2007年已出貨20多萬只各類型號器件,未發生一只分光比變化超標。拉錐型光分路器工藝控制不好的情況下,分光比會因時間變化而發生變化。 
                    
              拉錐型分路器由于節點多,光纖拉伸過程中容易發生劃痕等微觀缺陷,因此,其抗機械沖擊、機械振動性能較差。使用時不能劇烈撞擊或跌落。 
                    
              總結 
                    
              綜上所述,平面波導和拉錐型兩種光分路器各有優缺點,拉錐型器件由于產品生產歷史長,工藝比較普及,設備成本較低。在成本方面有明顯優勢。低分路情況下其技術指標與平面波導型相差不明顯。因此,低分路(1×4以下)有明顯優勢。在高分路情況下,由于其成本優勢不明顯,加上技術指標均勻性較差,工作波長限制,以及可靠性等方面有明顯劣勢。 
                    
              平面波導光分路器由于生產設備較貴,工藝技術水平較高,有一定的技術和資金門檻,成本相對較貴。由于芯片制作具體大批量、規?;攸c,器件的成本攤薄到每路成本,多分路器件的成本相對低,低分路相對較高。產品性能、可靠性方面,平面波導分路器具有明顯的優勢。 
                    
              現在市場上拉錐型分路器供應商比較多,如果按照Telecordia標準嚴格進行各種老化等工藝,成本比較高。但現在有很多公司只有一臺拉錐機,沒有試驗老化設備,更沒有凈化車間等硬件條件,用的材料也是低質品,成本很低。這些產品主要有以下問題:分光比不穩定,時間長了會發生劣化;撞沖擊能力差,拉錐單元內光纖易斷;耐高低溫能力差,經過冷熱變化,會發生斷纖等現象。 
                    
              隨著使用PON技術的FTTH在全球的迅速擴張,光分路器用量迅速膨脹,PLC  Splitter的優點得到充分發揮,隨著產量的急劇擴大,其成本也快速下降,其性價比已明顯優于拉錐型分路器。美國、韓國、歐洲法國等國均指定使用PLC產品,日本考慮成本因素規定1×4及以下采用拉錐型(一次拉錐產品),1×8以上產品全部使用PLC。 
                  
              在器件選擇方面,我們建議如下: 
                  
              根據使用需要,如果只是單波長傳輸,或雙波長傳輸,從成本角度考慮可以選用拉錐器件,如果是PON技術的寬帶傳輸,考慮到以后的擴容和監控需要,優先選用平面波導器件。 
                    
              低分路器件(1×4以下)可以選用拉錐器件,高分路器件(1×8以上)優先選用平面波導器件。


              分析:金融風暴點燃光通信 

              和很多行業一樣,光通信也在金融風暴下談論如何過冬,不同的是,光通信的冬天由來已久。那么這次金融風暴會給光通信雪上加霜嗎?筆者認為結果恰恰相反,光通信會在這次金融風暴下得到更好地發展。 

              首先,運營商重組對光通信的推動力度并沒有受金融風暴影響而減弱。三大運營商重組之后,為了給自己的全業務競爭打下基礎,在網絡建設、改造和升級上,下了很大血本,而這些與建設相關的投資,相當一部分投給了光通信產品。這一點可以從現在熱火朝天的FTTx建設中看出,在去年還是零星小雨的FTTx今年已經迅速突破400萬線;不僅如此,FTTx的建設商也在逐漸從中國電信、中國聯通向中國移動延伸,目前以FTTx為代表的光進銅退趨勢已經不可逆轉。此外,隨著國家拉動內需政策的出臺,電信基礎設施建設的進一步投入也會得到更多的政府支持。 

              其次,光通信在蟄伏期練就的內功正在逐漸發揮本領。全業務下,運營商已經不再只是靠網絡規模和行業壟斷取勝,更多時候需要靠完美的用戶體驗去贏得市場。需要指出的是,完美的用戶體驗需要智能、大容量的光網絡做支撐,光通信早在金融風暴前就準備好了。新一代光通信技術xPON、40G、PTN等都已經過了蟄伏期,順利投入到運營商用,這些技術在為光通信正名的同時,也給運營商提高了ARPU值,發展前景十分樂觀。 

              最后,光通信在電信網絡里的角色正在發生變化,以往的單一管道角色正在向重要主導技術過渡。其實,擺脫管道角色一直是光通信努力的方向,只要此角色不變,光通信就難以稱已經度過冬天。目前的情況下,光網絡逐步向用戶端推進,光網絡已經滲透到了運營商的網絡最邊緣,北京奧運會的傳輸網已經是ASON智能光網絡的一次很好的應用案例。相信,這只是光通信的智能化趨勢的一個開端。

              通信行業:光通信走得比3G更遠

              我們看好光通信行業前景的根本邏輯是:全球互聯網流量將保持持續高速的增長,而這種流量的增長,將對通信網絡的傳輸帶寬和接入帶寬提出越來越高的要求,而只有光通信技術,能滿足這種要求。全球光通信業,之所以自2006年再度崛起,其背后的產業邏輯恰在于此。

              中國光通信業,增長路徑清晰,具備明顯階段特征。2006年至2007年,為恢復增長期;2008年至2009年,為3G驅動期;2010年至1013年,為FTTH(光纖到戶)驅動期。

              中國光通信行業2009年的高增長已無疑義,而我們判斷,步入2010年,FTTH催生的巨大增量市場將維系中國光通信行業的高速增長態勢。事實上,FTTH的規模增長,2008年已經顯現,其后的驅動因素則是:1、政策支持;2、運營商擱置了技術制式爭議,明確當前以EPON為主流的發展思路;3、在綜合考慮能耗,維護等因素后,FTTB+ADSL的光纖到戶實現方式,成本已經低于純DSL寬帶接入方式。我們預計,2009年至2013年,FTTH將催生一個高達800億元規模的光系統增量市場。

              光通信行業,由兩個細分子行業構成,即光系統行業(含光傳輸系統和光接入系統)和光纖光纜行業。主要基于以下要點,我們更看好光系統行業的長期投資價值。1、經歷行業低潮期的洗牌后,中國市場競爭格局穩定,華為、烽火和中興占據了中國系統市場80%以上市場份額;2、光系統具備較高技術壁壘,在位者較難受到新進入者的威脅。

              我們認為,未來數年,中國光纖光纜行業的主要風險是:1、在位廠家均具備快速擴充產能的能力;2、電信運營商若長期堅持反向競拍的網上投標方式,容易導致競標廠商的非理性行為。雖有上述風險,但考慮到:1、光纖到戶的推進,將可能催生億芯公里級的新增市場;2、運營商集團采購模式,利于綜合實力強的光纖光纜制造商,能形成有效供給與需求的動態平衡??傮w而言,我們認為,光纖光纜行業,在當前仍具備明顯的投資機會。





              有源光纖技術伴隨市場成長

              不知從何時何地開始,有源光纖的市場需求突然涌現出來,代替銅纜成為高性能計算和數據中心的主要傳輸媒質。多個供應商不出人所料地迅速進入這個領域,研發相關產品以滿足10-Gb/s數據鏈路以及即將出現的40-100-Gb/s互連等熱門需求。

              有源光纖互連的首選應用是包括集群計算在內的高性能計算,最初的需求來自研發和學術機構或高端企業的建模、仿真和計算機輔助設計。無源光纖或基于銅線的電纜系統能夠提供該應用場景下服務器之間以及服務器到交換機之間基于InfiniBand標準連接的大部分需求,然而,隨著連接帶寬超過10-Gb/s以及用戶想要把更多的、距離更遠的計算機加入集群,電纜通常所能達到的帶寬和距離帶來的限制就變得愈發嚴重。業內有報道說無源電纜連接在10-Gb/s速率下傳輸10米時信號就衰減很大了。

              基于上述情況,InfiniBand行業協會研究制定了10-Gb/s(單倍數據速率)、20-Gb/s(雙倍數據速率)和40-Gb/s(四倍數據速率)的光纖InfiniBand連接規范,所有規范都支持任意場景下從4信道到12信道的多路傳輸。

              每種規范都非常適合采用封裝到QSFP收發器模塊中的并行光纖陣列模塊。如果有很多廠商開發了基于這類轉發器的下一代連接平臺,再用電纜端口解決系統互連問題就沒有意義了。

              有源光纖能夠幫助這些傳統設備享受到光傳輸的巨大優勢,正如其名字所表達的那樣,光纖兩端的光收發器提供光電轉換以及光傳輸功能。用戶僅需拔掉可插拔的電纜接口(通常是CX-4QSFP),再插上物理外形和尺寸相同的有源光纖轉發器或連接頭即可。對于線路卡來說,光接口和電接口所起的作用完全相同。

              由于光纖與收發器之間是硬連線的,不會遇到在數據中心和類似應用中所遇到的一些問題,例如,技術人員無需再擔心諸如光線傷害眼睛、清潔、熔接等連線過程中的問題。你能想到的好處都有,缺點都不存在,”Tyco Electronics公司光纖業務發展總監Dennis Hess表示。

              事實證明,在100m300m距離范圍(取決于具體的產品)引入10-Gb/s或以上速率光纖產品的優勢遠不止這些。舉例而言,InfiniBand CX-4電纜也能實現多數光纖供應商想要完成的基本功能,但是基于24 AWG雙纜的CX-4電纜系統十分笨重,體積龐大,占地驚人。第一個進入這一領域的光纖供應商Intel公司去年6月推出了Intel連接線纜 Intel Connects Cables)技術,并公布了其DDR解決方案的多項技術優勢,包括與其電纜方案相比,重量降低84%以及體積節省83%等。而且,光轉發器比標準CX-4接頭要短,再加上光纜比電纜細、靈活性高,據Intel稱基于Connects Cable的方案比24 AWG的彎曲半徑小40%。

              對于用戶來說有源光纖系統有很多吸引人的優點:時延低、抗電磁干擾、不受未知的接地環路影響,價格與電纜類似甚至還要低(銅纜系統為了延長傳輸距離,需要借助放大和均衡器件)。實際上,Hess的公司今年初已經發布了其PARALIGHT有源光纖產品系列,采用直徑3mm的圓形光纜結構,比競爭方案所采用的帶狀光纜靈活性還要高。已有報道說至少一個主流客戶對此產品表現出了興趣,原因是該產品的次要優點。最初的一些應用只是很短的幾米的距離,肯定可以使用電纜,”Hess介紹說,他們采用我們產品的唯一理由就是光纜的物理尺寸合適。

              盡管這些多信道產品廠商都表示其光纜也能用于以太網,XAUI就是多信道接口,然而,考慮到以太網應用中絕大部分連接都是串行的,Finisar公司認為串行有源光纖才有應用價值。該公司去年發布的LaserWire光纖目前仍處于研發階段,預計今年下半年推向市場,這將會是市場中首個串行以太網連接產品。

              Jan Meise
              Finisar市場策略總監,他相信有源光纖應用于串行10G以太網將會比多信道InfiniBand鏈路更有意義。每信道2.5Gb/s電纜能夠傳輸12米、13米甚至15米,在集群應用或服務器與一級匯聚交換機連接時12米就夠了,他解釋道。

              Meise
              認為當信道速率達到10Gb/s時,光纖技術的優勢就開始體現出來。Finisar已經決定第一個產品將會鎖定單信道應用。Meise看到了服務器與交換機之間單信道10G以太網的應用機會。最近一次在雷諾舉行的超級計算技術展示會上,富士通、Woven Systems、Force10Arastra等公司都展示了以太端口速率高達10G的設備。他指出。

              Meise
              相信對于以太網應用,LaserWire具備InfiniBand銅纜方案所具有的所有優點。他還認為交換機和NIC廠商能夠利用有源光纖實現接口與傳輸介質的分離。他們可以設計支持電纜接口的電路板,其用戶可根據應用需求自行選擇電纜或光纜接口。

              然而,Finisar也看到了有源光纖在板上以太網(LOM)應用中的前景。本季度該公司決定開始設計一款比普通光接口更小的專利接頭,包括SFP。Finisar希望交換機和NIC開發商能夠在服務器和交換機板卡上直接使用該接頭,但為了配合傳統的應用,他們也計劃提供SFP+XFP適配器。

              Finisar
              并不是追逐串行以太網應用的唯一公司,新創公司Lightwire CEO Vijay Albuquerque宣稱,他們將會利用其光子芯片的技術優勢研發基于SFP+接口的串行10G以太網光纖。我們覺得SFP+是一個好機會,他解釋道,這是研制高密度交換機的機會所在,NIC卡、適配卡的空間已經很小了。我們認為業界將會對此進行整合。

              lbuquerque
              表示,Lightwire的目標除了以太網還有光纖通道,并補充說該公司還有研發40G以太網QSFP器件的計劃。我們的方案功耗極低,一個4信道10G產品的功耗僅為600mW。他說。

              速率和性能要求都決定了須采用光技術,問題在于你是否能以具有競爭力的價格實現它。”Albuquerque總結道,也許也是說給他的競爭者聽。我想現在是合適的時候了,10G和多信道10G應用為有源光纖提供了最佳的時機。

              光機精密對準核心器件-精密位移臺的介紹
              精密位移臺的性能主要體現在:重復精度、分辨率、穩定性、運動過程中各個角度的偏擺程度及其一致性等指標上。決定因素源于生產廠家多年所積累的豐富行業經驗、先進的設計、完善的加工工藝及其嚴謹檢測過程、以及精益求精的工作理念。
              (質量的保障:靜態和動各項指標參數的出廠檢測,熱穩定性能檢測,負荷測試)

              精密電動位移臺行業國內產品特點:
              1.    
              理論分辨率很高,甚至達到幾個納米(電動細分64、128、200狀態下),但往往不能真實的實現,丟步率一般在0.01%-0. 1%左右(高速和高承載情況下更為嚴重);重復定位精度差,一般為1、3、5微米(確保1微米重復定位精度,需要要采用進口螺桿和導軌以及良好的工裝體系和工藝要求),平行度、直線性、運動跳動、偏擺、俯仰等指標由于檢測條件限制一般廠家沒有明確測量方法和指標標注。
              2.    
              加工工藝落后,檢測不嚴格,造成產品外形尺寸、連接空位、中心位置的一致性偏差很大,組合使用或者多軸運動時往往產生干涉現象,運動軌跡呈現跳躍狀曲線;單一方向位移還可以使用,但是多軸精密對準使用很不方便,往往很難操作。
              3.    
              產品材質選用和熱處理工藝不過關,重載、偏重、溫度等諸多原因都可以是產品發生變形,造成產品的整體精度下降。
              4.    
              產品的一致性很差,同一型號,精度、分辨率都各有不同;三分產品七分調制真正可以說是純手工制作各個不同。對于工業操作很難做參考比對。
              5.    
              價格低廉,性價比適中,國內市場占有率比較高。

              由于產品市場局限和利潤空間的限制國內沒有大的投資商加入,所以從事此行業的中小企業比較多,并且由于技術含量不高,初期都為仿造,設備要求不苛刻,行業保密性差等諸多原因,從業企業還有增加的趨勢。
              造成的后果是產品追求比較高的分辨率,適中的精度,偏低的穩定性和可靠性,非常差的一致性;競爭力主要體現在價格、非標定做、技術服務等方面;由于惡性競爭,利潤空間狹小,促使企業壓低成本,技術更新緩慢、檢測體系不完善,逐漸遠離了高端市場的領域,走向了惡性循環。盡管國家為了帶動相關行業已經上馬了多個大的項目,但是由于存在惡性競爭,在產品質量上還是沒有本質上的提升,與歐美日產品在質量上還是存在比較大的不足和差距。

              原因:
              沒有規?;漠a業需求鏈條,導致難以達到規?;男袠I生產;
              沒有熟練的專業裝配技師,導致難以達到國際光學精密機械行業需求高度;
              以高勞動密集型,低技術、低附加值為主體產品難以達到高端市場的需求;
              效益低下的管理方式、經營模式難以適應現代市場的標準;
              血汗工廠的待遇造成技術骨干和優秀裝調工人的大量外流和轉行;

              沒有比較良好的重復性配合,再高的分辨率也是一種浪費!

              光機調整對準行業產品檢測的標準化和規范化
              目前光機調整行業內比較出名的品牌是靠長時間的企業宣傳和客戶滲透造就的;雖然市場上同類產品的種類和性能都比較雷同,但是客戶挑選此類產品還是比較茫然,之所以這樣是因為,產品的一致性很難保證,并且光機調整器件是光學、機械、自動化的交叉領域,老師一般都是使用者,往往并不精通此領域;行業沒有規范的標準,檢測指標不統一,所以挑選器件也就沒有依據和對比性。

              行業沒有一致的標準參數的原因是多方面的。
              首先產品定位不同,側重點不同,例如IP主要針對納米操作、SURUGA針對PLC器件封裝行業,所以產品指標側重不同。
              其次企業的自身發展程度不同,由于擁有的檢測儀器限制,檢測指標內容和等級有所區別。
              再者部分企業故意混淆指標參數縮小與競爭者的差距。
              最后是由于用戶的行業不同,產品的多樣化成為了此行業的特色,產品的多樣性造成的了產品檢測標準很難達到一致。

              隨著行業的不斷發展和優化,行業產品質量標準也是大勢所趨;以下是產品檢測標準規范化的優點:
                  
              產品檢測標準的規范化可以把產品質量充分體現,方便消費者有針對性的選擇自己所需要的產品。
                  
              產品檢測標準的規范化可以引進競爭機制, 是競爭還是回避,隨著市場的淘汰最終整個行業都會不斷提升產品質量,提高整體行業的競爭力以及產品品質
                  
              產品檢測標準的規范化與效益考核掛鉤可以帶動生產者、裝調者、檢驗者積極性,實現從業者職業技能的提高,促使行業涌現很多的專業產業工人。

               

              日本開發出功率達10萬億千瓦的激光裝置

              日本大阪大學日前公開了剛剛研發完成的激光裝置,其最大瞬間輸出功率達10萬億千瓦,為目前世界最高水平。

              據日本《朝日新聞》報道,這一名為“LFEX”的激光裝置包括觀測裝置在內長約85米,它有4列由不銹鋼制成的光路,激光在光路中往返產生增幅,最終激光聚焦到一點上的強度,相當于把近1000萬平方公里面積上的太陽光聚焦到0.8平方米面積上的強度。

              盡管該裝置最大瞬間輸出功率達10萬億千瓦,但其能量只有10焦耳左右,相當于電爐打開10秒鐘放出的熱量。

              報道說,新研發出的激光裝置將有望用于研究低成本的核聚變技術

               

               

               

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