我国光器件的产业概况与发展思路

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光器件是光纤通信系统的基础元件，我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，都满足了我国光纤通信发展初期的科研或工程的需要。但随着时间的推移，由于相关工业基础的薄弱、科研投入的不够以及体制和机制方面的原因，我国光器件在核心技术和高端产品方面与国外先进水平的差距愈显突出。本文根据我国光器件的产业发展状况，就如何加快我国光器件产业的发展，提出几点意见，以抛砖引玉。
　　光有源器件
　　1.发展概况
　　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。将电信号转换成光信号的器件称为光源，主要有半导体发光二极管（LED）和激光二极管（LD）。将光信号转换成电信号的器件称为光检测器，主要有光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。近年来，光纤放大器成为光有源器件的新秀，当前大量应用的是掺铒光纤放大器（EDFA），正在研究并很有应用前景的是拉曼光放大器。
　　我国开展光有源器件的研究是从20世纪70年代开始的。当时西方国家根据所谓“巴统”规定，对我国进行高新技术的封锁和禁运，光有源器件亦在其中。于是中科院半导体所、武汉邮科院、电子部第44所、电子部第13所等单位，发扬“自力更生”的精神，研制了波长为850nm的所谓短波长光器件，如采用GaAlAs/GaAs材料同质结或异质结结构的LD和LED光源、Si—PIN检测器等。虽然现在来看这些器件的性能较差，但也满足了我国光通信起步阶段的需要。
　　此后，这些单位又开发了波长为1310nm和1550nm的所谓长波长器件，如采用InGaAsP/In材料隐埋双质结构的半导体激光器、采用InGaAs/In材料的PIN检测器等。这些芯片本身的性能有了很大提高，但在研制初期，芯片与光纤之间采用　　环氧树脂进行粘结，所以器件的气密性能差、粘结强度小、光纤易移位，因而整个器件的性能和可靠性较差。后来采用全金属化的耦合封装工艺，器件的可靠性和寿命大大提高，满足了当时光通信日益发展的需要。
　　1993年之前，我国光通信所需的光有源器件，基本上都是由国内生产商提供的，以致西方国家认识到在有源器件等方面再用“巴统”向我国进行技术封锁和禁运，反而失去中国的大市场，是得不偿失的，于是只得宣告“巴统”解散，国外的光有源器件开始大量涌入我国市场。
2.产业现状
　　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。虽然我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，与国外先进水平的差距日显突出。
　　目前我国只有少数几家能自己生产光源和检测器的管芯，而且基本上是2.5Gb/s以下速率的水平。这些产品由于不能同时达到高性能、高成品率、高重复性、高可靠性和低成本等产业化要求，实际上只能用于一些要求较低的系统，而在高速系统中的应用几乎为零。国内光通信设备和系统所需的高速率管芯和单元器件以及掺铒光纤放大器的关键元件掺铒光纤等都需要进口。国内的有源器件公司大都是买了国外的管芯做器件，买了国外的器件做模块，买了国外的掺铒光纤做放大器的组装公司。光通信设备公司则买了国外的模块做系统。
　　目前我国规模最大的光源、检察器制造单位是武汉电信器件公司、深圳飞通光电子技术有限公司，它们的销售量占全国的80%以上。其他还有深圳恒通宝光电子有限公司、武汉华工科技产业股份有限公司正元光子分公司、武汉天讯科技股份有限公司、北京福创光电子股份有限公司、上海奥普光电技术有限公司、四川康和光电子有限责任公司、重庆光电技术研究所、信息产业部电子第44研究所等20余家，可以生产十几种量子附激光器、半导体泵浦激光器。光纤放大器的制造单位主要有无锡中兴光电子技术有限公司、武汉光讯通信技术有限公司等。在光有源器件方面还有一些外资企业，如深圳光炬（JDSUniphase的子公司）、深圳新福克斯等。3.市场概况
　　根据对部分厂商的调查，1998—2000年我国光有源器件的生产销售情况如表1所示。由表可见，2000年这些厂商的光有源器件的销售量为64.9万只（其中出口约19.3万只，国内销售为45.6万只），销售总额为4.7亿元，较1999年增长了94.2%。
　　关于2001年全国光有源器件的市场情况，有不同的估计。有的认为是11亿元人民币，其中光收发（光源—检测）一体模块的市场份额为40%、DWDM用激光器为39%、泵浦激光器为20%、光放大器为1%。有的认为是14亿元，其中光收发一体模块的市场份额为36%、DWDM用激光器为36%、泵浦激光器为14%、光放大器为14%。预计今后数年光有源器件将以40—50%的速度增长，其中2002年的市场销售额将比2001年增加70%以上。
　　据估计，国内生产的光有源器件只占国内市场的30—40%。例如华为、中兴、大唐、烽火等几家公司，2001年光传输设备所用的光有源器件就有数十亿人民币，而采购国产光有源器件的金额不足10亿元，可见大部分的市场份额被国外厂商所占有。
光无源器件
　　1.发展概况
　　光无源器件是光通信系统中需要消耗一定的能量、具有一定功能而没有光—电或电—光转换的器件，包括光纤连接器、光纤耦合器、波分复用器、光开关、光衰减器和光隔离器等，是光传输系统的关节。光连接器是光无源器件中应用最广、数量最多的器件，耦合器和波分复用器次之，其它器件使用量较少。随着光通信技术的发展，密集波分复用器、大端口数矩阵光开关的需求将会逐渐增加。
　　我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六大问题之一，此外还要解决分路、开关以及波长复用等问题。于是电子部第23所、武汉邮科院固体器件所和电子部第34所等单位“白手起家”，致力于全光纤结构和分立元件组合型（微光器件）的研究，开发了光纤调中型的多模光纤连接器、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中切削加工的APT（插针直径为1.78mm）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二波长的波分复用器，产品性能优良，于是形成了光耦合器的产业。当前我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。
　　2.产业现状
　　现在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。到了世纪之交，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，不能用传统的光开关级连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，目前已有一些成果。如引进了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和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。从现有光无源器件生产单位的生产条件来看，这方面与国外的差距很大。
　　我国光无源器件的产业经过近几年的发展，已从过去的所谓“四大基地”到全国遍地开花，共有70余家。较多的分布在深圳、上海两地，但北京、湖北、广东（除深圳）、江苏、浙江、福建等地已有不少。这些企业主要是组装散件生产光纤连接器，生产能力已超过500万套；或者采用熔融拉锥设备生产光纤耦合器和波分复用器，生产能力已超过100万只。规模较大的有武汉光迅科技有限责任公司、深圳昊谷光电技术有限公司、上海光城邮电通信设备有限公司、深圳中和光学有限公司、深圳光波通信有限公司、深圳柏业通信技术有限公司、天津新光通信有限公司、上海霍普光通信有限公司、信息产业部电子第23所、上海俊英电子有限公司以及专门生产陶瓷套管的上海大平洋兰登光器件有限公司、专门生产陶瓷套筒的天津市超科光纤通讯器件有限公司等。此外还有一些外资企业，如上海的上诠光纤通信设备有限公司、世界最大的光器件生产商JDSUniphase在深圳的独资企业光炬科技有限公司等。
　　3.市场概况
　　目前我国光无源器件中市场规模最大的产品是单芯光纤连接器。随着光通信应用的不断扩大，特别是本地通信网络的逐步光纤化，近年来我国光纤连接器的总需求量不断扩大，前几年的平均复合年增长率在30%以上。根据对部分厂商的调查，1998—2000年我国光连接器的生产销售情况如表2所示。由表可见，1999年由于中国电信的分解式重组，产量和销售量有所下降。但2000年这些厂商的光连接器的销售量为233.9万套（其中出口约115.5万套，国内销售为118.4万套），销售总额为2.6亿元，较1999年增长了143%。
　　根据国外市场的统计规律，光纤耦合器的市场约为光连接器市场的1/4，二波长复用器的市场与光耦合器大体相同。关于密集波分复用器，估计我国近年的年需求量为数千套。目前光开关的市场不大，年需求量约几百套，但随着全光通信网的发展，对大端口数的矩阵光开发的需求将会增加。
　　关于2001年光无源器件的市场，估计是7亿元人民币，其中光连接器的市场份额为33%（2.31亿元）、耦合器为8%、WDM为2%、滤波器为25%、DWDM为18%、隔离器为12%、其他无源器件为2%。据估计，2001年光连接器的销售数量约为325万套，因为价格从100元左右/套下降到70元左右/套，所以销售额反而比2000年有所下降。光耦合器的销售量超过90万只，其中有相当部分是采用OEM方式出口欧美地区。
今后若干年，我国光纤连接器和光纤耦合器的复合年增长率将在30%左右，这是因为随着接入网的增加，两个光缆连接器之间的平均光纤长度将变短。
　　发展我国光器件的思考
　　由上可见，我国光器件的发展起步不晚，成绩不少；但现在投资不足，问题不少。笔者就如何加快我国光器件的发展，提出几点意见，供有关人士参考。1.改变投资方式，加大投资强度
　　由于体制方面的原因，我国有关大专院校、研究单位和企业的科研经费来源于各系统的各级科研经费。鉴于科研经费本来就不足，主管部门常以“资助”的名义“撒胡椒面”，以照顾有关单位。虽然各单位的同一项目可以从不同的口子争取到一些经费，但不得不以一部分经费用于提高科研人员的待遇，以稳定人心。余下的少量经费只能用于收集资料，做几个样品，写几篇论文，“应付”各“合同”的验收要求。长此以往，在科研上很难深入，难以攻克关键技术，更谈不上批量生产和产业化的问题。
　　建议改变投资方式，经费相对集中，不能搞“遍地开花”。各单位要有所为有所不为，这样可以加大项目的投资强度，有利创新，使科研向纵深发展。
　　2.改进激励机制，鼓励投身产业
　　目前我国大专院校、研究单位的人才激励机制还是重科研成果和论文。有了科研成果和论文，就可以晋升技术职称，一辈子受益。至于科技成果的工程化、小批量生产以至产业化问题，一方面没有相应的经费，另一方面即使花很大的力量搞出一点名堂，对技术人员本身也没有直接的好处。因此目前院校和研究所的大部分科研成果距产业化的要求甚远。北京某高校集成光学工艺中心的一位知名教授坦言，“时至今日，尚无一件能够占领市场的正式产品”。
　　建议鼓励大专院校、研究单位的一部分人才从事科技成果的工程化工作，务必使科技成果发展至中试规模（小批量生产）和产业化（大批量生产）。对有贡献者，同样给予相应的技术职称，使之一辈子受益。
　　3.大型企业介入，增强发展动力
　　要掌握光器件的核心技术，开发高端产品，需要大量资金。根据国外的经验，科研、小批量生产和大批量生产的资金投入的比例是1：10：100。从目前现有的光器件企业的经营状况看，要靠它们的自身积累来发展，是极为艰难的，这是因为低端产品的竞争相当激烈，销售利润已经降到很低；这些企业又比较小，积累资金相当困难。而产业化的资金投入（含风险投资）主要应由企业负责，这就使现有光器件企业无法开展高端产品的产业化工作。
当前有一个趋势，笔者认为可能是发展光器件产业的一条途径，这就是许多大的光缆企业纷纷介入光器件的开发。例如江苏的亨通集团、永鼎集团、中天集团、通光集团等公司，为了自身的发展，都在上海设立相应的光器件分公司。这些公司大都从低端产品做起，想在高端产品方面有所作为。
　　这些企业介入光器件的开发，有资金、管理和销售上的优势。在资金上，虽然企业原有产品的利润率亦很低，但由于销售额大，还是有足够的资金可以网罗技术人才进行高端光器件的开发。在管理上，企业直接开发光器件，所要的结果不再是科技成果和论文，而是可以占领市场的产品和利润。在销售上，这些企业有强大的网络和丰富的经验，这对光器件的销售十分有利。
　　可以相信，这些企业不会停留在低端产品的生产和竞争上，不久的将来能建成拥有核心技术的高端光器件的生产线，为我国的光通信事业做出新的贡献。