光波通信

2006年12月

最后一英里光纤接入一直被认为是部署高效的高带宽业务的基本要求。近年，在亚洲的很多地方都实现了真正的光纤到户（FTTH），这也激发了北美和欧洲FTTH市场的兴起。

随之而来的是光器件市场的根本变革。现今，FTTH收发器的价格已经降到100美元以下，并且每年的产量超过几百万只，这标志着光器件产业已经从低产量、高利润的竞技场转变为高产量低价格的舞台。同时，这种TO-can封装的薄膜滤波技术还面临来自先进新技术的激烈竞争，这些新技术包括高集成度的平面光路（PLC）技术和自动装配技术。

各种方法2GZ光波通信

近几年，FTTH在亚洲的部署一直在稳定增长，据报道，仅在日本一个国家，FTTH的每月新增用户数就达70,000户。而且，FTTH的扩张已经延伸到包括北美在内的世界各个角落。宽带网络变革有两个驱动力：一个是FTTH技术可以为用户提供超高速的数据传输业务和VOD点播业务；另一个是无源光网络（PON）技术，利用PON技术，运营商可以经济高效地大规模部署最后一英里光接入网，减少设备，降低外部设备的故障率和维护成本。

传统的块状三波复用器主要由薄膜滤波器和TO-can封装构成。

传统PON网络使用三个波长，其中1490nm用来传语音和数据，1550nm用来传下行视频信号，1310nm传上行视频信号。另外，在亚洲一些地区则仅使用两个波长，分别传送上行和下行信号。所以，在每个PON网络的用户端，使用三波复用器或者两波复用器来负责光的收发。

这种传统的收发器使用了薄膜滤波器技术（TFF）和TO-can封装技术（图1），这两种技术已经应用了很多年，同时也被早期的FTTH沿用。但是，现今的光器件市场上，光收发器价格低于100美元，这种技术正在被新的更廉价的技术所取代，这些新的技术主要是针对高产低价的FTTH市场设计的，如平面光路技术。

过去十年中平面光路一直是人们研发的主题，而今，它已成为替代传统光学器件（三波/两波复用器）的主要力量。平面光路如同一块印刷电路板，可以把光电子器件组装其上，也可以直接集成为一个光电子器件。平面光路使用的是与电子集成电路（IC）相同的处理技术，它与传统的块状光学集成技术完全不同。传统块状光学集成技术是引导光束通过一系列透镜、滤波器和自由空间；而PLC技术则是让光信号就像电信号通过一个电子集成电路一样，通过芯片上的波导。

从前，PLC技术只用于一些特殊的场合或多信道系统。但现在，平面光路正信誓旦旦地准备主导光网络的多个领域，包括ROADM、信道监控、CWDM和FTTH收发器。传统的平面光路器件一般基于阵列波导光栅（AWG）技术，AWG技术已经在密集波分复用（DWDM）器件中得到了成功的应用，DWDM需要大量准确间隔的波长。但是在FTTH中，AWG却不完全适合。因为应用于FTTH的AWG芯片尺寸大，价格过分昂贵，而且可用光谱范围太小，不能覆盖PON网络从1260nm到1565nm的全波长范围。介于以上原因，业界开发了新的PLC滤波技术，例如色散光桥光栅（Dispersion Bridge gratings）技术。

不同的PLC实现方法

一般来说，在FTTH市场上存在两种相互竞争的PLC实现方法：滤波器外置型PLC和滤波器嵌入型PLC，后者采用的是典型的色散光桥光栅技术。

滤波器外置型PLC两波复用器，在激光器和探测器之间的凹槽中插入了薄膜滤波器，与传统块状光学集成技术相比提高了经济性，但是产量和成本方面依然面临很大的挑战。

在滤波器外置式PLC中，芯片上的波导只起到将光束路由到芯片的不同部分的作用，不具备波长过滤能力（图2），因此，需要在芯片内蚀刻上凹点，在凹点上精确地放置薄膜滤波器（TFF），并调整位置，与凹点很好地结合。这些TFF完成波分复用（WDM）中合波、分波的功能。从本质上看，这种方法中PLC平台仅作为一种新的封装工艺，主要用来简化TFF的排列和集成过程，再加上这种方法把激光器和探测器封装到同一芯片上，不失为制造FTTH收发器芯片的一个高产的方法。

滤波器外置型PLC技术近几年已经发展的很成熟，基于此方法的产品也有很多，但是，这种产品的最主要挑战还是产量和价格。

滤波器嵌入式PLC技术将滤波功能直接嵌入到光学芯片中，提高了集成度。先进的波分复用（WDM）技术，如色散光桥光栅也以直接制作到芯片中，作为晶圆制造流程中的一个常规处理步骤。这种方法不再需要外部薄膜滤波器，从而极大地简化了后续装配和封装步骤。应用这种方法后，高度集成的PLC就可以不需要任何外部透镜和滤波器。另外，这种方法使得所有的芯片都采用一种晶圆，一个六英寸的晶圆上能够容纳五百多个色散光桥光栅式的三波复用器，这极大地降低了成本，提高了功效（图3a）。

滤波器嵌入型PLC，一个晶圆可以制造500多个PLC收发器芯片。

a图：载有色散光桥光栅滤波芯片的晶圆。

b图：功能齐全完备的FTTH三波复用器。

滤波器芯片还必须为收发器中的激光器和探测器提供一个集成的平台。传统块状光器件使用薄膜滤波器构造的两波/三波复用器会遇到一个问题：激光器、探测器和滤波器的校准是一个有源的过程，即所有的器件在组装的时候必须上电，这极大的增加了复杂性和成本。

为了使现代PLC滤波器芯片的结构适应标准的片上激光器和探测器，我们采用了自动无源校准技术。这种组装方法采用了一种可以24小时不间断工作的自动倒装芯片法，不需要太多人为干预。跨阻放大器芯片和电容也可以直接贴装到PLC滤波器平台上，形成一个完整的FTTH收发器芯片（图3b）。

为了争取更多的市场份额，比资本实力差的竞争对手活得更长久，许多TFF两波/三波复用器供应商最近亏本出售器件。尽管这种做法不是长久之计，但是却成功地使许多小型竞争者破产。然而，市场上接连不断的压价造成一个很严重的问题，那就是，那些老牌TFF供应商是否还能够继续撑下去？滤波器嵌入型PLC的价格也已经跌落到50美元以下（见表），这为PLC器件的发展给出了新的信号，PLC将最终取代传统光学器件，并凭借其低廉的价格和大量的部署占领市场。

随着无源光网络（PON）在亚洲和世界其它地区的飞速增长，基于薄膜滤波器和TO-can封装技术的传统收发器在价格和生产规模方面已经很难满足未来需求了，而新型PLC技术悄然成熟，在几乎所有指标上都要略胜一筹，由于设计初衷就是低价和规模生产，所以在价格方面也极具竞争力。新型滤波技术和PLC平台正信誓旦旦要颠覆无源光网络（PON）的传统部署方式，并为FTTH带来数百万的新用户。

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