光通信器件是光通信系統的核心基礎，是光傳輸系統的重要器件，其技術是光通信領域中具有前瞻性、先導性和探索性的戰略必爭高技術，該技術代表一個國家在光通信領域的水平能力。本文首先介紹了中國光通信器件的發展史以及中國光器件技術和行業的發展現狀，其次闡述了中國光通信器件發展面臨的挑戰，最后介紹了光通信器件的發展趨勢以及發展我國光通信器件的建議，具體的跟隨小編一起來了解一下。

中國光通信器件的發展史

光器件分為有源器件和無源器件。光有源器件是光通信系統中將電信號轉換成光信號或將光信號轉換成電信號的關鍵器件，是光傳輸系統的心臟，主要包括半導體發光二極管（LED）、激光二極管（LD）、光電二極管（PIN）、雪崩光電二極管（APD）、摻鉺光纖放大器（EDFA）、拉曼光放大器及調制器等。光無源器件是光通信系統中需要消耗一定能量、但沒有光電或電光轉換的器件，是光傳輸系統的關鍵節點，主要包括光纖連接器、耦合器、波分復用器、光開關、光衰減器和光隔離器等。

1） 光有源器件發展史

中國光有源器件的研究始于20世紀70 年代。當時西方國家根據所謂“巴統”規定，對中國進行高新技術的封鎖和禁運，于是，中國科學院半導體研究所、武漢郵電科學研究院、中國電子科技集團第44研究所、第13研究所，自力更生，研制了波長為850 nm的短波長激光器。此后，這些單位又開發了波長為1310和1550 nm的長波長激光器，滿足了中國光通信起步階段的需要。

1993 年之前，中國光通信所需的光有源器件，基本上由國內生產商提供，以致西方國家認識到在有源器件等方面再用“巴統”規定，對中國進行技術封鎖和禁運，反而會失去中國的巨大市場，得不償失，于是只得宣告“巴統”規定失效，國外的光有源器件開始大量涌入中國市場。

隨著光通信技術的迅速發展，對光有源器件的技術要求愈來愈高。雖然中國有關單位做出很大努力，跟蹤世界潮流，取得了量子阱半導體材料與器件技術的突破，分布反饋（DFB）半導體激光器等先進器件的實驗室水平也有很大提高，但由于投入的人力和物力遠遠不足，與國際先進水平的差距日顯拉大。

目前，中國只有少數幾家單位能自主生產激光器和探測器管芯，而且僅限于10 Gbit/s以下速率的管芯。中國光通信設備和系統所需的高速率管芯、單元器件及摻鉺光纖均需要進口，有源器件公司大都購買國外管芯做器件、購買國外的器件做模塊、購買國外的摻鉺光纖做放大器組裝，光通信設備公司購買國外的模塊做系統。

2） 光無源器件的發展歷史

中國開展光無源器件的研究，是從20世紀70年代后期隨著光纖技術的出現而開始的。當時光纖的連接是光纖通信必須解決的6大問題之一，此外還要解決分路、開關及波長復用等問題。于是，中國電子科技集團第23研究所、武漢郵電科學研究院固體器件研究所（現武漢光訊科技股份有限公司）和中國電子科技集團第34研究所等單位，白手起家，致力于全光纖結構和微光學分立元件組合型的研究，開發了多模光纖連接器、拼接型和熔融拉錐型的光耦合器和機械式光開關等產品，滿足了當時短波長和長波長多模光纖通信研究的需求。

此后，光通信進入單模長波長階段并開始大量應用，對光無源器件不僅技術上的要求更高，而且在數量上也與日俱增，迫切要求產業化。在光連接器方面首先引進了光學定心切削加工的APT 連接器生產線，滿足了國內單模光通信發展初期的需求。此后隨著陶瓷套管大批量生產技術的成功，光連接器的質量有了進一步的提高，而且易于裝配，于是出現眾多組裝散件生產連接器的公司。在光纖耦合器方面，引進了由微機控制的熔融拉錐設備，使耦合器的生產變得十分簡單；更為可喜的是，通過理論研究和實踐探索，同一臺設備上可以生產出各種寬帶耦合器和雙波長的波分復用器，產品性能優良，于是形成了光耦合器的產業。當前，中國光通信系統中所用的光連接器和光耦合器絕大部分都是國產的。

當時，初看起來光無源器件的產業似乎比光有源器件發展快，但是在這輝煌的背后，還存在一些問題。如光纖連接器用陶瓷套管的毛坯還需要進口，光纖連接器技術的自主知識產權幾乎為零。到了20世紀末、21世紀初，隨著光纖接入網、密集波分復用系統和全光通信網的發展，現有的能進行大批量生產的光無源器件已不能完全滿足需要。例如，高光纖密度的配線架要求小型化光纖連接器、熔融拉錐設備無法生產密集型波分復用器、傳統小端口數的光開關不能級聯形成大端口數的矩陣光開關等。這些問題迫使人們不能停留在低端產品的生產和競爭上，必須研制高端的光無源器件產品，以滿足光纖通信發展的需求。針對這些問題，一些單位經過努力，如引進小型光連接器的組裝夾具、采用微光器件的結構研制了可以復用幾路、甚至十幾路的密集波分復用器。但要解決幾十路以上的波分復用和大端口數的矩陣光開關問題，只能采用光子集成器件。目前，中國無源器件的水平與國外的差距不大，甚至達到國際領先水平。

中國光器件技術和行業的發展現狀

中國十分重視光通信器件的研發，通過國家高新技術發展計劃安排專題，組織技術攻關，跟蹤國際先進技術等措施的實施，極大地推動了光通信器件的研究開發和產業化工作。從國家到省市各級政府充分調動各種資源，積極營造了良好的發展環境和條件，在技術開發和產品開發領域，中國的企業已經掌握了大批關鍵技術，某些項目的研發能力已接近國際先進水平，具有自主知識產權的高端光通信器件技術與產品已在光網絡中得到廣泛應用，光器件產業逐漸向中國轉移，中國已成為全球光器件的重要生產銷售基地。但在產業鏈結構和產業整體水平上與國際先進水平還有很大差距。中國在光器件領域遠遠落后于歐、美、日等國家，居前10位的光器件供應商中，只有武漢光迅科技股份有限公司排在全球第5位，僅占全球市場份額的5%（圖5），其他中國廠商的市場份額均非常小，絕大多數不到1%。面對擁有全球最大光通信市場、最完整產業鏈、優質光系統設備廠商的中國市場，這樣的市場份額顯然是不相匹配的。

圖5 2015 年全球光電子器件企業排名

在通信光電子器件的基礎理論研究方面，中國與國外先進水平相比差距不大。但關鍵工藝技術的好壞和裝備條件平臺的薄弱是制約中國通信光電子器件研究開發和可持續發展的“瓶頸”，在相關器件的關鍵技術方面的突破與掌握能力、器件工藝的研究和創新能力、工藝技術研究的關鍵裝備條件水平等方面與國際先進水平存在一定差距。

雖然中國關于通信光電子材料、芯片與集成技術的基礎理論研究和基礎工藝在高等院校和一些專門的研究院所開展得較為充分，但同樣由于工藝技術和裝備條件水平的限制，一些基礎理論與工藝的研究與實際應用嚴重脫節，缺乏足夠的針對性和實際指導意義，導致國內前沿研究成果多、而成果轉化和推廣應用少的矛盾十分突出，中國通信光電子器件的“空芯化”問題非常嚴重。而且與國外先進水平相比，近年來有差距越來越大的危險趨勢。

光通信市場需求高漲也帶來了對上游芯片產品的需求。中國市場的光通信芯片主要依賴其他國家供應商。目前，在芯片領域已經有少數中國企業取得了突破，武漢光迅科技股份有限公司和河南仕佳光子科技有限公司能提供商用無源AWG及Splitter芯片；武漢光迅科技股份有限公司、海信集團有限公司、華工正源光子技術有限公司能生產10 Gbit/s 以下速率的有源芯片，但25 Gbit/s有源芯片，包括VCSEL、DFB、EML、PIN、APD，全部依靠進口。華為技術有限公司、中興通訊股份有限公司等設備廠商及一些領先的光器件企業也在進行芯片研制。中國在芯片領域取得了一定的突破，但是還沒有形成規模，以中低端芯片為主。由于在光通信芯片方面主要依賴進口，因此中國光器件企業在市場需求高漲的同時利潤空間并不大，芯片成為下游企業競爭力的一個制約因素。中國光通信芯片產業未來發展可能會是來自下游的光器件和系統企業向上游延伸發展，垂直整合，研制芯片。在上游的芯片和下游的系統設備領域均比較集中的情況下，光器件廠商有較強的動力向上游拓展，一些實力較強的光器件廠商將會在上游取得突破。

中國的光電子器件企業擁有自主知識產權的高端核心技術不多，對國外芯片和特種材料的依賴性較大，具有核心競爭能力的產品較少，企業整體實力仍然偏弱，產品結構不夠合理，同質化嚴重，所提供的產品也多集中在中低端，產品附加值不高，國際市場競爭能力和盈利能力還有待提高。雖然有些器件制造企業具有一定的生產規模，但是產業持續發展的技術和工藝基礎較為薄弱，不少企業不得不依靠在中低端產品方面的惡性價格競爭和低廉的勞動力成本來艱難地維持生存，并逐漸淪為缺乏核心技術、沒有自主品牌、給其他國家公司打工的OEM工廠。在技術含量和附加值較高的如10 Gbit/s以上速率的有源光器件、100 Gbit/s光模塊等高速產品方面，核心技術缺失，商用化進程緩慢，真正具備材料外延生長、管芯制作等全套工藝線及從芯片到器件、到模塊垂直集成能力的企業屈指可數。上游材料和芯片的薄弱導致相應的光器件、組件及模塊發展受到制約，采購渠道受日、美等國家控制。此外，一些國際知名光器件及芯片企業為了降低成本和把握中國快速增長的市場需求，紛紛將研發、生產、封裝測試及銷售環節向中國轉移，進一步擠壓了中國企業的市場空間［6］。

對于高端光器件技術，基本上都掌握在國外廠商手中，中國的光通信廠商雖然也在加強這方面的研發投入，但是與國際主流器件商的差距依然很大。100 G高端器件幾乎全部依賴進口，包括集成可調諧激光器組件ITLA（integrable tunable laser assembly）、集成相干發射機ICT（integrated coherent transmitter）、集成相干接收機ICR（integrated coherent receiver）及100 G客戶側器件；智能光網絡用無色、無向、無阻塞的可重構光分插復用器CDC ROADM （colorless/directionless/contentionless reconfigurable optical add/dropmultiplexer）、波長選擇開關WSS（wavelength selective switch）、光交叉連接設備OXC（opticalcross connect）也主要依賴進口。中國高端技術和產品的缺乏還直接導致了中國光纖通信設備制造廠家（如華為技術有限公司、中興通訊股份有限公司、烽火等），不得不依靠大量進口高端器件來構建系統設備，嚴重制約了這些設備企業在相關領域的國際競爭力，影響其在國際市場戰略地位的進一步提升和快速發展。

總之，中國光通信設備商所需的高端核心器件，幾乎完全依賴從美國、日本、歐洲進口；高端光電子器件所需的高速光電芯片也幾乎完全依賴進口，受制于其他國家芯片供應商。作為光通信產業的核心一環，基礎芯片和器件供應商的壯大，關系到中國光通信產業的整體競爭力，已成為制約中國光通信長足發展的關鍵瓶頸。

中國光通信器件發展面臨的挑戰

1、關鍵工藝技術能力和工藝平臺水平與國外相比存在較大的差距

在通信光電子器件的基礎理論研究方面，我國與國外先進水平相比差距不大。但關鍵工藝技術的好壞和裝備條件平臺的薄弱是制約我國通信光電子器件研究開發和可持續發展的“瓶頸”，我們在相關器件的關鍵技術方面的突破與掌握能力、器件工藝的研究和創新能力、工藝技術研究的關鍵裝備條件水平等方面與國外存在較大差距。雖然我國關于通信光電子材料、芯片與集成技術的基礎理論研究和基礎工藝在大學和一些專門的研究院所開展得較為充分，但同樣由于工藝技術和裝備條件水平的限制，一些基礎理論與工藝的研究與實際應用嚴重脫節，缺乏足夠的針對性和實際指導意義。導致國內前沿研究成果多、而成果轉化和推廣應用少的矛盾十分突出，中國通信光電子器件的“空心化”問題非常嚴重。而且與國外先進水平相比，近年來有差距有越來越大的危險趨勢。

2、高端光電子器件方面的差距日益明顯

中國的通信光電子器件企業擁有自主知識產權的高端核心技術不多、對國外芯片和特種材料的依賴性較大，具有核心競爭能力的產品較少，所提供的產品也多集中在中低端，產品附加值不高，國際市場競爭能力和盈利能力還有待提高；雖然有些器件制造企業具有一定的生產規模，但是產業持續發展的技術和工藝基礎較為薄弱，不少企業不得不依靠在中低端產品方面的惡性價格競爭和低廉的勞動力成本來艱難地維持生存，并逐漸淪為缺乏核心技術、沒有自主品牌、給國外公司打工的OEM工廠。隨著JDSU、Oplink等資金雄厚的國外器件公司紛紛在中國安營扎寨，人才的爭奪也日趨激烈，國內相關企業面臨優秀技術人才不斷流失的嚴峻挑戰。而國內高端技術和產品的缺乏還直接導致了諸多在國際上頗有影響和地位的國內光纖通信設備制造廠家（比如華為、烽火、中興等），不得不依靠大量進口高端器件來構建系統設備，嚴重制約了這些設備企業在相關領域的國際競爭能力，影響到他們在國際市場戰略地位的進一步提升和快速發展。

光通信器件的發展趨勢

光集成技術（PIC）是未來光器件的主流發展方向，近年來一直是業內關注和研究的焦點。光子集成技術相對于目前廣泛采用的分立元器件，在尺寸、功耗、成本、可靠性等方面優勢明顯，是未來光器件的主流發展方向。

近年來，隨著技術的逐步積累以及產業需求的升溫，PIC進入較快發展時期，中小規模PIC已經成熟并取得廣泛商用，大規模PIC集成度已達到數百個元器件。PIC 技術和產業的參與企業涵蓋系統設備商、光器件芯片制造商、綜合服務提供商、半導體芯片生產加工廠商Foundry等多個領域，面向電信和數據兩大應用市場。

光集成技術包括基于III-V簇化合物半導體材料的光集成技術、基于鈮酸鋰電解質材料的光集成技術、基于SiO2絕緣體材料的PIC技術、硅基材料的光集成技術、基于聚合物材料的光集成技術以及基于氮化硅材料的光集成技術。III-V簇化合物半導體材料的光集成技術，如GaAs、InP技術，特別適合光源、探測器等有源器件的集成；鈮酸鋰材料的光集成技術，這類材料特別適合研制高速光調制器、光開關等，技術成熟，且市場份額較大；SiO2絕緣體材料的PIC 技術，適合陣列波導光柵AWG（arrayed waveguide grating）、分路器（splitter ）、熱光器件等多種無源光波導器件；硅基材料的集成光集成技術，采用的結構與電子學的集成電路類似，是未來光集成、甚至光電集成的重要方向；聚合物材料、氮化硅材料在光集成及光子器件領域同樣占有一席之地。這些集成材料各有所長，都有各自不同的應用市場。不同器件、不同功能、不同材料的混合集成將是光器件技術的短期發展方向。

PIC是光器件必然的演進方向，也必然造就新一代基于光器件的應用系統，而最終的光器件發展將更加集成化。III-V族材料和硅基材料更為業界普遍看作未來光集成技術的兩大陣營，在材料方面，III-V族材料偏向應用于有源器件，硅基材料偏向于應用無源器件。III-V族材料在有源器件中廣泛采用，磷化銦是目前唯一能夠實現通信波長大規模單片集成的材料，未來仍具有一定發展潛力，代表性產品是Infinera公司的高速光發射、接收芯片。然而，磷化銦屬于稀有材料，外延片尺寸較小，在低成本和大規模生產能力方面受到一定限制。另外，硅光子可將CMOS集成電路上的投資和技術經驗應用到PIC 領域，有效降低成本，提高生產效率，已成為未來PIC 重要技術方向之一。硅光子的代表性技術產品如Luxtera公司的AOC芯片、Cisco公司的CPAK 光模塊、Acacia 公司的相干CFP光模塊，以及Intel 公司致力研發的混合集成激光器和芯片級光互聯技術等，中國也有少數企業涉足，但規模有限。

在2014 中國光網絡研討會上，中國電信集團科技委主任韋樂平指出，光器件是光通信發展的瓶頸，光通信成為所有網絡構成技術中降價最慢的領域，其中光器件成本是瓶頸中的瓶頸。硅光子技術將成為重要突破方向，它是利用現有CMOS 集成電路上的投資、設施、經驗以及技術來設計、制造、封裝光器件和光電集成電路，在集成度、可制造性和擴展性方面達到CMOS的水平，從而在成本、功耗、尺寸上取得突破。通信是硅光子技術的早期應用領域，正如歷史上的晶體管、集成電路、激光器等一樣，通信由于其高技術屬性往往成為新技術的早期應用領域。然后隨著技術和工藝的成熟再擴展至大眾消費領域，形成更大的規模，進一步降低成本，再促進其在通信領域的普及，形成技術的良性循環。

硅光子技術在光源方面尚無可行的技術路線，目前以混合集成和短距離應用為主，正不斷發展成熟，未來將承擔重要角色?？傊瑹o論是磷化銦，還是硅光子學，都預示著光通信行業即將迎來深度變革，都將顯著改變光器件的設計和未來。

發展我國光通信器件產業的建議

1、應繼續完善科技創新與成果推廣應用

完善產業政策。根據國家鼓勵發展的研究與產業化目錄，結合企業實際情況，政府通過政策引導投資方向與重點，對鼓勵項目的重要進口設備、材料，在國內沒有替代產品的情況下，繼續保持現有稅收優惠政策，積極支持民族光器件企業的創新投入與產業化；

2、發揮財政資金的引導作用，創造良好投融資環境

充分發揮創新基金、工程中心補助、技術改造專項資金、電子發展基金等各類財政資金的引導和帶動作用促進產業發展推動建立政府導向的產業投資基金，發揮財政資金帶動作用，引導社會資源支持產業發展積極促進企業與資本市場的結合，創造有利于產業發展的投融資環境。

3、提升產業創新能力，推動產業升級

應持續完善光器件行業的創新體系。依托核心企業，建立、完善創新平臺，為企業創新提供支持：繼續推進技術改造。鼓勵企業增加技術投入，強化企業的創新基礎。進一步促進行業基礎研究成果與工程化、產業化的銜接，提升產業核心競爭力。通過組建產業聯盟或技術協作聯盟等形式，推進產業鏈上下游合作，開展聯合攻關，提高產品技術水平，促進推廣應用。積極引導企業轉型升級。向精細化、節能環保型發展。

4、加強行業管理，促進產業健康發展

制定行業發展約束機制，防止不良競爭。加強國內企業的團結合作，抱團抵制外來企業的沖擊加強質量監管，防止偽劣產品流入市場擾亂正常市場秩序。

5、加強高端人才培養，積極參與國際交流合作

圍繞光器件所需高端專業技術人才的需求，引進國際上的頂尖人才，帶動我國光器件產業高端技術的創新。特別是核心芯片、lC集成電路方面的人才，以實現高速芯片與lC的自主創新，擺脫核心部分受制于人的狀況。充分發揮行業協會、高等院校、科研院所及各類相關社會機構的作用，為行業的持續發展培養各級各類專業人才。加強國際交往與合作，積極參與國際標準工作，增強在國際標準領域的話語權。

6、加強核心關鍵技術與產品創新

重點技術領域應加強核心關鍵技術與產品創新，加大對波長可調制光源、半導體材料InP和Ploymer工藝研究、高速芯片、高速集成電路lC及光電集成技術等重點技術領域的研發投入；在40G、100G和400G光器件及核心芯片下一代PON用光器件及模塊等領域加快重點研發技術/產品的進程。在10GPON、40G光器件及模塊產品產業化應用、低成本直調了16×2.5Gb/s WDM光纖接入芯片及傳輸模塊產業化、100G、400G器件與模塊產業化等項目上大研發力度。

7、完善產業鏈配套措施

大力發展具有原創型的核心技術、其產品/技術擁有自主知識產權、有創新活力的中小民營企業的發展。包括國家及省出臺的相關政策、科技人員創業、科技成果轉化、產業鏈主導產品的政府優先采購等產業配套政策的落實由改府牽頭，協調企業運營相關政府部門，制定相關政策，為企業提供亮效、快捷服務具體為工商、稅務、質檢、安全、環保等方面，同時制定相關減免稅政策，減輕企業負擔。對重點企業，選擇重要項目跟蹤支持，從研發到成果轉化及產業化，全程服務，幫助企業做大做強。