第一節(jié) 國內(nèi)分光器產(chǎn)品 技術(shù)工藝 研發(fā)動態(tài)

成本、高可靠性是FTTH工程中對光分路器件的基本要求。光通信用光分路器從 技術(shù)工藝 上主要可以分為光纖熔融拉錐型和平面集成光波導(dǎo)型兩種。

光纖熔融拉錐技術(shù)是制作光分路器最為成熟的技術(shù)，光分路器目前主要是以全光纖型光分路器為主，其主要特點(diǎn)是：技術(shù)成熟，與光纖的連接方便，插入損耗小。但隨著功分路數(shù)的增加，如1×8以上的光功分路器體積大，效率低，成本高，而且分光均勻性較差。此外基于融熔拉錐技術(shù)的光纖光分路器通帶等特性方面有很大局限性。

PLC基于平面技術(shù)的集成光學(xué)器件。與傳統(tǒng)的分立式器件不同他采用的是半導(dǎo)體工藝制作，能夠把不同功用的光學(xué)元件集成到一塊芯片上，是實(shí)現(xiàn)光電器件集成化、規(guī)模化、小型化的基礎(chǔ)工藝技術(shù)。與熔融拉錐技術(shù)相比，平面波導(dǎo)技術(shù)具有性能穩(wěn)定、成本低廉、適于規(guī)?；a(chǎn)等顯著特點(diǎn)。所以，今后在光纖到戶系統(tǒng)中將不再使用光纖融熔拉錐光功分器件，而平面波導(dǎo)為高性能、低成本接入網(wǎng)用光器件的生產(chǎn)提供了一條有效的途徑。

1、PLC芯片技術(shù)

PLC芯片一般在六種材料上制作，它們分別是：鈮酸鋰(LiNbO3)，波導(dǎo)是通過在鈮酸鋰晶體上擴(kuò)散Ti離子形成波導(dǎo)，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為擴(kuò)散型;Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體化合物，波導(dǎo)以InP為稱底和下包層，以InGaAsP為芯層，以InP或者InP/空氣為上包層，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為掩埋脊形或者脊形; SOI(Silicon-on-Insulator, 絕緣體上硅)，波導(dǎo)是在SOI基片上制作，稱底、下包層、芯層和上包層材料分別為Si、SiO2、Si和空氣，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為脊形以及聚合物 (Polymer)、二氧化硅(SiO2)、玻璃離子交換等。

目前光纖到戶(FTTH)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已不存在問題，但能否在我國迅速發(fā)展和普及，除了政策面外，最重要的也是最為關(guān)鍵的一點(diǎn)就是降低網(wǎng)絡(luò)各環(huán)節(jié)的成本。PLC光分路器是FTTx網(wǎng)絡(luò)中的核心器件之一，低成本是其重要的技術(shù)發(fā)展目標(biāo)。從技術(shù)、成本及上述表中給出的光波導(dǎo)材料特性可以看出，二氧化硅、聚合物及玻璃是最為適合制作PLC芯片。下列簡單介紹了三種成本最低，最容易產(chǎn)業(yè)化實(shí)現(xiàn)的PLC芯片技術(shù)：

(1)聚合物(旋涂—刻蝕)
聚合物波導(dǎo)以硅片為稱底，以不同摻雜濃度的Polymer材料為芯層，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為掩埋矩形。聚合物波導(dǎo)及器件制作工藝簡單，價(jià)廉，如果是光敏更好，制作成本較低(理論值)，很有發(fā)展前景。問題存在氟化材料成本高;老化疑慮、損耗會相對略高;產(chǎn)品的穩(wěn)定性上還需考慮其影響。目前僅上海NITTA公司有此芯片作的光分路器產(chǎn)品。

(2)二氧化硅

二氧化硅波導(dǎo)以硅片為稱底，以不同摻雜的SiO2材料為芯層和包層，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為掩埋矩形。硅基二氧化硅光波技術(shù)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的新技術(shù)，國外已比較成熟。其制造工藝有火焰水解法(FHD)、化學(xué)氣相淀積法(PECVD,日本NEC公司開發(fā))、等離子CVD法(美國Lucent公司開發(fā))、多孔硅氧化法和熔膠-凝膠(Sol-gel)等。這種波導(dǎo)和損耗很小，約為0.05dB/cm以下。國外利用這種波導(dǎo)已研制出60路、132路的AWG。目前采用較多的是火焰水解法(FHD)、化學(xué)氣相沉積法(PECVD)進(jìn)行多層二氧化硅材料的生長，利用干法刻蝕技術(shù)完成波導(dǎo)刻蝕。其優(yōu)勢是具有非常好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性技術(shù)，器件集成度高，成本低。同時(shí)與光纖之間有著很好的兼容性，傳輸損耗低，工藝成熟(主要依賴于設(shè)備的進(jìn)口)，產(chǎn)品穩(wěn)定可靠，理論上還可以制作AWG等其他PLC器件。此工藝技術(shù)目前是芯片產(chǎn)品的制造主流技術(shù)，國際上比較普遍采用。問題存在設(shè)備投入高，而且維護(hù)成本高，原材料要求高(全部采用進(jìn)口材料);國內(nèi)僅有幾家科研院所及大學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備在線和武漢光迅科技二氧化硅PLC工藝線，還沒有可用于產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備。此技術(shù)及制造基本上被韓國、日本等國外廠商壟斷。

(3)玻璃基(離子交換)

玻璃波導(dǎo)是通過在玻璃材料上擴(kuò)散Ag離子形成波導(dǎo)，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為擴(kuò)散型。優(yōu)勢是工藝較簡單，設(shè)備也比較簡單，總投入不大，產(chǎn)品較穩(wěn)定可靠。玻璃光波導(dǎo)的制作工藝流程分為五步： 1) 在玻璃基片上濺射一層鋁，作為離子交換時(shí)的掩模層;2) 進(jìn)行光刻，將需要的波導(dǎo)圖形用光刻膠保護(hù)起來; 3) 采用化學(xué)腐蝕，將波導(dǎo)上部的鋁膜去掉;4) 將做好掩模的玻璃基片放入含Ag+-Na+離子的混合溶液中，在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行離子交換，Ag+離子提升折射率，得到溝道型光波導(dǎo); 5)對溝道型光波導(dǎo)施以電場，將Ag+離子驅(qū)向玻璃基片深處，得到掩埋型玻璃光波導(dǎo)。該技術(shù)的主要問題：①是否會成為未來主流技術(shù)，目前一部分專家存在疑慮②因?yàn)闆]有大規(guī)模形成商用化和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，對產(chǎn)品的實(shí)際工藝穩(wěn)定性還需驗(yàn)證。

2、PLC光纖陣列技術(shù)

PLC分光器的輸出端采用陣列光纖帶(ribbon)與PLC中每條輸出光波導(dǎo)相互耦合。光纖帶中每根光纖利用V-型槽定位，以保證全部光波導(dǎo)能與光纖帶一次自動對準(zhǔn)。V-型槽基板可由單晶硅片通過選擇性濕法刻蝕工藝造成，也可以用石英玻璃板經(jīng)精密機(jī)械加工制造。

由于光纖陣列(Fiber Array)采用V型槽制作，利用特殊的粘合工藝實(shí)現(xiàn)精確的光纖定位和高可靠性，以滿足不同的需求。熱膨脹系數(shù)匹配的封裝設(shè)計(jì)保證了光纖陣列板無應(yīng)力、高可靠性和高溫下無光纖移位。所以，高精度的V型槽和高可靠性的UV膠水是制作光纖陣列中的關(guān)鍵技術(shù)。

光纖陣列產(chǎn)品的基體材料有石英玻璃、耐熱玻璃可選，但一般采用石英玻璃板經(jīng)精密機(jī)械加工制作，從可靠性的角度來說采用石英玻璃的較好，且研磨的時(shí)候也不容易裂。端面拋光角度亦可根據(jù)客戶的要求訂制，如：90度、98度、82度等，帶纖排列的顏色和長度也可以根據(jù)客戶需要進(jìn)行定制。

由于光纖陣列屬于勞動密集型產(chǎn)品，國外許多制造商均將生產(chǎn)環(huán)節(jié)向中國轉(zhuǎn)移生產(chǎn)。

高可靠性的UV膠水是制作光纖陣列中另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。光分路器制作工藝對光纖陣列具有很高的要求，除了要求V型槽具有高精度外，還要求UV膠水應(yīng)具有耐高溫高濕和足夠的硬度等特性。

第二節(jié) 近年國內(nèi)外分光器 技術(shù)工藝 研發(fā)成果回顧

目前有兩種類型光分路器可以滿足分光的需要：一種是傳統(tǒng)光無源器件廠家利用傳統(tǒng)的拉錐耦合器工藝生產(chǎn)的熔融拉錐式光纖分路器（Fused Fiber Splitter），一種是基于光學(xué)集成技術(shù)生產(chǎn)的平面光波導(dǎo)分路器(PLC Splitter),這兩種器件各有優(yōu)點(diǎn)。

這兩種器件在性能價(jià)格方面各有優(yōu)勢，兩種工藝技術(shù)也都在不斷升級，不斷克服各自的缺點(diǎn)。拉錐式分路器正在解決一次性拉錐數(shù)量不多和均勻性不良等問題；光波導(dǎo)分路器也在降低成本方面作不懈努力，目前兩種器件在1X8以上成本已相差無幾，隨著分路通道的增加平面波導(dǎo)型分路器價(jià)格更優(yōu)。

第三節(jié) 未來分光器國內(nèi)外 技術(shù)工藝 研發(fā)趨勢 分析

目前各國都在大力推廣FTTH、FTTx的工程，國內(nèi)隨著FTTx(光纖接入網(wǎng))建設(shè)的深入開展，市場對于PLC分路器的需求明顯大，PLC光分路器可能是下一步無源器件市場需求的重點(diǎn)。除了光器件專業(yè)廠加大開發(fā)和增加產(chǎn)能力度外，一些知名度較大的光纖光纜廠家也在這方面加大了投入力度，積極開發(fā)無源器件產(chǎn)品，同時(shí)還在增添生產(chǎn)設(shè)備，并將此作為技術(shù)和產(chǎn)品儲備，以其有準(zhǔn)備、有計(jì)劃的占有市場，可見PLC光分路器在未來幾年的市場上的重要性及各大光器件企業(yè)、光纖光纜企業(yè)對此項(xiàng)目的重視程度。但是國內(nèi)尚未掌握芯片技術(shù)，只能外購芯片進(jìn)行封裝或做代工。

第四節(jié) 分光器產(chǎn)品同類替代 技術(shù)工藝 發(fā)展

光分路器又稱分光器，是光纖鏈路中最重要的無源器件之一，是具有多個(gè)輸入端和多個(gè)輸出端的光纖匯接器件，常用M×N來表示一個(gè)分路器有M個(gè)輸入端和N個(gè)輸出端。目前，分光器產(chǎn)品沒有同類替代技術(shù)。
 

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