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1、面向下一代光通信网络的可调激光器产业化工程可行性报告武汉奥新科技2011年1月23日目 录 面向下一代光通信网络的可调激光器产业化工程可行性报告一、工程名称面向下一代光通信网络的可调激光器产业化工程二、申报单位根本情况武汉奥新科技成立于2005年,是专业的精密光学电子制造商，主要从事光通信器件、模块、子系统的研发、生产、销售和技术效劳，在武汉中国“光谷拥有占地100亩的产业园基地，近万平方米标准化的厂房。奥新科技在武汉中国光谷和美国硅谷设立有公司，在中国和美国建立了具有世界同行业先进水平的研究开发机构。奥新科技本着“质量是生命，效劳是灵魂的经营理念，“精益求精，滴水不漏的质量方针，严格执行IS
2、O9001管理标准并通过ISO9001:2021质量管理体系认证、ISO14001环境管理体系认证，公司产品符合Telcordia GR-326-CORE 、Telcordia GR-468-CORE标准和RoHS指令要求，能满足客户各种批量、各种规格的生产需求。奥新科技向通信设备系统集成商提供纵向一体化效劳，便于客户综合利用我们的各种无源和有源产品装配子系统，节约本钱，提供增值配套效劳。与此同时，公司提供联合开发制造JDM效劳，为客户提供设计解决方案和制造新产品的联合平台，确保客户的技术人员与我司的技术团队的紧密合作，共同为关键技术的研发、工艺设计、样品测试等效劳。奥新科技的核心产品包括可调
3、激光器、高速10Gb/s 40Gb/S可调收发器和转发器、掺铒光纤放大器、多信道波分复用/密集波分复用模块、耦合器模块、可变衰减器、PLC平面光波导分路器、微型光学器件和线缆器件、模块和子系统等。在可调激光器的技术、设计、封装、以及满足市场需求和降低本钱方面，奥新科技有其独特的优势，在制造和生产工艺方面的能力是公司成功的关键因素。公司方案投资8000万人民币，建成约8000平米的世界级一流无尘车间，建立可调激光器和收发器的制造封装和测试设备，初期建成1-2条生产线，实现年生产能力约100，000套产品，年产值可到达8亿元。在两到三年时间内，成为世界级一流可调式激光器生产厂商，并实现超过20%的
4、全球光通讯及光传感市场的占有率，为我国通信产业的开展带来显著的经济效益和巨大的社会效益。奥新科技创始人顾共恩博士是中央“千人方案以及东湖新技术开发区“3551人才方案引进的高科技创业人才。1982年毕业于南京理工大学，获得物理学学士学位，1984年赴美国留学创业并获得美国南卡理工学院物理学硕士，及美国康乃狄克州立大学光电子学硕士学位及博士资格。1990年至1993年期间，顾共恩先生在知名跨国公司夏普能激光公司Sharplan Laser、相干激光公司Coherent Laser、贺利氏光学公司Heraeus担任高级研发工程师、研发总监以及工程技术总监等高级职务。顾共恩博士是一位集先进高科技、研
5、发工程技术、市场与经营管理为一身的高级人才，在激光与光电子行业内有近30年的世界级先进技术的工程研发及应用、市场开拓与经营管理的卓越成就，在国际顶级期刊发表过十多篇专业论文，获得近20项美国专利，在美国硅谷与武汉光谷成功地创立过七家光电子与激光公司，在行业内有较高的知名度和影响力，有着非常高的信誉度，使国际知名的公司如Cisco思科、Motorola摩托罗拉等成为奥新科技紧密的合作客户。短短几年时间，奥新科技从零开始，业绩持续快速增长，开展到销售规模1.5亿，并获得预期的利润，公司正朝着快速、健康、规模化的方向开展。三、工程技术根底3.1 技术与产品可调谐激光器主要有以下几种类型：分布反响式D
6、FB、分布布拉格反射镜DBR、外谐振腔激光器ECL和垂直谐振腔面发射激光器VCSEL等，这些激光器都可以实现波长可调。分布反响式可调激光器DFB：激光器阵列是通过在单个芯片上集成假设干个DFB激光器，来到达对波长有较宽的调整范围。每一个激光器的波长设计成能连续覆盖整个调谐范围，因此任何时候都只有一个激光器在工作。不管哪一个激光器在工作，光信号必须传到芯片上的共同的输出端。图：富士通DFB 激光器阵列 该图所示是一个典型的器件，它有八个并排的激光器、一个合路器和一个用来补偿合路器光损耗的放大器。还可以用不同的方法将阵列中的每个激光器的输出合到一起。比方Santur公司用一个MEMS镜从不同输出中
7、进行选择，它声称这种方式具有较低的光损耗，器件无需额外的光放大。可调谐DFB激光器通过改变激光二极管谐振腔的温度来调节波长。这类激光器最大的优点是他们的性能与固定波长激光器相似，具有输出功率高，波长稳定性好，工作简单的特点，本钱低，技术成熟。但它也有缺点，由于它基于温度控制，所以调谐速度慢，调节范围也有限。另外，因为激光器芯片相当复杂，成品率也是个问题。分布布拉格反射式可调激光器DBR：与DFB不同，在可调谐DBR激光器中，波长是通过将鼓励电流导向谐振腔的不同部位来改变的。这类激光器至少有四个局部：通常有两个布拉格光栅、一个增益模块和一个对波长作细调的位相模块。对于这种类型的激光器，每一端都会
8、有很多布拉格光栅。换句话说，一段特定节距的光栅后，有一段间隔，然后有一段不同节距的光栅，再又是一段间隔，以此类推。这会产生一种梳状的反射光谱。在激光器两端的布拉格光栅组产生不同的梳状的反射谱，当光在它们之间来回反射时，两个不同的反射谱的叠加，结果是得到了一个较宽的波长范围。这种技术所使用的鼓励电路相当复杂，但其调节速度非常快。DBR的变种有Agility通讯公司研发的取样光栅DBR激光器和由ADC通讯公司拥有专利的光栅同向耦合与抽样反射技术GCSR激光器等，它们都拥有相当宽的波长调节范围。图：Agility的SG-DBR激光器横截面外谐振腔激光器ECL：ECL那么使用了外部波长选择元件，比方光
9、栅或旋转镜来对波长进行调节。这种技术可以得到很宽的调节范围，同时在比拟窄的光谱宽度上得到很高的输出功率。但是，由于要参加外部移动部件，所以其制造比拟复杂，调节速度也比拟慢，这是它的主要缺点。用于测试和测量的可调激光器是外腔式激光器，它有一块增益芯片和别离的光栅或反射镜形成的谐振腔所组成。用在DWDM系统中，这种激光器体积太大，但有些厂商已利用MEMS技术来缩小这类激光器的设计尺寸。根据不同的设计，腔的实际结构也不同。有些是转动光栅，就像测量用激光器一样，有些那么用一个类似气囊加速度计的装置来前后移动镜子。大多数外腔式激光器使用MEMS技术，换句话说，它们有运动部件，这对用户会有一个潜在的可靠性
10、问题。但另一方面，这种类型的激光器能够提供很高的输出功率，输出功率至少20mW，有些可到达 40mW。基于的外腔激光器，具有低噪音和精确调谐特性，波长覆盖整个C波段。该产品的亮点在于采用微型18-pin TEC制冷型封装，高达500 Hz的调谐速度，跳模自由扫描，波长从1515nm一直调谐到1565nm，线宽小于2 MHz，优异的相位噪音性能等。下列图所示为外腔式激光器设计的一个例子，调谐是通过转动反射镜将光投向衍射光栅的不同部位来实现的， MEMS技术制造的微小驱动装置用来转动镜子。图：Internal Workings of ECL Laser外腔激光器的内部工作方式垂直谐振腔面发射激光器
11、VCSEL：VCSEL技术由一个半导体激光器加上一个可以外表发光的垂直激光增益谐振腔构成。在谐振腔的一端有一个会移动的反射器，能够改变谐振腔的长度，从而能改变激光波长。VCSEL的主要优点在于它可以输出纯洁、连续的光束，并可简单有效地耦合进光纤中。而且，由于其性能可以在圆片上进行测定，其本钱也较低。VCSEL的主要缺乏之处是输出功率低，调节速度也不够快，并且还有一个外加的移动反射器。如果再加一个光泵以提升其输出功率，又会提高整体复杂性，增加激光器的功耗和本钱。分布反响式DFB、分布式布拉格反射器DBR、外腔激光器ECL和垂直腔体外表发射激光器VCSEL等均针对DWDM应用，根据其自身优缺点均开
12、发出不同的设计方案，不同的可调激光器的应用有不同的需求。例如，目前可调激光器最大的市场是为固定波长光源提供备件。这些备件要求具有宽可调范围，但对交换速度要求不是很严格。相反，转换速度对于某些正在开发的市场是个关键指标，例如动态波长设备和路由。不管可调激光器有何特殊结构，它们都包含三个根本要素：具有有源增益区和谐振腔的源二极管；一个用来改变和选择波长的调节机构；稳定波长输出的工具。除了VCSEL，源二极管通常为Fabry Perot (FP)型的变体；调节机构可以是温控、电流控制或机械控制的，包括微机电系统(MEMS)。而输出波长稳定性那么是通过采用某种波长锁定器或在反响控制回路中使用标准具来实
13、现的。3.2 产品技术创新性第一代可调激光器采用DFB技术，由于它的调谐速度慢，组装太复杂，器件尺寸大，对现在的需求已不太适合。第二代可调谐激光器设计中的最先进的技术，它没有可移动部件，调谐速度高，尺寸小且生产本钱低。奥新科技具有知识产权的先进的可调激光器芯片采用MGYL结构设计，性能更好，且易于生产。奥新科技是采用DBR技术制造激光器芯片的领先的公司，在技术和生产本钱控制方面最有优势。这突出表现在以下几个方面： 低功耗 高效率 前反射器不会因调谐产生吸收损失 前反射器很短，因此损耗低 调节和控制速度快 完全电气控制 调谐只需调节3个控制电流，而不是10个控制电流。 低本钱 标准的DBR激光器
14、/DFB-EA激光器制造工艺 标准封装过程 体积最小 单片集成 可靠性好 无活动部件 采用经过验证的DFB-EA生产工艺处在激光器谐振腔一边的两个反射器具有多个反射峰，MGYL激光器工作时，注入电流对它们进行调谐。两路反射光经1*2合路器/分路器叠加在一起。优化前端的反射率，使激光器在整个调谐范围内获得高功率输出。上图是一个奥新科技的集成了MGYL和MZ调节器的芯片图网络技术日新月异，而功能更强大、使用更灵活、本钱更低廉的解决方案变得至关重要。产品基于InP MZ调制器技术，实现小型化和全波段的可调，高度集成的可调激光器，它耗电更少、所占用网络设备的空间更小。3.3 技术产品在光通信领域的应用
15、可调谐激光器是一项革命性的技术，成为光网络产业的宠儿。这种波长可调的器件拥有极大的潜力，足以解决目前系统设计商们面临的众多问题，并能极大提升光网络效率。对系统制造商而言，可调谐激光器可以简化生产后勤以及仓储管理，同时还能使各种创新和灵活的设计成为可能。这种下一代网络将是动态、可重新配置的，它将使网络运行的效率更高，同时管理更简单。它还能为效劳提供商们提供新的赢利工程，而部署和维护费用却显著下降。可调谐激光器的网络应用可以分成两大局部：静态应用和动态应用。 在静态应用中，可调谐激光器的波长在使用过程中设定，并不随时间而变化。最常见的静态应用是用作源激光器的代替品，即用在密集波分复用DWDM传输系统中，让一个可调谐激光器充当多个固定波长激光器和柔性源激光器的后备。静态应用中，对可调谐激光器的主要要求是价格、输出功率以及光谱特性，也就是说线宽和稳定性要和它替代的定波长激光器相当。波长可调范围越大，性价比也就越好，而不需要多快的调节速度。配有精密可调谐激光器的DWDM系统应用越来越多。 在动态应用中，要求可调谐激光器的波长能在工作中有规律地变化，以增强光网络的灵活性。这种应用一般都要求能提供动态的波长，以便将
