光电子器件有哪些？发展趋势及规模分析

2021-06-08 16:30:14 作者：X-iao 3388

1、光电子器件有哪些

光电子器件主要分为光有源器件和光无源器件，其中光有源器件又分为光检测器和光放大器;而光无源器件主要分为光纤活动连接器、固定连接器、光衰减器、无源光耦合器、光隔离器和光开关等。其具体介绍如下：

光有源器件

(1)光检测器

光检测器包括：PN光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD)。目前的光检测器基本能满足了光纤传输的要求，在实际的光接收机中，光纤传来的信号及其微弱，有时只有1mW左右。为了得到较大的信号电流，人们希望灵敏度尽可能的高。光电检测器工作时，电信号完全不延迟是不可能的，但是必须限制在一个范围之内，否则光电检测器将不能工作。随着光纤通信系统的传输速率不断提高，超高速的传输对光电检测器的响应速度的要求越来越高，对其制造技术提出了更高的要求。由于光电检测器是在极其微弱的信号条件下工作的，而且它又处于光接收机的最前端，如果在光电变换过程中引入的噪声过大，则会使信噪比降低，影响重现原来的信号。因此，光电检测器的噪声要求很小。

光电子器件

(2)光放大器

光放大器的出现使得我们可以省去传统的长途光纤传输系统中不可缺少的光-电-光的转换过程，使得电路变得比较简单，可靠性也变高。早在1960年激光器发明不久，人们就开始了对光放大器的研究，但是真正开始实用化的研究是在1980年以后。随着半导体激光器特性的改善，首先出现了法布里-泊罗型半导体激光放大器，接着开始了对行波式半导体激光放大器的研究。另一方面，随着光纤技术的发展，出现了光纤拉曼放大器。80年代后期，掺稀土元素的光纤放大器脱颖而出，并很快达到实用水平，应用于越洋的长途光通信系统中。

目前能用于光纤通信的光放大器主要是半导体激光放大器和掺稀土金属光纤放大器，特别是掺饵光纤放大器(EDFA)倍受青睐。当前光纤通信系统工作在两个低损耗窗口：1.55mm波段和1.31mm波段。选择不同的掺杂元素，可使放大器工作在不同窗口。非线性的研制始于80年代，并在90年代初取得重大突破。光纤拉曼放大器是利用光纤的非线性光学效应——受激拉曼散射效应产生的增益机理而对光信号进行放大的。其优点是传输线路与放大线路同为光纤，因此，放大器与线路的耦合损耗小，噪声较低，增益稳定性较好。但由于这种光放大器需要很大的泵浦功率(数百毫瓦)和很长的光纤(数公里)。除此之外，光纤拉曼放大器的特性对光纤的偏振状态十分敏感。因此，光纤拉曼放大器目前还不能用于光纤通信。

光无源器件

(1)光纤活动连接器

光纤(缆)活动连接器是实现光纤之间活动连接的光无源器件，它还具有将光纤与其他无源器件、光纤与有源器件、光纤与系统和仪表进行活动连接的功能。在进一步提高光纤活动连接器性能的基础上，使其向小型化、集成化方向发展。光纤活动连接器的集成化，不但增加了连接器的功能，而且更重要的是体高其它器件的密集度和可靠性，给使用者带来极大方便。

(2)固定连接器

固定连接器又称固定接头或接线子，它能够把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间的永久性连接。固定接头的制作方法按其工作原理有熔接法、V形槽法、毛细管法、套管法等。光纤熔接机正朝着两个方向发展：一是向全自动、多功能方向发展;二是向小型化、简易化方向发展。目前普遍使用的全自动光纤熔接机设备笨重，价格昂贵。今后这一机型会朝着提高精度、降低成本、尤其是增加连接芯数的方向发展。于此同时，随着光纤应用领域的扩大及用户不同的需要，对光纤熔接技术的要求也逐渐趋于多样化。因此，研制小型和超小型熔接机就成为第二个发展方向。同时致力于多芯光纤熔接机和保偏光纤熔接机的研究生产。

(3)光衰减器

光衰减器是光通信中发展最早的无源器件之一，目前已形成了固定式、步进可调式、连续可调式及智能型光衰减器四种系列。目前，光衰减器的市场越来越大。由于固定光衰减器具有价格低廉、性能稳定、使用简便等优点，所以市场需求比可变光衰减器大一些。而可变光衰减器由于其灵活性，市场需求仍稳步增长。国外的光衰减器性能已达到高性能要求，目前国外的一些光学器件公司正在不断开发各种新型光衰减器，以求获得性能更高、体积更小、价格更适宜的实用化产品。

(4)无源光耦合器

光耦合器的研制、开发及应用已经历了近四十年，目前基本形成了以熔融拉锥型器件为主、波导器件逐渐发展的局面。随着光纤通信、光纤传感技术、光纤CATV、局域网、光纤用户网以及用户接入网等的迅速发展，对光耦合器的需求会进一步增大。

(5)光隔离器

隔离器是一种光单向传输的非互易器件，它对正向传输光具有较低的插入损耗，而对反向传输光有很大的衰减作用。目前，光隔离器已经产生了一系列的器件，如阵列光隔离器、小型化光隔离器，还有一些隔离器与WDM、Tap、GFF等滤波器混合的器件，这些器件都已研制成功，并批量生产。到目前为止，自由空间型、偏振相关型隔离器应用较多，主要用于有源器件的封装。

(6)光开关

随着密集波分复用系统和全光通信网的使用，各结点上的信号交换直接在光域中完成，这就需要光开关。由于这些结点上进行交换的光纤和波长数量很多，所以这种光开关应当是大端口数的矩阵开关。因此，光开关的矩阵化和小型化是光开关发展的一个重要趋势。

2、光电子器件发展趋势及规模分析

(1)通信系统设备商与业内

主要的光电子元器件商将会更进一步地密切合作;光电子元器件处于光通信产业的上游，光电子元器件的先进性、可靠性和经济性会直接影响到系统设备乃至整个网络系统的技术水平和市场竞争力，因此系统设备厂商对光电子元器件的性能要求较高。目前，系统设备厂商为了提高系统设备的竞争力都加强了与光电子元器件厂商的合作，并积极支持元器件厂商的研发与生产。整体而言，拥有核心技术、规模生产能力和精良生产工艺的光电子元器件厂商在产业链的利益分配中会处于相对有利地位。

(2)智能化、小型化和集成化

在系统传输容量方面，新一代光电子器件的研究开发将更注重降低单位带宽的传输成本，而不再一味追求单纤传输速率的突破。智能化光电子器件是光网络设备降低运行维护费用、提高使用效率的关键。除此之外，光电子器件在光传输设备中的应用比例越来越大，对光电子元器件提出了更高的小型化要求。光电子元器件的小型化要求进一步促进了集成技术的发展，微机电系统(MEMS)是小型化和集成化的主要技术途径之一。

据数据统计和预测，2015年全球光电子器件市场规模约为77.7亿美元未来五年将保持9%的年均复合增长率，预计 2020年全球光电子器件的市场规模达到123亿美元。为了支撑两位数增长的网络流量及云服务所需的基础设施，数据通信板块将是增速最快的细分市场，未来五年其CAGR 将达16%，到2019年该板块市场规模将达42亿美元。

2014-2020年全球光电子器件市场规模