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国外光开关技术现状及其市场
(2004年3月18日11:31)
光纤通讯技术快速发展，它在把人类带入一个全新的信息化时代。在构筑信息社会的过程中，各种信息高速公路一条一条地建立起来，其中各种光网络的建立更是引人注目。在建设各种光网络时，无论是光网络结构、保护、故障后恢复，还是光传输、光交换、自动指配、交叉互联、都需要使用大量的开关控制，光通信需求迫切，光开关潜在应用市场巨大，前景喜人。本文将介绍几种新型的光开关技术及国外厂商的典型产品，同时展望一下光开关技术的发展趋势及市场。
2．最新的光开关技术
在市场上应用的各种光开关中，半导体光开关独树一帜。在半导体光开关领域中，已经有许多新技术问世。这些新技术主要包括微机电开关技术、喷墨汽泡光开关技术、声光效应光开关技术、热光效应光开关技术、液晶光开关技术、全息光开关技术、固体波导、液晶光栅开关及其它光开关技术。
2.1 微机械光开关技术(OMEMS)
微机械光开关采用微电子机械系统（MEMS）技术制作，MEMS是80年代初发展起来的一门高新技术。用该技术制作的光开关器件具有体积小、重量轻、功耗低、精度高、测量速度快、易大规模集成、低插入损耗、低偏振敏感性和高消光比、成本低及制造简便等一系列优点。是目前光网络中光开关的最佳选择器件。开发具有逻辑功能的光开关集成更是智能化光信息系统入网与交换的需要。微机电光开关由于其与光信号的格式、波长、协议、调制方式、偏振、传输方向等均无关，而且在损耗、扩展性上都要优于其他类型，与未来光网络发展所要求的透明性和可扩展等趋势相符合，有可能成为核心光交换器件中的主流技术。国内厂商有Greegn、SUNtelecom、电子34所 等。
2.2 固体波导光开关技术（Waveguide and Solid State）
固体波导光开关主要是利用波导的热光、磁光效应来改变波导性质，从而实现开关动作。目前最具代表性的是硅基热光开关、高速二氧化硅波导光开关及其阵列、密集波导光栅阵列AWG、有机聚合物波导光开关等。
2.3 液晶光开关技术（Liquid crystal）
液晶光开关是根据其偏振特性来完成交换的。它包括有源部分和无源部分。液晶光开关理论上的网络重构性比较好，被认为更适合用于较小的交换系统中，目前最大端口数为80，消光比为40~50dB。许多厂商在研发基于液晶的可调光衰减器和制作偏振模色散（PMD）补偿器。
2.4热光技术光开关（Thermal-Optics）
热光技术主要用来制作小型光开关。目前主要有数字光开关（Dos）和干涉式光开关两种热光开关。
干涉式光开关结构紧凑，对光波长敏感，需要进行温度控制。数字光开关性能稳定，只要加热到一定温度，光开关就保持同样的状态。最简单的光开关器件是1×2开关，也叫Y型分路器。数字光开关可以用硅和高分子聚合物制作。
2.5全息光开关技术(Holograms Technology)
全息光开关是通过全息反射在晶体内部生成布拉格光栅，当加电时，布拉格光栅反射到输出端口，反之，光就直接通过晶体。利用该技术就可以非常容易地组成上千端口的光交换系统。而且开关速度非常快，只需几个ns就可以把一个波长交换到另一个波长，由于没有可移动器件，可靠性比较好。
3.国外厂商主要产品
3.1 日本航空电子工业公司
该公司已研发出了4通道2×2MEMS光开关，在2001年举行的Int Opto展览会上展出。开关结构是在半导体衬底表面上预埋4枚垂直反射镜，形成一体化可动基片，由弹簧支撑，当可动片升高时，出射光在发射镜上反射2次，可动片下降时，光可以自由通过。可动片靠静电驱动，可上下移动，驱动电压为25V。公司研制的2DMEMS与30MEMS相适应，实现了大规模化生产，现做到32×32，最多可做到64×64，具有良好的光交叉功能，适合OADM市场应用。
公司制作MEMS的主要工艺有：1）在硅/二氧化硅/硅基片上部的硅上成膜；2）被覆二氧化硅；3）在下部硅基片上进行蚀刻成型并把里侧二氧化硅成膜；4）形成微反射镜，再把下部基片硅成膜；5）最后把形成的基片和准备好的下层基片接合在一起。
公司的4通道2×2MEMS光开关速度约5ms以下，插入损耗2.0dB以下，交叉连接60dB以上，PDL特性为0.2dB以下，发射衰减量50dB以上，模块封装尺寸20×11.5×3.1（mm）。开关整体为500×500×540（μ），一个信道需反射镜4枚，反射角为80μ度角。
3.2 OMM公司
OMM公司是1997年内由Alcatel、Siemens、Sycomore Networks等公司共同出资组建的。采用公司独自的MEMS技术生产光开关。
该公司已成功开发出了2DMEMS光开关。2000年1月起开始批量生产。2001年7--9月生产1000套投放市场，年底达到1000套/月生产水平。
公司的光开关产品主要有4×4、8×8、16×16、32×32光开关，其主导产品为4×4光开关。4×4光开关插入损耗为3.0dB以下，交叉连接50dB以上，开关速度12ms，波长依赖性0.5以下，温度依赖性0.5dB以下，MEMS为静电驱动，功耗为μW级，保证工作温度-5~+70摄氏度，适于Ci波段和Li波段应用。
3.3 JOS Uniphase公司
在机械光开关领域业绩卓著的JDS Uniphase公司可在2001年底已将MEMS光开关推向市场。现正调整体制，实现量产化。在日本设立了分销商，主要销售1×2、2×2光开关，应用于OADM、OXC。鉴于用户要求多信道光开关。预计销售的MEMS光开关的主要技术参数为，开关时间不到1ms，插入损耗0.5dB以下，交叉连接-70dB以下，开关封装尺寸25×11×6mm，是一种小型低功耗、PDL特性优异的光开关。关于售价，很快将降低到机械开关水平。
另外，该公司还研发电压换流器及微型光开关（MOM：Micro-opto-Mechanical），满足开关市场要求小型化产品的需求。
3．4日本富士通干印光波技术公司
该公司是2000年11月新成立的一个公司。主要采用公司独自开发的外延生长薄膜光波导技术制作光开关和光器件。
外延生长薄膜光波导技术存在以下特点：首先采用外延生长技术制成单结晶，将自行合成的金属有机溶涂覆至半导体衬底上，经大气压加热，形成阻尼膜，再经快速加热后形成单结晶薄膜，最后用此薄膜制成0.5dB/cm以下低损耗薄膜光波导。不需要大型生产设备，制作成本低。其次利用微小光学制作技术，进行固态外延生长，可在短时间内、高质量微细加工，在半导体上设计波导线路，采用高电气光学效应的PLZT薄膜，实现了低驱动电压、低功耗、小型高速光开关。
主要产品为1×2、2×2阵列开关。应用范围指向OADM、OXC，主要技术性能如下：开关速度10ns左右，功耗为数nw。与热驱动波导开关相比具有高速、低电压驱动的优点，驱动电路、波导片小型化。一个8×8开关模块长度只有4cm，宽度为微米级。
该公司还大力研发光可调衰减器(VOA)、波长可调滤波器、AWG、光放大器等。
3.5日本NTT光电子公司
NTT光电子公司在平面硅基板上设计的石英薄膜上形成光通路的PCL技术制作光波导热光学开关。可在同一块基板上形成8×8（输入和输出各8路）结构。一个256×256的光开关只需32块基板。一般采用一对一接续，即不同波长输入信号集中到一块基板上。其技术性能如下：开关速度1.5ms插入损耗12.5dB，偏振依赖性0.2dB，消光比35dB以上；反射衰减量40dB以上，功耗18W，封装尺寸（不含插拔板）367×280×20mm，由于是热光学效应开关没有可动部分，稳定性极好。
3.6Chorum Technology公司
该公司位于美国得克萨斯州，专门生产单一的液晶光开关、Polay sift灵活光开关产品。灵活光开关采用液晶偏振态的控制，达到开、关工作。同时采用对液晶施电压而改变偏振态微妙变化的方式制作动态可变衰减器和增益均衡器。已制作的光开关技术性能为：插入损耗1.6dB，PDL：0.2dB，对温度无依赖性。今后将重点研发液晶材料和制造工艺，以便生产高可靠性的液晶光开关。
3.7Trellis Photonic公司
该公司成立于1999年，主要采用全息技术制作光开关。光开关采用公司的专利技术KLNT结晶制作。已制作的全息光开关技术性能为：开关速度10nc，交叉连接40dB，透过损耗0.1dB，反射结构损耗0.5dB，无可动部分，可靠性高。目前只生产用于OADM的开关，将来将研发320波长光开关应用于OXC。
4．市场规模及发展趋势
目前全球光开关市场刚刚开始兴起，在整个光通信市场出现低谷阶段，光开关市场近十年确会有更大发展，前景诱人。
据Electronic Cast市场调查公司的调查统计报告表明，光开关和矩阵光开关市场到2005年其市场规模可达到28亿美元，到2010年将增加到161亿美元。按全球地区市场划分：北美地区为21亿7200万美元，占市场份额的78%；欧洲地区为3亿4400万美元，占市场份额的12%；包括日本在内的亚洲太平洋地区为2亿7500万美元，占市场份额的14%。到2010年以后，主导市场应由北美地区垄断，占市场份额的75%；欧洲地区占14%，含日本在内的亚洲太平洋地区占11%。
总上所述，随着光通信技术的大发展，全球互联网的普及和应用，光开关市场必将出现一个新的增长高潮。由各种光开关连接起来的全球宽带网络必将把人类带入一个全新的信息化社会。
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