对于光通讯主动组件包含哪些组件众说纷纭。在本文的定义是指组件在运作功能时，有涉及到光电或电光转换，主要包括光收发模块（光源与检光器）及光放大器。因此，文中先分别介绍目前该两大产业的现况，并个别说明未来发展。

光收发模块

由于低损失的光纤、体积小且易量产的半导体雷射等组件相继被发明及其制作技术的改良，使光通讯网络能实际铺设于网络上。即便是先进国家的光纤网络已铺设完善，但在公众网络中仍必须要接上传统电话双绞铜线或有线电视的同轴电缆线（尤其是在接取网络的部份），而在局域网络必须要转换为计算机所能处理的电讯号。

另一方面，由于光纤网络中仅藉光讯号处理网络中路由或交换还没有真正到达成熟阶段。而光通讯网络中监测系统最后也必须要转为电讯号才可供系统判读。因此，目前仍有许多地方必须仰赖电转光、光转电的组件，以供讯号在光及电的形式间做转换。而做此转换功能的组件即为「光收发模块」。

光收发模块主要包括光源、检光器。所以，其运用光源、检光器、电子组件及模块构装的技术。

光源（Light Source）

通讯用光源是用于将要发射的电讯号转换成光讯号，目前能够满足主要有半导体雷射（LD，Laser Diode）及发光二极管（LED，Light Emitting Diode）两大类。

LD与LED

一般而言，LD的输出功率高、调变速度快、频谱窄、发光角度集中，但价格昂贵，适合配合单模光纤用在中、长途的宽带电信传输，而LED的输出功率较低、响应速度较慢、频谱较宽、发光角度较广，但价格便宜、使用容易且耐用，适合配合渐变型多模光纤，用在短程的数据传输。

目前应用于光纤通讯的LD，主要有FP（Fabry-Perot）LD、分布回馈式单频 （DFB，Distributed FeedBack）LD、布拉格反射式（DBR，Distributed Bragg Reflection）LD及垂直共振腔面射型雷射（VCSEL，Vertical Cavity Surface Emitting Laser）。而适于用来做于光纤通讯的LED结构有面射型（Surface Emitting LED）及边射型（Edge-Emitting LED）两种。

检光器（Detector）

检光器是用于将接收的光讯号转换成电讯号，用于光纤通讯用检光器主要有PIN二极管和崩溃（APD，Avalanche PhotoDide）二极管二种。

收发模块构装（Package）技术

无论是光源或检光器的晶粒（Chip），都必须再经固定位置及打线（Wire Bonding）（除Flip-Chip封装外），再作精密光学对准、电路组装及外壳封装等步骤后才可使用。

构装技术的重点在确保光源的光能有效率的耦合进入光纤，或光纤的传送光能有效的进入检光器。且在传输模块会有自动温度及光功率的控制功能组件（如TE Cooler），而在接收模块则会有电子式的前置及后置放大器。此外，还有调变/解调变、加/译码等功能IC电路，因此，若工作频率在高频时需注意电磁波干扰（EMI）及散热等问题。

比较成熟的封装方式流程，如(图一)，为先将LD、LED（或PD）先作TO-CAN封装；再将TO-CAN与承接光纤连接器（Connector）的承接座（Receptacle）或光纤引线（Pigtail）组立成光次模块（OSA，Optical Sub-Assembly）；再将OSA（承接座式）焊接于电路板（ESA，Electric Sub-Assembly），其上有驱动IC等必要的电子组件，加上做EMI遮蔽（Shield）用的金属封盖，最后盖上外壳就完成了整个模块封装过程。当然，限于篇幅仅显示众多种类的模块之一类。

《图一 TO-CAN封装的流程》

＜数据源：PIDA整理＞

各领域封装

就通讯用LD的TO-CAN封装而言，标准是有4根pin脚，但在传输速率超过10GHz以上就不适合了，而由于在其他领域（如：CD-ROM读写头）运用已久，因此封装技术上算是成熟。在高速传输时，尤其是超过10GHz（包含10GHz），就要应用蝴蝶式（Butterfly）封装，通常其模块都会含有TE Cooler等控温组件。还有双排pin脚排列的DIL（Dual In-Line），以及仅需8根 pin脚的Min DIL。

国内厂商目前仍以TO-CAN封装的产品为主，在未来朝向10 GHz的产品发展时，相信目前已有厂商已在蝴蝶式（Butterfly）封装上作了许多研发的努力。

封装瓶颈

而在整个模块封装制作上，最难的是光源与光纤的对准及固定。以对准而言，若有1至2微米的偏移，则光源与光纤的耦合（Couple）效率损失将超过50%，尤其对单模光纤的对准要求更为严苛，所以如何对准而将耦合损失降至最低是一大挑战，因而，就成本上分析，封装占整体模块成本的六至九成，而就封装制程中，对准又占有九成的成本。

至于光源的固定而言，其要求为光源与光纤的耦合效率在长时间有不随环境变化而超过标准的可靠度，以常用于固定LD的黏胶、软焊，以及雷射焊接的三种固定方式作比较，由于雷射焊接（Laser Welding）具有较高可靠度及较适合量产自动化的特性。因此在做自动化构装机台大都应用雷射焊接，不过对于影响生产良率的焊后位移（Post-Weld Shiftt）及因待焊物材料膨胀系数、熔点不同，以及内含杂质过高等影响整体构装可靠度的缺陷（Defect）问题都是影响产品质量的主因。如(图二)。

《图二 蝴蝶式封装中光纤与LD间的对准》

＜数据源：Newport＞

光纤加速市场成长

随着客户端光纤化比率的提高，开拓了光收发模块的新市场。都会/接取网络及光纤局域网络成为光主动组件市场成长之动力。其中尤以应用于都会网络10G传输速度的产品成长速度最快。全球市场金额在2000年将近64亿美元，较前一年大幅成长40％，在今年受整体网络成长衰退，预计是呈持平表现，在经一段时间的库存消耗后，2002年至2004年应有年平均成长20％的成长趋势。如(图三)。

《图三 全球光收发模块市场》

＜数据源：Electronic / IGI 2001 / PIDA整理＞

国内厂商于近年才投入光收发模块研发及生产，且面临进入障碍高的技术挑战。而几乎所有的关键组件，如通讯用LD、EDFA中的Pump Laser模块等，必须仰赖进口，再行组装。大多数使用FP LD作为光源，近年来亦有厂商使用适合在DWDM系统中应用的DFB LD及成本较低的VCSEL。

国内生产光收发模块相关组件及模块厂商，多以下游模块封装为主。包含:光环、嘉信、前鼎、台达电、得讯光电、冠德、鸿亚、联亚、鸿海、全新、国联、捷耀等。

当然，其中亦有若干厂商是以上游磊晶制程、晶粒制程，中游TO CAN封装、光次组件（OSA）组装为主，或上下游兼有制作。区域光纤网络的预期成长，带来厂商对面射型雷射（VCSEL）及小型化（SFF）光收发模块的兴趣。2001年，预估国内会有厂商自制的面射型雷射磊晶芯片试产品出现。而在SFF的光收发模块产业，已有厂商加入相关联盟，或接获国际大厂代工订单，且已有产品出货（如LC或VF-45型的SFF）。

由于光收发模块逐渐步入成熟阶段，价格快速滑落，国外大厂生产意愿降低。因此，是国内厂商的机会。尤其，接近客户端的产品，性能要求较低适合国内发展。未来，产品将由目前的155M朝向2.5G及10G为主。封装方式，亦希望由TO-CAN转为适合Laser Array封装且更可靠及省成本的Flip-Chip方式。

而在面临成本下降的压力，适度的简化组件数目，已降低构装的风险及成本亦是趋势。以(图四)为例，利用精密的塑料模具射出一兼具承接、透镜，以及反射镜面功能的承接座。此外，亦有结合波长多任务器（WDM）以直接连接光纤，在单一光纤中传输多条单向或双向的传输。

《图四 具三合一功能承接座的模块剖面图》

除了降低光学组件的数目外，将III-V族的各类的发光及检光组件与硅为主要材料的电子功能组件结合在同一基材的光电集成电路（Opto-Electronic Integrated Circuit；OEIC），过去主要由于两类材料的晶格常数不同，导致结合时会造成晶格移位及材料破损等问题而无法突破其技术障碍。

砷化镓的研发

但在今年9月份，摩托罗拉（Motorola）公司宣称其实验室已成功地在硅晶圆基材上长出一层钛酸锶（STO）的结晶材料以解决前述问题，如(图五)。目前该实验室已可在12吋硅晶圆上开发出砷化镓（GaAs）的功率放大器（Power Amplifier），并已可将其实际用于移动电话中。

《图五 钛酸锶的结晶材料以解决晶格常数匹配问题》

＜数据源：Motorola＞

磷化铟的研发

该实验室正在开发在硅晶圆上开发出磷化铟（InP），即「InP on Silicon」，如果技术达成熟阶段，则在需要光电或电光转换及讯号处理的光主动组件产业势必将产生一大革命。

以光收发模块而言，LD、PIN、Driver IC，以及TIA等分离式的光电组件就可在一片硅晶圆上作出，量产性更好，且硅基材的散热能力也较GaAs的好，节省成本上的投资，亦降低了组件的尺寸，以及提高组装的量率。而就目前已生产传统「纯」硅晶圆为主的国内IC制造厂而言，如：联电、台积电、华邦电等，也不啻为新的市场机会。

虽然2000年的光收发模块国内产值仅占全球市场的千分之一，正代表在未来仍有很大的成长空间，但须避免只发展低阶产品，尤其目前产品虽仍有不错的利润，但价格持续在下跌。因此，如何在降低成本情况下，又要提高生产良率，并投入下一代产品的研发成为目前厂商面临的挑战。

光放大器

光放大器是在不经光电转换的状况下，直接将光讯号加以放大，其优点在于网络升级以增加传输速率和不同传输格式时不必像中继器一样需要更换。光放大器主要分成三大类：

光纤放大器（Optical Fiber Amplifier；OFA）

OFA是在光纤掺杂稀土族元素，其特性包括低非线性系数，低衰减耦合系数，与光信号的极性无关和有非常宽的透明频带。其中，掺铒光纤放大器（EDFA，Erbium-Doped Fiber Amplifier）由掺铒光纤、分波多任务器、泵激雷射（Pump Laser）模块、光隔离器及光耦合器组成，如(图六)。其技术已成熟，是目前运用最广的光放大器。

《图六 EDFA功能图标》

半导体光放大器（Semiconductor Optical Amplifier；SOA）

结构类似于前文所提的FP-LD，只是其结构端面非全反射面，依据端面反射率与操作条件可分为：FP放大器（FPA）、注入式锁模放大器（JLA），以及行波放大器（TWA）。SOA的好处在于易和其他光组件和光波导整合，而且消耗较低电力，因此较为经济。

拉曼放大器（Raman Amplifier；RA）

Raman光放大器是利用泵激光源和光纤原子间的非线性交互作用所产生的Stoke line达到放大功能。而其特色在不需要如光纤放大器中需要一段特殊的掺铒光纤，而其放大的媒介即是做为传输讯号的一般光纤本身。所以是属于分布式放大，因而可减低非线性效应（如：四波混频），因此在DWDM系统中可允许较密的波长间隔。

另一方面，因可藉由改变不同波长的泵激光源的组合（不同波长的多任务，或同一波长，但不同偏振方向的结合），可达到在任意波段进行光讯号放大，所以，对于朝向更多波段传输的光通讯网络而言，极具吸引力。

光纤放大器由于能同时使多波长讯号无须作光电光转换即可放大，可以说EDFA是使DWDM系统得以实现的关键因素。随着DWDM网络系统的快速成长，刺激其市场成长快速。除了长距离传输中为补偿光波在传输中所损耗的能量，亦应用于需做分光的网络系统中，以避免分光后线路中的讯号能量过低，所以当光纤网络系统向客户端发展，大量的运用分歧器（Spilter）时就需使用光放大器（如运用于接取网络的PON系统）。在2000年达44亿美元，同样受到大环境影响，在2001年预估会是停滞状态，其后会以每年平均21％的成长率，而达到2004年的80亿美元规模。

光纤拉曼放大器由于具有较宽的工作波长范围及较低的噪声影响。近几年来备受关注，目前在长途网络传输上是与EDFA搭配使用，未来可望在长途骨干网络中取代EDFA，但由于其是以分布式放大。所以可预估，未来在都会/接取网络应仍是以EDFA为主。另外，需使用超过1瓦（W）以上输出功率的泵激光源亦是其缺点之一。

至于SOA，目前有S/N比低和输出功率不高等缺点，因此它的性能有待提高。CIBC World Market预测，SOA市场可望于2001年开始起飞，预计2004年达到2亿美元的规模。如(图七)。

《图七 全球光纤放大器市场》

＜数据源：ElectroniCast / IGI 2001 / PIDA整理＞

除上述三类主要的光放大器种类外，今年OFC展中亦出现有厂商展出，强调适用于都会型网络，利用平面光波导原理，类似将EDFA一些功能组件集积在一片基材上。至于国内厂商对光放大器的发展是以EDFA为主，东盈光电、新怡力，以及隆盘皆有产品出货，是以用于有线电视（CATV）及电信系统使用之EDFA为主，使用于DWDM系统的产品占较低比率。

未来DWDM系统的比例应会增加，并朝向多波段（band）、动态增益控制及保持增益平坦的质量需求作提升，亦有厂商宣称已有L-band及C＋L-band 的EDFA模块产品正式出货。

至于EDFA的材料及人工成本如(图八)所示，在EDFA次系统中，光侦测器、光被动组件（包含：光隔离器、980/1550WDM、1480/1550WDM）均有许多国内的被动组件厂商可提供；掺铒光纤则有卓越一家已出货；电子组件有相关电子组件及系统厂商可提供。目前只剩下需要高功率输出及波长稳定需求的泵激雷射是国内缺乏可自行生产的组件，此亦是提供LD及模块厂商所要努力的方向。

《图八 EDFA成本分析》

＜数据源：IGI 2001 / PIDA整理＞

结语

相较于光通讯被动组件而言，主动组件对于整个光通讯网络的运作更具关键地位。就产品的技术门坎而言，也较高，且亦需搭配电子组件的设计。就因其进入障碍高，因此虽受到此波全球不景气影响，但由于供需失调的情况较光被动组件好，库存压力也较减缓。

面对未来，网络服务业者在整个网络带宽瓶颈的都会及接取网络将积极布建光纤网络的市场需求潜力下，亦是国内厂商一展身手的机会。不论是光传接模块或光放大器，其基本组件都将包含各式的光被动组件，而都会或接取网络应用市场对组件成本成本下降的基本要求将进一步把组件整合，或甚至运用平面波导技术将所有组件作在同一基材上，利用半导体制程以达到今日IC制造的量产规模。或许到那天再区分是光通讯主动组件抑或是被动组件就真的没有意义了。