通讯产业可分为实体的通讯硬体建设，以及提供电信(Telecom)与资讯传输服务(Datacom)的电信与资讯网路服务业者两大部分。拜Internet广受世人接受的影响，对于频宽的要求不断的向上推升，以及通讯产业开放自由竞争的影响，无论是通讯元件、设备生产商，或是电信执照的开放，都带动了通讯产业在20世纪末期大放异彩。
虽然通讯方式可再划分为有线与无线两大类，然而在彼此互联、互补的通讯网路结构中，长程、大容量传输的骨干网路，仍是以光纤通讯为主，而在网路传输容量以倍于半导体莫尔定律的成长速度，更形突显出光纤通讯对于频宽利用与扩张，有其优势的地位，颇有21世纪的当红产业明星的架势。
本文将尝试由光纤通讯产品分类作为起点，探讨现行各项光纤通讯元件的进展，继之以数值的观点，分述国际市场与台湾光纤通讯产业的变化，最后结论中提出对台湾厂商跨入光纤通讯产业观察与建议。
光纤通讯产品分类与进展
光纤通讯产业依据上、中、下游的体系，可分为上游的加工与原材料的石英材料、精密陶瓷、光学镜片(如薄膜滤镜Thin Film Filter)、以及光电半导体类的发光元件(LD、LED 、VCSEL)、检光元件等。中游的零组件涵盖了光纤、光缆、主动、被动元件，光主动元件包括光收发模组和光放大器，光被动元件包括光纤连接器、光纤耦合器、光调变器、光隔绝器、光衰减器和光滤波器。下游的系统设备业，如同步光纤网路、非同步光纤网路、光纤用户回路、有线电视光传输、光纤分散数据介面网路、高速乙太网路、光纤通道、监视与量测设备。以下则将光纤产业结构以(图一)方式作说明。
由于系统的部分掌控于国际大厂手中，而其技术变化趋势则具体而微的反映在零组件的变化，故以下针对中游光纤通讯元件部分进行分析，以厘清现阶段厂商生产要求与研发上的趋势。
光纤、光缆
光纤
光纤的种类依材料组成、传输模态与折射率分布来区分，可分类如(表一)。因为石英系光纤的特性最适于用来作大容量、长距离的讯号传输。其中又以电信传输用单模石英系光纤，占全球光纤用量几乎达到九成以上。
由于因应长途使用所开发出来掺铒光纤放大器(EDFA)的大量使用，加以DWDM的技术发展日益成熟后使用情形增多，使得传统光纤在混合多个高功率讯号传递时，容易产生Four Wave Mixing非线性效应的干扰影响更形严重，为解决此一问题，非零色散位移光纤(Non-zero Dispersion Shifted Fiber)成为各光纤厂商极力开的重点产品。此外，色散补偿光纤(DCF)可在1550nm窗口改善G.652光纤的色散问题，也是厂商重点之一。至于用于视讯传输、感测器、医疗乃至照明用的特种光纤，也有厂商进行开发。
光缆
光缆为将多条光纤加上缓冲层，缠绕于金属材质的缆心，外部再加上抗张力体、外批覆层与防水层。设计上为了配合不同的用途，乃至配合装设区域的地理环境条件，会有不同的结构。不过基本上，各种光缆之设计原则以满足以下列五点为主要考量：
* 保护光纤在安装和使用期间，不因外力影响受到破坏。
* 光缆横截面应具承受弯曲及冲击力。
* 光缆应保有原光纤的传输特性。
* 具备便于光纤连接与辨识的设计。
* 光缆应能适用于一般铜缆的施工方法。
光缆的设计没有通用的标准，所以种类非常多，甚至不同公司针对相同用途的光缆，也有不同的区分。以下针对数款常用的光缆型态，整理如(表二)。
光主动元件
光主动元件系指需要用电力进行光→电，或电→光讯号转换或放大的光纤通讯元件，主要包括光收发模组(含光源与检光器)及光放大器。
光源
通讯用的光源(Light Source)为了要能将讯号在光纤中传导，因此在传输特性上有其特殊的要求，而不同于一般性光学光源，这些条件主要有：
* 波长应在光纤低传输损失及低散射处
* 频谱较窄以降低光纤的色散效应
* 有足够的输出功率，并可耦合入光纤中
* 具线性的电光转换特性，以降低讯号失真及杂讯
* 有高响应速率
* 具长期稳定性。
这些条件也使得半导体雷射(Laser Diode, LD)及发光二极体(Light Emitting Diode, LED)成为光纤通讯中不可或缺的重要光源。就发光特性比较，LD的输出功率高、调变速度快、频谱窄、发光角度集中，但缺点是价格昂贵，因此较适合配合单模光纤用在中、长途的宽频电信传输，根据日本而LED的输出功率较低、响应速度较慢、频谱较宽、发光角度较广，且价格便宜、使用容易而耐用，因此适合多模光纤用在短程的数据传输(图二)。
目前光主动元件用的光源仍以LD为主，根据Laser Focus World的统计可发现，在以量的基础上做比较，通讯用LD不超过各类LD总用量的5%，但是在市场值方面却占六成以上，这也反映出当前光电半导体厂纷纷投入通讯用光源的发展(图三)。
当前通讯用LD的发展，又以垂直共振腔面射型雷射(vertical cavity surface emitting laser，VCSEL)较为大家所注意。 VCSEL由于具有低临界电流、单模式操作、低光束分歧及与可有效耦合单模式光纤、制程较容易且寿命较长等优点，适用于光纤通讯系统上。在者，在制程上与传统边射型相比，VCSEL的结构特性可在中段完成时先进行测试，不像边射型需要在完成后段封装后才可测试，相对于成本掌控也较为有利，而且VCSEL单体之间在制作过程中还可紧密的接合，进行封装时也较为简便。
不过VCSEL因为可调变波长的宽度仍然太窄，故不适用在长途传输网路上，也不适用于WDM的应用，目前VCSEL以短距离传输为主，未来看好在FTTH、FTTC等区域网路系统中的应用。
检光器
光收发模组除了前述光源之外，另一个重要元件则是检光器，光纤通讯系统所使用之检光器，在功能上常被要求下列条件：
* 高灵敏度
* 高频宽
* 高可靠度
* 易于制造和低成本要求
而常用的光纤通讯用检光器有PIN二极体和APD二极体二种。目前市场上以PIN为主流，原因在于成本较低，且已满足通讯应用规格要求。长波长检光器用GaAs或InGaAs等光电半导体材料，适于0.85~1.65(m波长范围之光检测。
目前虽然接收器的技术仍足以应付网路的需求，但预期在高速传输的需求越来越迫切，未来SONET/SDH的传输速率将走向每频道10Gbps甚至更高，因此许多在技术发展的Road Map上，则以整合更多的功能，并以"判读"高达20Gbps以上的资料流为目标，在其发展难度上，在于高传输速率的要求下，即使是相当小的色散因素都有可能带来相当程度的影响，因此检光器将成为发展光收发器的另一重要关键。
光放大器
讯号经过光源送入光纤，经过长距离传输后，继之而来的光信号衰减的问题，会使得光信号无法在收信模组被侦检，因此就需要在适当的距离加装中继器或光放大器，将信号放大后再继续传输。
光放大器的作用系直接将光讯号加以放大，虽然中继器具有一样的功用，但是在网路升级时，若改变了传输速率和格式，光放大器仍可使用并不需更换，而中继器则无此好处。
光放大器主要用途如下：
* 增加传输距离。
* 在FITL应用上，用来增加单点对多点的宽频传输。
* 补偿多工和解多工时所造成额外光衰减。
* 光收信器的灵敏度随传播速率增加而递减，用光放大器可增加传播速率。
至于现行光放大器的分类与特性，可整理如(表三)。其中，光纤放大器是利用掺稀土离子玻璃(石英或其他类似介质)的增益特性，在光纤中直接将信号放大，由于有极高的放大频宽，与增益效果与信号偏极化无关，加上架构简单，可弹性运用等优点，而被广为使用，且其特性也适合在WDM的传输模式来使用。
光被动元件
相对于主动元件需借助外部电能以产生作用，光被动元件是以元件本身的光学特性，对光讯号作接续、分岐、滤波、隔离或衰减等作用，此类元件包括连接器、耦合器、分波多工器、光开关、滤波器、光隔离器、及衰减器等，由于光开关、滤波器、光隔离器、及衰减器等具少量多样的特性，国际市场也以利基形厂商在生产，因此在光被动元件以介绍前三者为主。
光纤连接器
光纤连接器的作用在于连结两段独立的光纤，以便延伸光讯号的传递。因此在制作上的要求，就是如何使光讯号完全的由一段光纤接驳过另一段光纤，虽然设计上会因应产品需求有不同的规格，但最终的目的都是要将讯号连接起来，以稳定地维持光纤网路的运作。
虽然光纤连接器的作用可以在三言两语可以作个笼统的交代，不过生产要求却相当高，因为一般石英光纤的外径尺寸约(0.125mm，核心的部分则只有0.01~0.06mm，故要使光纤核心完全紧密配合，不至于产生光讯号损耗的问题，其精度要求也较一般元件为高。而主要对光纤连接器的的好坏判定，则以插入损失(Insertion Loss)与反射损失(Return Loss )两项参数为主。
光纤耦合器
耦合器(Coupler)用来将光讯号从一条光纤中分至多条光纤中的元件，故又称为分歧器(Splitter)，在网路实际铺设中应用相当广泛。
光纤耦合器一般分为双分支、树状／星状及分波多工三种，早期使用是以双分支为主，但是随着光纤用户回路及有线电视光纤化的发展，在大幅提升系统的通讯容量的情况下，树状／星状及分波多工式的光纤耦合器应用逐渐增加。
若以制作方式作区别，可分为熔接式(Fusing)、传统光学(Bulk-Optics)及波导式(Wave Guide)三种，其中熔接式光纤耦合器占有约九成的市场占有率。至于光纤偶合器的分类汇整如(表四)。
分波多工器
基于通讯容量的需求与日俱增，光纤通讯也有其一定的容量限制，为此除了利用空间(Space)的方式增加铺设线路外，继之而来则是发展出以时间(Time)为解决方式的分时多工(TDM)做法，但是在瓶颈逐渐浮现之际，以波长(Wavelength)为基础的分波多工(WDM)已经成为当前最佳的解决方案。 WDM藉由光学的特性，充份将光纤高传输容量的特性发挥。广义来说，WDM已经发展成为电信系统之一，其中，8波道以上也被称为高密度分波多工(DWDM)。分波多工器(WDM)为双向性的被动元件，在光纤通讯系统中可被用来将不同波长的光讯号组合入一条光纤中，称为多工(Multiplexing)，或是将不同波长的光讯号自光纤中分出，称为解多工(Demultiplexing)。 (图四)则为DWDM市场成长趋势。
WDM为了将多个波长讯号加以耦合(多工)或分离(解多工)时，对于特定讯号处理有其重要性，目前市场上常用三种滤波技术与提供者如下：
* 薄膜滤镜干涉器，系统供应商包括：Alcatel、Ciena、Nortel和Siemens，元件供应商则有AMP、Corning OCA、Dicon Fiberoptics、JDS-Uniphase和Kaifa。
* 阵列波导，供应商包括：Lucent、PIRI、Hitachi Cable和NTT Electronics
* 光纤光栅，制造商包括：Ciena和3M Specialty Optical Fibers、Lucent、Melles Griot、Bragg Photonics(QPS)。
在滤波器技术中，光纤光栅技术与薄膜干涉处于竞争的地位，目前薄膜干涉滤波技术最为成熟，在DWDM的应用也最为广泛。光纤光栅发展较迟，且受到温度影响与材料特性的问题，尚无法完全解决量产问题，不过由于技术应用范围广泛，预估光纤光栅的成长将最为快速。阵列波导采用矽制程，在生产条件与半导体接近下，可大幅降低成本，仍具相当的潜力。至于分波多工器用滤波元件，其特性可整理如(表五)。
市场分析
全球光纤通讯市场
世界光纤通讯市场仍以电信类为主，由于光纤通信系统具有过去铜质缆线难以达到宽频、低损耗、高效率的特点，加以3C与多媒体趋势下，未来在电视娱乐、数据传输和电信业务间的界线将渐趋于模糊，由于语音、影像和数据传输的信号将都数位化，数据传输所占频宽将超越语音传输，对于电信容量的需求将是有增无减，因此全球性大规模新通信系统的架设，莫不以光通信系统为主要考量。
而电信产业由管制走向解制(deregulation)的自由化风潮，也加速促使电信业间竞争白热化、国际化。各国电信公司不仅合纵连横，抢夺国际市场，纵使在区域市场内电信公司间为增加自已的频宽而加速铺设光纤网路，光纤通讯产业在此影响下亦快速的成长。同时由于全球光纤电脑网路的日渐普及，以及电信与有线电视互跨经营领域的趋势，高速电脑网路与有线电视网路的光纤化比率必然会持续呈现稳定而快速的成长。
由于跨洲际性与国家级光纤网路干道陆续完成，除了新兴国家尚在铺设光缆，大部份的先进国家在经过多年的建设后，主要骨干网路光纤化的目标已几乎完成，因此现今大部份工业化国家的光纤通讯建设重心已由长途光纤网路转移至光纤用户回路(FITL)的阶段。
估计2000年世界光纤通信市场规模约为461亿美元，较1999年成长20.2%，由于对通信需求仍处于成长阶段，对于各国仍在积极展开通讯建设之时，光缆将仍呈现稳定成长，而光纤网路铺设陆续完成之际，未来数年设备市场成长幅度将大幅成长，预估每年都有超过两位数字的成长，在2003年可望成长至787亿美元。至于世界光纤通讯的市场金额请参见(表六)。
我国产业及市场
国内在中华电信增加采购，及民营大哥大业者为改善其通话品质而积极铺设环台光纤网路的影响外，加以固网开放后对光纤、光纤连接器及跳接线、电信光传输设备及光通讯量测设备的需求，也带动了国内产业的发展。
估计在2000年，我国光通讯产品的总产值应可挑战90亿台币的规模，之后几年的复合年成长率估计仍有14%，未来由于新厂商的加入，以及旧厂家的扩张有助于国内光纤产值的明显成长，使得2003年时台湾光纤通讯产业的产值可将近140亿台币，国内光纤通讯产值请见(图五)。至于国内光纤通讯市场，请参照(表七)。
国内光纤通讯厂商在被动元件方面的技术着墨许久，已步入成熟的阶段，其品质与价格亦能在国际市场上竞争，所以最近两年不断有数家新成立的公司加入此一产业。且受到国际市场的带动，估计近两年台湾新成立的光通讯厂商便超过50家以上，尤其在在光被动元件领域里，还有新的公司正在酝酿，逐渐建构出台湾光纤通讯的产业结构，相关产业结构整理如(表八)所示。
结论
国外对于光纤通讯的热潮，已经逐渐延烧到国内，特别是在下半年国内景气处于低迷之际，特别是在重量级企业如鸿海的大手笔的投入，以及海外光纤通讯集团的收购，也使得多年来辛苦经营的业者得以获得扬眉吐气的机会，许多非通讯核心的集团也纷纷朝向光纤通讯转型，许多人也对光纤通讯产业抱持着乐观的信心，这对于改善国内长期以来发展较处弱势的情形，实为正面的助益。
针对国内今年的产业动态与与明年度的观察重点，可整理如(表九)。很明显的，国内光纤通厂商的最大商机来自于固网，但随着固网提供服务的日期接近，实体电信网路建设也逐渐告一段落，商机效应应该已经显现。另一个需注意的问题则是来自新进业者的投入增多，但是也反映出竞争情势加剧，无论就人力以及市场都有排挤效应产生。而国内业者看好DWDM题材，纷纷投入巨资聚焦于此，而且上游薄膜滤镜干涉仪(TFF)更是投资界的热门话题，不过随着国内外量产业者增多，各类被动元件市场价格也产生松动，值得国内业者注意。
未来在光纤通讯逐步由骨干延伸向终端用户之际，光纤区域网路所需的各项零组件，强调低成本、大量、稳定度高的需求特质，虽然整体光化网路目标在短期内仍难呈现，不过将是国内厂商发展的机会。至于在被动元件之后，国内厂商也开始投入主动元件的开发，如何解决光源供应的问题，将是发展过程中的一大关键。
不过，在乐观的同时，也必须谨慎审视光纤通讯产业发展的背景，通讯产业存在着系统业者由上而下的产业影响力，也就是藉由掌握着系统设计与规格制定的优势，主导着市场的发展，国内以元件生产为主的厂商，仍有需要积极争取与大厂的互动，而非以After martket为目标。
再者，通讯技术的发展日新月异，固守单一产品而非核心技术的厂商，在面对市场竞争时，往往采取以价格作为争取订单的主要武器，在包含大陆在内的低成本对手逐一浮现后，以及短时期内投入的业者过多，高利润的通讯元件也有可能步向成本边缘的流血竞争，也是值得国内厂商注意之处。
相關作者
相關產業類別
相關關鍵字
相關產品類別
相關網站單元