01/11/2005, 鄭光輝，米全林，劉翠青，張小濤，時偉，李傳文
摘要：本文簡要分析了FTTH接入技術(shù)中的幾種主要方案，詳細地討論了FTTH中應(yīng)用的核心光器件－Triplexer的技術(shù)和成本難點。然后介紹了光迅公司開發(fā)Triplexer器件的情況并給出了光迅公司開發(fā)的Triplexer的主要技術(shù)指標(biāo)。

前言
    伴隨著接入網(wǎng)的發(fā)展，F(xiàn)TTH（光纖到戶）的概念不斷深化，技術(shù)方案越來越豐富，并且逐漸走向?qū)嵱没��?
    FTTH，主要是采用光纖作為物理媒介實現(xiàn)用戶和運營商連接的一種技術(shù)方式。從技術(shù)和成本角度考慮，F(xiàn)TTH采用何種方案與用戶的地理分布有關(guān)，通常FTTH可采用兩類網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一是無源光網(wǎng)PON結(jié)構(gòu)，二是點對點P2P結(jié)構(gòu)。EPON是一種基于無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）的以太網(wǎng)傳送技術(shù)，它采用在一根光纖上以波分復(fù)用（WDM）技術(shù)實現(xiàn)點對多點雙向通信，具有格式透明、價格便宜等特點，順應(yīng)了NGN（下一代網(wǎng)絡(luò)）IP化的發(fā)展趨勢。在IEEE802.3ah標(biāo)準(zhǔn)頒布后，已經(jīng)有多家生產(chǎn)廠商推出了相應(yīng)產(chǎn)品。P2P是一種點對點光纖連接的以太網(wǎng)傳送技術(shù)。它也采用波分（WDM）技術(shù)實現(xiàn)雙向通信，與EPON比較而言，它具有技術(shù)實現(xiàn)簡單、價格便宜、實現(xiàn)少用戶量接入容易的特點。FTTH的兩種實現(xiàn)方式上下行都可以達到100M。FTTH以其高速性、穩(wěn)定性以及多業(yè)務(wù)承載能力顯示出特定的優(yōu)勢，成為通信網(wǎng)“最后一公里”最有潛力的解決方案。
    FTTH滿足了數(shù)據(jù)、語音、CATV等綜合業(yè)務(wù)對高帶寬的需求，但FTTH要得到普及，關(guān)鍵是降低接入成本。為進一步降低接入成本，采用單纖三向傳輸技術(shù)來實現(xiàn)這種綜合業(yè)務(wù)的傳輸已經(jīng)逐漸成為FTTH技術(shù)發(fā)展的一個主流。

單纖三向傳輸技術(shù)主要方案
    方案一：1310/1310/1550nm雙波長單纖三向傳輸技術(shù)．1310/1310/1550nm雙波長單纖三向傳輸技術(shù)實質(zhì)上是將普通數(shù)字光接入（Ethernet或SDH）設(shè)備和經(jīng)過光分路后的模擬CATV光傳輸設(shè)備通過點對點的方式由局端接入用戶，數(shù)字光接入設(shè)備采用1310/1310nm的雙向傳輸技術(shù)，模擬CATV采用1550nm的系統(tǒng)。隨著1550nmCATV發(fā)射機在應(yīng)用中的普及，單通道、低成本EDFA在光纖CATV網(wǎng)絡(luò)中的使用，使1550nmCATV系統(tǒng)用于CATV分配網(wǎng)時具有更高的性能價格比。通過高隔離度的WDM技術(shù)將雙向數(shù)字傳輸與模擬傳輸通過一根光纖接入用戶，達到了降低光纖線路成本的目的。
    方案二：1310/1490/1550nm三波長單纖三向傳輸技術(shù)．這種傳輸技術(shù)是將1550nm窗口用于下行模擬CATV傳輸，將無制冷1310nm半導(dǎo)體激光二極管光源用于眾多的終端用戶的上行傳輸，下行的數(shù)字傳輸改用1490nm窗口，通過類似CWDM的方式將此三方向傳輸復(fù)用到一根光纖中。這種傳輸技術(shù)采用了點對多點傳輸方式，節(jié)省設(shè)備投資，局端設(shè)備和光纖用量大大減少，系統(tǒng)可靠性較高．
    單纖三向傳輸方案的成本最終決定接入成本的高低 ，而這種方案的主要成本取決安放到用戶端的光電子器件，人們稱之為單纖三向器件（Triplexer），如圖1所示。降低器件Triplexer的成本已成為目前人們最關(guān)注的問題。
        

單纖三向器件（Triplexer）的發(fā)展趨勢
    Triplexer的發(fā)展趨勢大概分為四代，如圖2所示。
    Triplexer的第一代采用現(xiàn)有的光學(xué)分離元件組成．它包括分波/合波器，激光器，探測器等器件．這種技術(shù)的優(yōu)點：所有的技術(shù)都很成熟，可以直接采用，可靠性好；缺點：體積大，元件數(shù)目多，耦合的次數(shù)也多，所有潛在的降價空間小。目前只有少數(shù)廠商采用這種方案。
Triplexer的第二代將成熟的光學(xué)元件封裝在一個小型的金屬殼體內(nèi)。它是由無源分波/合波慮光片，激光器，探測器和一個經(jīng)過精密機械加工的金屬殼體組裝而成．這種技術(shù)的優(yōu)點：減少了耦合次數(shù)，大大縮小了器件的體積，并且若規(guī)�；�生產(chǎn)，可以使成本大大地降低；缺點：工藝復(fù)雜，不易實現(xiàn)自動化封裝，有些技術(shù)指標(biāo)還不能勝任網(wǎng)絡(luò)局端的要求； 
    Triplexer的第三代為混合集成方案。這種方案將激光器，探測器芯片，平面光波導(dǎo)，介質(zhì)膜濾光片在一個光學(xué)平臺上直接組裝在一起．它的優(yōu)點：體積進一步減小，耦合次數(shù)減少到1次，適合于大規(guī)�；�生產(chǎn)，成本可大大降低．缺點：光波導(dǎo)與器件的組裝對準(zhǔn)技術(shù)目前還不是很成熟，可靠性方面的研究還需要試驗，熱干擾和光串?dāng)_都需要仔細設(shè)計；另外，包括材料，封裝設(shè)備投入的前期成本很高。
    Triplexer的第四代為單片集成．這種方案是采用有源層對接生長技術(shù)，在同一襯底上生長激光器，探測器和光波導(dǎo)，集成度更高，封裝成本更低。這種工藝現(xiàn)在還停留在理論和實驗階段，因為其技術(shù)成熟度很低，僅見有少量報道。
    Triplexer器件的發(fā)展以市場為導(dǎo)向，最重要的是要求器件價格低�，F(xiàn)階段，第二代Triplexer產(chǎn)品從技術(shù)上看已經(jīng)能夠基本滿足系統(tǒng)的需求，因此受到各大光器件生產(chǎn)商的高度重視，光迅公司也不例外。但第二代Triplexer產(chǎn)品的生產(chǎn)成本仍然較高，如何在滿足接入系統(tǒng)的技術(shù)要求前提下，進一步降低成本，目前仍然存在著一些難題。光迅科技公司在這些難題上投入了大量的人力財力進行研究，并取得了一系列良好的進展。
        

第二代Triplexer的主要難點
  1、激光器和兩路探測器要同時和一根光纖進行耦合，器件之間會互相干涉，導(dǎo)致指標(biāo)和成品率降低；
  2、無源分波/合波慮光片，激光器，探測器集成在一起以后，由于上行和下行信號會產(chǎn)生串?dāng)_，所以還需要考慮不同波長光之間的光串?dāng)_。對雙波長單纖三向器件，激光器發(fā)出的1310nm的光作為上行信號，下行信號也采用的是1310nm的光，上行光由于光路本身缺陷及金屬殼體內(nèi)壁的反射，將導(dǎo)致對下行信號的串?dāng)_，這種串?dāng)_屬于同頻串?dāng)_，一旦形成將很難將其分開，所以必須加以消除；對三波長單纖三向器件，上行信號光與下行信號光波長雖不相同，但這種串?dāng)_對器件的最終性能也會帶來嚴(yán)重的影響，故也必須盡量消除。
  3、對45度濾光片的設(shè)計要求很高，比如隔離度，PDL等技術(shù)指標(biāo)要求相當(dāng)?shù)母撸?
  4、模擬接收端對干擾非常敏感，然而器件的結(jié)構(gòu)以及激光器探測器的擺設(shè)位置都將決定這種電串?dāng)_的最終大小，所以在器件結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須采取相應(yīng)措施減少電串?dāng)_；
  5、器件的可靠性將決定最后的成品率，Triplexer使用環(huán)境可能很惡劣，所以對可靠性要求非常高，這就要求器件中的各個組成元件自身的可靠性必須很高，同時對組裝的工藝要求也變得非常高。
  6、由于器件對無源分波/合波濾光片，激光器，探測器以及器件封裝殼體的指標(biāo)要求很高，所以價格比較昂貴；
    光迅公司針對上述難點，歷經(jīng)一年多的時間，在上述難點上均有所突破：
  1、先進的光路設(shè)計，使器件的主要光學(xué)指標(biāo)如插入損耗，大大改進；
  2、獨特的減小光串?dāng)_方案，使各波長之間的光串?dāng)_大大降低；
  3、通過優(yōu)化器件設(shè)計和制作工藝，提高成品率并縮短制作周期，生產(chǎn)成本已大大降低；
  4、器件結(jié)構(gòu)以及各組成元件的安放位置經(jīng)過模擬分析優(yōu)化和反復(fù)試驗，大大提高了電串?dāng)_指標(biāo)；
  5、采用有源器件（如DFB激光器）全激光焊接的封裝工藝，保證了器件的長期可靠性。

單纖三向器件的重要技術(shù)指標(biāo)
    降低單纖三向器件成本，對用戶、生產(chǎn)商及運營商來說非常重要，但對FTTH接入系統(tǒng)技術(shù)要求本身來說，技術(shù)指標(biāo)能夠滿足實用要求同樣十分關(guān)鍵。附表給出了光迅公司提供的單纖三向的主要技術(shù)指標(biāo)。
附表
Module Electro-Optical Characteristics（-40℃ ~ 85℃）


1490nm PIN-TIA Electro-Optical Characteristics（-40℃ ~ 85℃）


1550nm PIN Electro-Optical Characteristics（-40℃ ~ 85℃）


1310nm LD Electro-Optical Characteristics（-40℃ ~ 85℃）


結(jié)束語
　　FTTH大發(fā)展的時代已經(jīng)來到，先進的接入技術(shù)方案以及先進的單纖三向傳輸技術(shù)可以充分地滿足廣大用戶對綜合業(yè)務(wù)高帶寬的需求，為了大力普及FTTH，在解決技術(shù)難題的同時，關(guān)鍵是大大降低接入系統(tǒng)的成本。降低用戶端核心光電子器件的成本迫在眉睫，光迅科技公司一馬當(dāng)先，投入大量人力財力，解決了單纖三向器件Triplexer的許多難題，在降低成本的同時，保證了Triplexer的技術(shù)指標(biāo)。