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20200925-头豹研究院-头豹研究院2019年中国智能玩具行业概览(2020-09-25).pdf

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19、1360嶣 焀贀挀栀琀洀氀构。 TIA:Trans-Impedance Amplifier,跨阻放大器,是光学传感器(如光电二极管)的 前端放大器,用于将传感器输出的电流转换为电压。 CDR: 时钟数据恢复技术, 是远程和密集波分多路光网络的基本功能块, 也是高速芯片 间和背板连接,以及光纤信道、无线、和存储区域的基本功能块。 III-V 族化合物:元素周期表中 III 族的 B,Al,Ga,In 和 V 族的 N,P,As,Sb 形成 的化合物,主要包括砷化镓(GaAs) 、磷化铟(InP)和氮化镓等。 CMOS:Complementary Metal Oxide Semiconductor

20、,互补金属氧化物半导体, 制造大规模集成电路芯片采用的一种技术, 或利用该技术制造所得芯片, 是电脑主板上 存储数据的可读写 RAM 芯片。 摩尔定律:当价格不变时,集成电路上可容纳元器件数目,约每隔 18 至 24 个月增加 一倍,性能提升一倍。 电源管理芯片:在电子设备系统中担任电能变换、分配、检测及其他电能管理职责的芯 片。 M2M:Machine to Machine,指数据从一台终端传送到另一台终端。 完全竞争:纯粹竞争,是一种不受任何阻碍和干扰的市场结构,不存在足以影响价格的 企业或消费者。 13 报告编码19RI0490 2 中国光器件行业市场综述 2.1 光器件行业定义与分类

21、2.1.1 光器件定义 光器件是将光芯片、电芯片、衬底、光纤、密封外壳、管脚、金属连线等基础元件有序 组合、封装制成的,可实现光信号收发、光性能调制、光电信号转换、电光信号转换等功能 的混合集成电子器件,代表了现代光电技术与微电子技术前沿,是光通讯系统核心组件。光 器件在信号发射端将电信号转换为光信号, 在信号接收端将光信号转换为电信号, 期间对光 信号进行分路、调制、放大等处理(见图 2-1) 。 图 2-1 光器件输出输入物理流程简图 来源:头豹研究院编辑整理 2.1.2 光器件分类 光器件可从工作方式和参数特征两个角度出发,按驱动因素、功能、传输波长、封装方 式进行分类。 (见图 2-2

22、) 。 14 报告编码19RI0490 图 2-2 光器件分类 来源:头豹研究院编辑整理 (1) 按驱动分类 光器件可按运行是否需要外部能源驱动,分为有源光器件和无源光器件。 有源光器件负责光信号发射、 接收, 光信号转换为电信号、 电信号转换为光信号等工作, 具体组件包括负责发射光信号的直调激光器、外调激光器,负责接收光信号的光探测器、光 接收器,负责调解光性能的光相位调制器、光强度调制器及相干光收发器等其他集成器件。 不同组件从信号源头和传输过程对光信号加以调整, 应用材料包括激光二极管、 光电二极管、 半导体发光二极管等。 无源光器件运转无需外加能源驱动, 工作过程不涉及光电转换或电光转

23、换, 不产生或接 收光信号,负责光信号调节、相干、隔离、过滤、连接等控制类工作,为光信号传输系统设 置关键节点。 具体组件包括拉曼光放大器、光隔离器、光滤波器(光合滤波器、光分滤波器) 、光衰 减器、波分复用器、光耦合器、光纤连接器、光纤延迟线、光分插复用器、光开关、光背板 等。 (2) 按功能分类 不同组件在集成光器件中承担不同任务, 可按其具体功能分为发送接收器件、 波分复用 15 报告编码19RI0490 器件、增益放大器件、开关交换器件及系统管理器件(见图 2-3) 。 图 2-3 光器件按功能分类 来源:头豹研究院编辑整理 发送接收器件位于光通讯传输渠道两级。 发送器件需确保电光信号

24、转换准确性, 调制器 件在组合形式、强度等方面对光信号进行处理,提高传输效率。光探测器件位于信号接收终 端,需完整捕捉光信号并准确转换成电信号。 波分复用器件承担光信号过滤、光波峰值调节、光信号整合等工作。其中,阵列波导光 栅可将性质相近的光波经整合汇聚于单一光纤进行传输。 增益放大器件可通过多种形式优化光信号。 不同波长有信号强弱之分, 增益放大器件可 借强光波信号带动弱光波信号。 开关交换器件负责光信号隔离、过滤、连接等工作。其中,光交叉连接器可自动连接不 同波长光信号,维持光波网稳定,远期有望在 5G 全光网系统建设中发挥更加重要的作用。 系统管理器件从通讯系统稳定性角度出发, 全面检测

25、光信号传输过程, 通过色散补偿等 技术维护光信号传输准确性。 (3) 按波长分类 16 报告编码19RI0490 从波长角度分析, 光器件可分为 850nm 波段、 1,310nm 波段、 1,550nm 波段等类型。 850nm 波段器件多为砷化镓材料制成的多模激光器,属于垂直腔面发射激光器,制造 成本相对较低,但传输距离受限,从一百到几百米不等,多用于短距信息传输设备。 1,310nm 波段器件包括单模激光器、多模激光器,具体产品有 SFP、DFB 激光器,多 用于中长距传输设备。SFP 激光器可满足 2 千米至 10 千米传输需求,DFB 激光器可满足 40 千米以内传输需求。 1,55

26、0nm 波段器件多为 DFB 激光器,可满足超过 40 千米传输距离的通讯需求,属于 长距传输器件。 随光器件行业不断成熟,如 1,490nm、CWDM 等波段光器件创新产品接连面市。 (4) 按封装方式分类 光器件可按封装方式不同分为 TO 器件、Butterfly 器件、表面贴装器件等。其中 TO 封 装方式可满足光器件从焊接工艺转向胶水工艺后对体积要求的变化, 尺寸从TO50至TO252 不等, 应用范围较广。 Butterfly 器件按蝶形结构设计包装, 应用于外腔半导体激光器制造, 可满足混沌通讯需求。 2.2 中国光器件行业发展历程 中国光器件行业在近五十年的发展历程中经历了自主探

27、索期、 开放发展期和加速创新期 三个阶段。初期境外国家在各层面对中国光器件行业进行封锁,刺激了民族企业的兴起。随 全球化进程深入,中国光器件产能集中于中低端产品,自主研发水平亟待提升。 (1) 自主探索期:20 世纪 70 年代20 世纪 80 年代末 20 世纪 70 年代中旬,中国有源光器件及无源光器件研究活动萌芽。该时段,全球政治 经济格局尚不稳定,意识形态冲突对文化、科技、工农业生产等各方面存在较大影响,东、 西方国家科学、文化交流受阻。为抢占发展先机,对中国形成完全竞争优势,西方国家在高 17 报告编码19RI0490 新技术、核心工业设备等方面对中国实行封锁、禁运等手段。在光器件领域已具备一定技术 基础的西方国家全面禁止专业理论、成型设备向中国流通。 技术封锁局面刺激中国民族产业兴起, 中科院半导体研究所、 中国电子科技集团等相关 科研机构加快自主研发进度, 武汉光讯科技股份有限公司前身武汉邮电科学研究院也加入自 主研发行列。高校单位与相关事业单位通力合作,逐渐在光器件、光缆光纤

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