虽然全球光通讯产业阴霾，从2001持续到2002年，预计2003年底才会有明显复苏。但是光传输模组，因属关键性元件，仍被视为深具潜力之产品。因而吸引台湾厂商纷纷投入该领域。因此本文将就光传输模组之产业、技术与产品作一分析。

光传输模组产品

光传输模组在产品类别上，分为单模光传输模组与多模光传输模组。其中单模传输模组精密度高，价格较贵。而整体产品架构，皆如(图一)所示，可分为光学次模组（Optical Subassembly；OSA）以及电子次模组（Electrical Subassembly；ESA）两大部分。两者在成本结构上，以155Mbps产品为例，所占比例约为7：3。

《图一　光传输模组产品架构图〈资料来源：资策会MIC，2002年6月〉》

而光学次模组又可细分为光发射次模组（Transmitter Optical Subassembly ；TOSA）与光接收次​​模组（Receiver Optical Subassembly ；ROSA）。两者之差异在于，TOSA是用雷射二极体或发光二极体来发光成为光讯号，而ROSA则是由检光二极体做感测光讯号之动作，两者再搭配相关机构元件，如陶磁套管（Ferrule）、袖管（Sleeve）构成次模组。其中因雷射二极体价格高于检光二极体，所以TOSA价格高于ROSA。

在电子次模组（ESA）部分，则由传送驱动IC以及接收驱动IC所组成，用以驱动雷射二极体与检光二极体。以传送驱动IC为例，则包括有雷射二极体驱动电路、温控电路。而接收IC则有放大电路、时脉电路等。最后在外部接头上，则依不同需求，选择不同之连接器，包括SC、ST等。

由于光学元件所占成本比例高，进一步分析光学元件，其整个产业结构链，如(图二)所示，首先在磊晶部分，是以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、砷化铟镓（InGaAs）等作为发光与检光材料，利用有机金属气相沉积法（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition；MOCVD）等方式，制成磊晶圆。

《图二　光传输模组之上游相关产业〈资料来源：资策会MIC，2002年6月〉》

在晶片制程中，则将磊晶圆，利用蚀刻、切割、抛光、打线等制程，将磊晶片制成雷射二极体。随后将雷射二极体，搭配滤镜、金属盖等元件，封装成TO can（Transmitter Outline can），再将此TO can与陶瓷套管等元件，经过雷射焊接等制程，封装成光学次模组（OSA）。最后再搭配电子次模组（ESA），组成光传输模组。

关键元件技术

发光与光接收元件

在发光元件部分，由于光通讯之目的在于传送长距离之讯号，而距离远近的关键之一在于光纤。由于光纤在不同波长有不同的衰减值，如(图三)所示，光纤在850nm、1310nm、1550nm有较低之衰减值，因此光通讯是以此三波长作为工作波长。

在此波长下决定了所需之发光元件。一般发光元件可分为雷射二极体与发光二极体。而雷射二极体中可分成费布力－佩若雷射（Fabry－Perot Laser；FP），工作波长以1310nm为主，分布回馈式雷射（Distributed Feedback Laser；DFB ）则以1550nm为主，与垂直共振腔面射型雷射（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser；VCSEL），工作波长则以850nm为主。而发光二极体（LED）工作波长则以850 nm及1310nm居多。

《图三　光通讯光纤频谱衰减图与各种光源之应用〈资料来源：资策会MIC，2002年6月〉》

各种发光元件的速度亦不同。 F-P雷射，速度约2.5Gbps，而DFB雷射则可达到2.5G到10Gbps。两者功率在数mW到数十mW。而VCSEL速度目前可达到3.125Gbps，不过因其共振腔非常短，输出功率约1mW左右。至于LED则因速度慢，大多只到622Mbps，加上波峰宽，传输距离较短。

光接收元件之功能是将接收光讯号，并转换成电讯号。一般是由检光二极体（Photodiode）来做，工作波长也是以850、1310、1550nm为主。在光接收元件产品中，可再分为PN介面二极体（PIN Photodiode）、累增崩溃二极体（Avalanche Photodetector；APD）等。材料则是以砷化镓（GaAs）、砷化铟镓（InGaAs）、磷化铟（InP）等为主。

其中PIN二极体因所需偏压低，只需5V，且温度敏感度相对低，所以价格较便宜。而APD二极体则是效能高，但因受温度影响大，需要加上温控电路，同时需要高的偏压，所以价格较贵。

光学次模组（OSA）

光学次模组（OSA）方面，制程顺序上分为TO can、发射次模组（TOSA）与接收次模组（ROSA）。以技术难度来看，单模的TOSA，因精密较高，技术较复杂。多模的TOSA光学次模组，在构装技术上与ROSA相似，其技术较为简单。

此领域之制程关键在于提高耦合效率，亦即让发光源准确射进光纤芯内。而影响耦合效率之关键有：雷射二极体封装成TO can、TO can与陶瓷元件之对光等制程。

在TO can部分，是将雷射二极体（LD）加装金属封盖。由于光源相当小，而光纤孔径又细，如单模光纤只有9μm，所以若对光不准，容易造成光讯号之损失。因此通常需加装镜片放大光源，一般有球镜（Ball lens）、渐变折射率镜片（GRIN lens）等，其中GRIN lens 虽价格较高，但耦合效率较高。而TO can规格上，依大小不同而有TO-58、TO-46等规格。

在光学次模组（OSA）方面，涉及到将TO can与陶瓷元件之封装对光。以单模TOSA 为例，因精密度高，需用雷射焊接系统（Laser Welding System）来焊接金属壳。在此制程中，是经由自动对光程式，与单模光纤耦合，到一定角度时，便用雷射光焊接住。目前提供雷射焊接系统厂商有Newport、Suruga Seikei。

光传输模组之市场与应用

在全球光传输模组产业方面， 2000年全球光传输模组产值约为38亿美元，但到2001年产值大幅缩减到22亿美元，衰退幅度高达42％。而2002年仍不乐观，因为需求仍不振，元件市场机制仍重整下，预计2003年才会有复苏迹象。

《图四　全球光传输模组产值 单位：百万美元〈资料来源：资策会MIC，2002年6月〉》

在光传输模组之应用上，如(表一)所示，可约略分为单模光传输模组与多模传输模组。单模光传输模组，搭配单模光纤，应用在通讯领域为主。多模光传输模组，则是用多模光纤作为传输媒介，用在短距离的网路为主。

其中单模光传输模组方面，目前主流产品为2.5Gbps，并往10Gbps发展。以F-P为光源之光传输模组，速度在2.5Gbps以下，传输距离较短，可用在都会光纤网路。而以DFB为光源之光传输模组，因DFB为单频雷射，传输速度高，距离长，主要用在长途光纤网路。

多模光传输模组产品，则有LED与VCSEL等，其中LED速度较慢，VCSEL则可达到Gigabit以上之速度。多模光传输模组的应用市场主要是短距离之区域网路，包括有乙太网路（Ethernet）、光纤通道（Fiber Channel）等领域。

而随着网际网路的应用日渐频繁，多媒体服务将陆续出现。对于频宽的需求将更为强烈，使乙太网路由现在的10/100Mbps，往Gigabit Ethernet，甚至是10G Ethernet发展。在此趋势下，VCSEL具有速度高、价格低等优势，将可能会主导区域光纤网路市场。

全球光通讯元件厂商现况

在全球光通讯元件产业方面， 2000年全球光通讯元件产值约为99亿美元，但是受到电信公司倒闭以及缩减资本支出的影响下，至2001年全球光通讯元件产值，大幅缩减到54亿美元，衰退幅度高达45％，整体市场低迷可见一般。

在全球光通讯元件厂商之变化中，如(图五)所示，可发现几个现象，首先在一线元件厂商中，主要有JDS-Uniphase、Agere、Nortel，其中JDS-Uniphase虽然占有率略有提升，不过财报上之亏损数字仍持续扩大。显现大厂因规模大支出高，在需求不振下，加剧财务之恶化。

而Nortel元件部门，则受到Nortel本身光通讯设备占有率下滑影响，其元件之市场占有率大幅下滑，并促使Nortel在2002年6月宣布进一步裁员，以求在2002年第四季达到损益平衡。

《图五　2000～2001全球光通讯元件厂商市场占有率〈资料来源：资策会MIC，2002年6月〉》

其次在二线元件厂商方面，如Agilent、Alcatel等厂商则是略有上升，甚至一些小厂商纷纷抢得部分市场。显现出国际光通讯元件领域，专业的元件厂商已逐渐取得一定的地位，由过去的垂直整合，走向垂直分工模式，其原因在于在景气寒冬的影响下，国际设备大厂将更专注在本身核心竞争上，亦即更专注在设备领域。

进一步分析光传输模组厂商之变化，如(图六)所示，JDS-Uniphase是最大之厂商。而JDS-Uniphase在2002初并购IBM之光传输模组部门，此部门是以区域网路之光传输模组产品为主。而JDS-Uniphase藉由并购，将由过去擅长的通讯领域跨入电脑网路领域。

《图六　2001年全球光传输模组厂商之市场占有率〈资料来源：Fuji Chimera（2002/1）；资策会MIC整理，2002年6月〉》

台湾厂商概况

在台湾光传输模组厂商方面，如(图七)所示，其中嘉信跨入时间早，并采取垂直整合策略，从上游磊晶整合到下游之光传输模组。而后来进入之厂商，如前鼎、台达电等，则从中游次模组与下游模组之组装切入。

而今虽然光通讯产业陷入修正期，但因前景仍看好，所以也吸引磊晶厂商，逐步跨入光通讯磊晶领域，包括手机GaAs晶片之磊晶厂、LED磊晶厂等。利用本身既有的MOCVD设备生产雷射二极体之磊晶圆。整体而言，台湾厂商在光传输模组领域，已经逐渐建立起完整的产业结构链。

《图七　台湾光传输模组厂商体系〈资料来源：资策会MIC，2002年6月〉》

台湾光传输模组产品，如(图八)所示。 2001年台湾总产值约为93.6百万美元，2002年上半年台湾光主动元件产值达到30.7百万美元。整体产值较2001年上半年的80.7百万美元，大幅衰退62％，不过却较2002年下半年的16.9百万美元，成长81.7％。

进一步分析产品之产值比例，传统单模155Mbps仍是占较高比例，不过在双向光传输模组（Bi-Directional Transceiver；Bi-Di）更呈现出爆量成长，其主要需求来自于日本光纤到户市场。

《图八　2001年台湾光传输模组产品产值与产品分布〈资料来源：资策会MIC，2002年8月〉》

多模产品方面，在低速的100、155Mbps产品，需求除了来自传统的Fast Ethernet外，新的需求则是欧洲光纤到家所带动。在高速产品方面，因Gigabit Ethernet持续成长，使GBIC出货量有所提升。另外在Fibre Channel则因储存光纤网路需求，不止产量稳定成长，同时也由1Gbps往2Gbps的发展，预估下半年的量将会超越1Gbps之产品。

产品之未来发展方向

在未来之发展方面，主要集中在光源与封装两大方向。在光源的发展方向上，朝向高速、高密度等方向发展。而在封装之方向上，则往小体积、被动对光、与低价发展。

在高速方面，则是由2.5Gbps，朝向10Gbps，甚至是 40Gbps发展。在光源方面，因为到达10Gbps以上之速度时，将超过现在雷射二极体本身调变之极限，所以需搭配外部调变器，来提高光讯号源之频率。因此可选择方式之一是用DFB雷射，搭配铌酸锂（LiNbO3）的外部调变器，或是朝向电吸收调变雷射（Electro-absorption Modulated Integrated Laser Diode，EMILD）发展，亦即将DFB雷射与电吸收式调变器整合成单一元件。

在40Gbps的传输模组，因为速度高，对于温度、电感等问题更敏感。所以在封装考虑上，则可能不采取传统的双插线形式（Dual in Line），而是采取蝴蝶形式（Butterfly）。其下方为散热装置，插线在两侧，且线较短，电感较低，因此较不会影响到讯号。

不过在40Gbps领域，由于速度高，尚有其他更麻烦的问题需考虑，如模态色散（Chromatic dispersion）、极化模态色散（Polarization-mode dispersion，PMD）等问题。以PMD为例，因光讯号是有方向性的，具有正交之模态，因此耦合进光纤内，到达接受端变会有色散问题，此问题在低速并不严重，但是到40Gbps之高速时，便会相当严重，加上光有方向性是本身天生之特性，因此更难以克服。

在高密度方面，目前光传输模组为双光纤形式，采一收一发方式，不过未来光传输模组则可能走向矩阵（Array）方式，让多条光纤并排，透过光平面波导滤片之耦合，与雷射二极体矩阵连接，其中雷射二极体则可能采用VCSEL作为光源。

在封装制程之发展方面，首先朝向小型化发展，因此在接头外型上，则搭配小型连接器，包括有LC、MT-RJ等。其次在被动耦光方面，目的在自动对光，以降低耦光之成本，目前有朝向被动自动耦光，此技术已经应用在多模产品，因为多模产品精准度要求较低，而单模产品则尚未成熟。其次则是利用V-Grooved技术，直接将光纤放在V型凹槽内，进行对光动作，目前仍在发展中。

最后低价方面，主要针对光纤到户市场，因为其对成本敏感度较高，所以提出一些解决方案，主要有双向光传输模组（Bi-Direction Transceiver ），传统光传输模组为双条光纤，而双向光传输模组则是只有一条光纤，但发射与接收光则是不同波长，通常发射光讯号为1550nm，而接收光讯号则是1310nm，以区隔不同讯号。

结论:

在光传输模组产品之未来趋势，在通讯领域中，都会与长途光纤网路仍将以2.5Gbps为主。同时会因现今市场不佳下，使电信公司保守经营延缓10Gbps之世代交替。而低阶的155、622Mbps，则是以接取网路为主要市场，其发展则取决于各国光纤到户市场之变化。

在区域领域里，随着区域网路速度需求不断提升，乙太网路将从过去的铜绞线时代，逐渐走向光纤乙太网路（Optical Ethernet）发展。预估2002年Gigabit Ethernet将因需求增加、价格下滑因素扩大市场，2003年将进入发展期，亦成为多模光传输模组之潜在市场。

而因景气寒冬，反而加速产能外包（Outsourcing）之趋势，突破长久以来的垂直分工体系。设备大厂将更专注设备领域，而元件大厂势必更专注在核心产品上，使光通讯元件走向垂直分工时代。在此产能外包趋势下，将中低阶产品之产能外包到亚太地区，提供台商填满闲置产能的机会，并逐步建立起产能规模。