雖然全球光通訊產業陰霾，從2001持續到2002年，預計2003年底才會有明顯復甦。但是光傳輸模組，因屬關鍵性元件，仍被視為深具潛力之產品。因而吸引台灣廠商紛紛投入該領域。因此本文將就光傳輸模組之產業、技術與產品作一分析。

光傳輸模組產品

光傳輸模組在產品類別上，分為單模光傳輸模組與多模光傳輸模組。其中單模傳輸模組精密度高，價格較貴。而整體產品架構，皆如(圖一)所示，可分為光學次模組（Optical Subassembly；OSA）以及電子次模組（Electrical Subassembly；ESA）兩大部分。兩者在成本結構上，以155Mbps產品為例，所佔比例約為7：3。

《圖一　光傳輸模組產品架構圖〈資料來源：資策會MIC，2002年6月〉》

而光學次模組又可細分為光發射次模組（Transmitter Optical Subassembly ；TOSA）與光接收次模組（Receiver Optical Subassembly ；ROSA）。兩者之差異在於，TOSA是用雷射二極體或發光二極體來發光成為光訊號，而ROSA則是由檢光二極體做感測光訊號之動作，兩者再搭配相關機構元件，如陶磁套管（Ferrule）、袖管（Sleeve）構成次模組。其中因雷射二極體價格高於檢光二極體，所以TOSA價格高於ROSA。

在電子次模組（ESA）部分，則由傳送驅動IC以及接收驅動IC所組成，用以驅動雷射二極體與檢光二極體。以傳送驅動IC為例，則包括有雷射二極體驅動電路、溫控電路。而接收IC則有放大電路、時脈電路等。最後在外部接頭上，則依不同需求，選擇不同之連接器，包括SC、ST等。

由於光學元件所佔成本比例高，進一步分析光學元件，其整個產業結構鏈，如(圖二)所示，首先在磊晶部分，是以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）、砷化銦鎵（InGaAs）等作為發光與檢光材料，利用有機金屬氣相沈積法（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition；MOCVD）等方式，製成磊晶圓。

《圖二　光傳輸模組之上游相關產業〈資料來源：資策會MIC，2002年6月〉》

在晶片製程中，則將磊晶圓，利用蝕刻、切割、拋光、打線等製程，將磊晶片製成雷射二極體。隨後將雷射二極體，搭配濾鏡、金屬蓋等元件，封裝成TO can（Transmitter Outline can），再將此TO can與陶瓷套管等元件，經過雷射焊接等製程，封裝成光學次模組（OSA）。最後再搭配電子次模組（ESA），組成光傳輸模組。

關鍵元件技術

發光與光接收元件

在發光元件部分，由於光通訊之目的在於傳送長距離之訊號，而距離遠近的關鍵之一在於光纖。由於光纖在不同波長有不同的衰減值，如(圖三)所示，光纖在850nm、1310nm、1550nm有較低之衰減值，因此光通訊是以此三波長作為工作波長。

在此波長下決定了所需之發光元件。一般發光元件可分為雷射二極體與發光二極體。而雷射二極體中可分成費布力－佩若雷射（Fabry－Perot Laser；F-P），工作波長以1310nm為主，分布回饋式雷射（Distributed Feedback Laser；DFB ）則以1550nm為主，與垂直共振腔面射型雷射（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser；VCSEL），工作波長則以850nm為主。而發光二極體（LED）工作波長則以850 nm及1310nm居多。

《圖三　光通訊光纖頻譜衰減圖與各種光源之應用〈資料來源：資策會MIC，2002年6月〉》

各種發光元件的速度亦不同。F-P雷射，速度約2.5Gbps，而DFB雷射則可達到2.5G到10Gbps。兩者功率在數mW到數十mW。而VCSEL速度目前可達到3.125Gbps，不過因其共振腔非常短，輸出功率約1mW左右。至於LED則因速度慢，大多只到622Mbps，加上波峰寬，傳輸距離較短。

光接收元件之功能是將接收光訊號，並轉換成電訊號。一般是由檢光二極體（Photodiode）來做，工作波長也是以850、1310、1550nm為主。在光接收元件產品中，可再分為PN介面二極體（PIN Photodiode）、累增崩潰二極體（Avalanche Photodetector；APD）等。材料則是以砷化鎵（GaAs）、砷化銦鎵（InGaAs）、磷化銦（InP）等為主。

其中PIN二極體因所需偏壓低，只需5V，且溫度敏感度相對低，所以價格較便宜。而APD二極體則是效能高，但因受溫度影響大，需要加上溫控電路，同時需要高的偏壓，所以價格較貴。

光學次模組（OSA）

光學次模組（OSA）方面，製程順序上分為TO can、發射次模組（TOSA）與接收次模組（ROSA）。以技術難度來看，單模的TOSA，因精密較高，技術較複雜。多模的TOSA光學次模組，在構裝技術上與ROSA相似，其技術較為簡單。

此領域之製程關鍵在於提高耦合效率，亦即讓發光源準確射進光纖芯內。而影響耦合效率之關鍵有：雷射二極體封裝成TO can、TO can與陶瓷元件之對光等製程。

在TO can部分，是將雷射二極體（LD）加裝金屬封蓋。由於光源相當小，而光纖孔徑又細，如單模光纖只有9μm，所以若對光不準，容易造成光訊號之損失。因此通常需加裝鏡片放大光源，一般有球鏡（Ball lens）、漸變折射率鏡片（GRIN lens）等，其中GRIN lens 雖價格較高，但耦合效率較高。而TO can規格上，依大小不同而有TO-58、TO-46等規格。

在光學次模組（OSA）方面，涉及到將TO can與陶瓷元件之封裝對光。以單模TOSA 為例，因精密度高，需用雷射焊接系統（Laser Welding System）來焊接金屬殼。在此製程中，是經由自動對光程式，與單模光纖耦合，到一定角度時，便用雷射光焊接住。目前提供雷射焊接系統廠商有Newport、Suruga Seikei。

光傳輸模組之市場與應用

在全球光傳輸模組產業方面， 2000年全球光傳輸模組產值約為38億美元，但到2001年產值大幅縮減到22億美元，衰退幅度高達42％。而2002年仍不樂觀，因為需求仍不振，元件市場機制仍重整下，預計2003年才會有復甦跡象。

《圖四　全球光傳輸模組產值 單位：百萬美元〈資料來源：資策會MIC，2002年6月〉》

在光傳輸模組之應用上，如(表一)所示，可約略分為單模光傳輸模組與多模傳輸模組。單模光傳輸模組，搭配單模光纖，應用在通訊領域為主。多模光傳輸模組，則是用多模光纖作為傳輸媒介，用在短距離的網路為主。

其中單模光傳輸模組方面，目前主流產品為2.5Gbps，並往10Gbps發展。以F-P為光源之光傳輸模組，速度在2.5Gbps以下，傳輸距離較短，可用在都會光纖網路。而以DFB為光源之光傳輸模組，因DFB為單頻雷射，傳輸速度高，距離長，主要用在長途光纖網路。

多模光傳輸模組產品，則有LED與VCSEL等，其中LED速度較慢，VCSEL則可達到Gigabit以上之速度。多模光傳輸模組的應用市場主要是短距離之區域網路，包括有乙太網路（Ethernet）、光纖通道（Fiber Channel）等領域。

而隨著網際網路的應用日漸頻繁，多媒體服務將陸續出現。對於頻寬的需求將更為強烈，使乙太網路由現在的10/100Mbps，往Gigabit Ethernet，甚至是10G Ethernet發展。在此趨勢下，VCSEL具有速度高、價格低等優勢，將可能會主導區域光纖網路市場。

全球光通訊元件廠商現況

在全球光通訊元件產業方面， 2000年全球光通訊元件產值約為99億美元，但是受到電信公司倒閉以及縮減資本支出的影響下，至2001年全球光通訊元件產值，大幅縮減到54億美元，衰退幅度高達45％，整體市場低迷可見一般。

在全球光通訊元件廠商之變化中，如(圖五)所示，可發現幾個現象，首先在一線元件廠商中，主要有JDS-Uniphase、Agere、Nortel，其中JDS-Uniphase雖然佔有率略有提升，不過財報上之虧損數字仍持續擴大。顯現大廠因規模大支出高，在需求不振下，加劇財務之惡化。

而Nortel元件部門，則受到Nortel本身光通訊設備佔有率下滑影響，其元件之市場佔有率大幅下滑，並促使Nortel在2002年6月宣布進一步裁員，以求在2002年第四季達到損益平衡。

《圖五　2000～2001全球光通訊元件廠商市場佔有率〈資料來源：資策會MIC，2002年6月〉》

其次在二線元件廠商方面，如Agilent、Alcatel等廠商則是略有上升，甚至一些小廠商紛紛搶得部分市場。顯現出國際光通訊元件領域，專業的元件廠商已逐漸取得一定的地位，由過去的垂直整合，走向垂直分工模式，其原因在於在景氣寒冬的影響下，國際設備大廠將更專注在本身核心競爭上，亦即更專注在設備領域。

進一步分析光傳輸模組廠商之變化，如(圖六)所示，JDS-Uniphase是最大之廠商。而JDS-Uniphase在2002初併購IBM之光傳輸模組部門，此部門是以區域網路之光傳輸模組產品為主。而JDS-Uniphase藉由併購，將由過去擅長的通訊領域跨入電腦網路領域。

《圖六　2001年全球光傳輸模組廠商之市場佔有率〈資料來源：Fuji Chimera（2002/1）；資策會MIC整理，2002年6月〉》

台灣廠商概況

在台灣光傳輸模組廠商方面，如(圖七)所示，其中嘉信跨入時間早，並採取垂直整合策略，從上游磊晶整合到下游之光傳輸模組。而後來進入之廠商，如前鼎、台達電等，則從中游次模組與下游模組之組裝切入。

而今雖然光通訊產業陷入修正期，但因前景仍看好，所以也吸引磊晶廠商，逐步跨入光通訊磊晶領域，包括手機GaAs晶片之磊晶廠、LED磊晶廠等。利用本身既有的MOCVD設備生產雷射二極體之磊晶圓。整體而言，台灣廠商在光傳輸模組領域，已經逐漸建立起完整的產業結構鏈。

《圖七　台灣光傳輸模組廠商體系〈資料來源：資策會MIC，2002年6月〉》

台灣光傳輸模組產品，如(圖八)所示。2001年台灣總產值約為93.6百萬美元，2002年上半年台灣光主動元件產值達到30.7百萬美元。整體產值較2001年上半年的80.7百萬美元，大幅衰退62％，不過卻較2002年下半年的16.9百萬美元，成長81.7％。

進一步分析產品之產值比例，傳統單模155Mbps仍是佔較高比例，不過在雙向光傳輸模組（Bi-Directional Transceiver；Bi-Di）更呈現出爆量成長，其主要需求來自於日本光纖到戶市場。

《圖八　2001年台灣光傳輸模組產品產值與產品分佈〈資料來源：資策會MIC，2002年8月〉》

多模產品方面，在低速的100、155Mbps產品，需求除了來自傳統的Fast Ethernet外，新的需求則是歐洲光纖到家所帶動。在高速產品方面，因Gigabit Ethernet持續成長，使GBIC出貨量有所提升。另外在Fibre Channel則因儲存光纖網路需求，不止產量穩定成長，同時也由1Gbps往2Gbps的發展，預估下半年的量將會超越1Gbps之產品。

產品之未來發展方向

在未來之發展方面，主要集中在光源與封裝兩大方向。在光源的發展方向上，朝向高速、高密度等方向發展。而在封裝之方向上，則往小體積、被動對光、與低價發展。

在高速方面，則是由2.5Gbps，朝向10Gbps，甚至是 40Gbps發展。在光源方面，因為到達10Gbps以上之速度時，將超過現在雷射二極體本身調變之極限，所以需搭配外部調變器，來提高光訊號源之頻率。因此可選擇方式之一是用DFB雷射，搭配鈮酸鋰（LiNbO3）的外部調變器，或是朝向電吸收調變雷射（Electro-absorption Modulated Integrated Laser Diode，EMILD）發展，亦即將DFB雷射與電吸收式調變器整合成單一元件。

在40Gbps的傳輸模組，因為速度高，對於溫度、電感等問題更敏感。所以在封裝考慮上，則可能不採取傳統的雙插線形式（Dual in Line），而是採取蝴蝶形式（Butterfly）。其下方為散熱裝置，插線在兩側，且線較短，電感較低，因此較不會影響到訊號。

不過在40Gbps領域，由於速度高，尚有其他更麻煩的問題需考慮，如模態色散（Chromatic dispersion）、極化模態色散（Polarization-mode dispersion，PMD）等問題。以PMD為例，因光訊號是有方向性的，具有正交之模態，因此耦合進光纖內，到達接受端變會有色散問題，此問題在低速並不嚴重，但是到40Gbps之高速時，便會相當嚴重，加上光有方向性是本身天生之特性，因此更難以克服。

在高密度方面，目前光傳輸模組為雙光纖形式，採一收一發方式，不過未來光傳輸模組則可能走向矩陣（Array）方式，讓多條光纖並排，透過光平面波導濾片之耦合，與雷射二極體矩陣連接，其中雷射二極體則可能採用VCSEL作為光源。

在封裝製程之發展方面，首先朝向小型化發展，因此在接頭外型上，則搭配小型連接器，包括有LC、MT-RJ等。其次在被動耦光方面，目的在自動對光，以降低耦光之成本，目前有朝向被動自動耦光，此技術已經應用在多模產品，因為多模產品精準度要求較低，而單模產品則尚未成熟。其次則是利用V-Grooved技術，直接將光纖放在V型凹槽內，進行對光動作，目前仍在發展中。

最後低價方面，主要針對光纖到戶市場，因為其對成本敏感度較高，所以提出一些解決方案，主要有雙向光傳輸模組（Bi-Direction Transceiver ），傳統光傳輸模組為雙條光纖，而雙向光傳輸模組則是只有一條光纖，但發射與接收光則是不同波長，通常發射光訊號為1550nm，而接收光訊號則是1310nm，以區隔不同訊號。

結論:

在光傳輸模組產品之未來趨勢，在通訊領域中，都會與長途光纖網路仍將以2.5Gbps為主。同時會因現今市場不佳下，使電信公司保守經營延緩10Gbps之世代交替。而低階的155、622Mbps，則是以接取網路為主要市場，其發展則取決於各國光纖到戶市場之變化。

在區域領域裡，隨著區域網路速度需求不斷提升，乙太網路將從過去的銅絞線時代，逐漸走向光纖乙太網路（Optical Ethernet）發展。預估2002年Gigabit Ethernet將因需求增加、價格下滑因素擴大市場，2003年將進入發展期，亦成為多模光傳輸模組之潛在市場。

而因景氣寒冬，反而加速產能外包（Outsourcing）之趨勢，突破長久以來的垂直分工體系。設備大廠將更專注設備領域，而元件大廠勢必更專注在核心產品上，使光通訊元件走向垂直分工時代。在此產能外包趨勢下，將中低階產品之產能外包到亞太地區，提供台商填滿閒置產能的機會，並逐步建立起產能規模。