Как предприниматель с 22-летним опытом работы в отрасли оптической связи, я на протяжении многих лет активно занимаюсь проектированием и производством прецизионных оптических изделий, а также волоконно-оптических компонентов. Я давно хотел систематизировать свои мысли об этих “тихо сияющих” оптических линзах, используемых в оптической связи. Хотя они кажутся крошечными, они служат “ключевым звеном” для передачи оптического сигнала.
Сегодня я хочу рассказать об оптических линзах для оптической связи простым и понятным языком. Независимо от того, являетесь ли вы моим коллегой по отрасли или другом, не имеющим отношения к этой сфере, вы сможете понять эту тему и соотнести её с собственным опытом.
Во-первых, немного истории отрасли
В первые годы мы, специалисты отрасли, привыкли делить весь сектор оптической связи на две основные категории: активную оптическую связь (проще говоря, связанную с использованием электричества и оптических микросхем, способных активно преобразовывать оптические сигналы) и пассивную оптическую связь (не требующую активного источника питания, в основном обеспечивающую передачу и распределение оптических сигналов). Линзы незаменимы в обеих категориях, однако типы используемых линз, их характеристики и даже рыночный спрос значительно различаются.
① Две классические технологии в области пассивной оптической связи: C-LENS и GRIN LENS
В области пассивной оптической связи наиболее распространенными типами являются C-LENS (сферическая линза) и GRIN LENS (линзы с градиентным показателем преломления). На протяжении многих лет рыночный спрос на эти два типа линз подвергался колебаниям — то спрос на один из них был выше, то другой занимал большую долю рынка.
Проще говоря, они в основном используются в соединениях «оптоволокно до дома», в прокладке оптоволоконных кабельных сетей на территории кампусов, а также в оптоволоконных кросс-коннекторных шкафах операторов, с которыми мы сталкиваемся ежедневно. Например, домашние широкополосные оптоволоконные интерфейсы и оборудование для распределения оптоволоконного сигнала в жилых районах могут содержать эти два типа линз. Они отвечают за точное прохождение и распределение оптических сигналов в волокне, обеспечивая стабильный сигнал для работы в Интернете и просмотра телепрограмм дома. В отраслевой терминологии такие сети называются сетями доступа, магистральными сетями и т. д.
② Сфера активной оптической связи: главное поле битвы за линзы
Остановимся на линзах, используемых в сфере активной оптической связи, к которой мы также относим центры обработки данных (поскольку в них применяется большое количество оптоэлектронных микросхем, что, по сути, входит в сферу активной оптической связи). В последние годы взрывной рост популярности центров обработки данных напрямую привёл к резкому увеличению спроса на оптоэлектронные микросхемы, что даже привело к их дефициту. Эта тенденция также распространилась на линзы, в результате чего некоторые виды линз стали дефицитными.
Однако, как специалист с 22-летним обширным опытом работы в отрасли, я подхожу к этому вопросу более рационально: в сфере оптической связи существует слишком много типов линз. Различные линзы имеют разные производственные мощности и разные сценарии применения, поэтому рыночный спрос, естественно, значительно варьируется. Не все линзы являются “редкими и востребованными”.”
Первый тип: кремниевые линзы — лидер по производственным мощностям
В настоящее время именно эти компании обладают наибольшими производственными мощностями. Насколько я понимаю, годовая производственная мощность по выпуску кремниевых линз составляет не менее 500 миллионов штук. К числу лидеров рынка относятся, в основном, компании SuNa, Luohe Leixin, HuaTian HuiChuang, а также швейцарская Arteris. Технологический процесс в некоторой степени схож с процессами в полупроводниковой промышленности: он основан главным образом на литографии и процессах травления при микро- и нанообработке, что обеспечивает высокую точность и возможность массового производства — именно это является ключом к их доминированию на этом крупном рынке.
Их основной сферой применения являются современные центры обработки данных, которые в настоящее время переживают бурный рост. Например, за нашей повседневной деятельностью — просмотром видео, отправкой сообщений и хранением файлов — стоят центры обработки данных, необходимые для хранения и передачи данных. Кремниевые линзы устанавливаются в высокоскоростных оптических модулях внутри центров обработки данных и отвечают за коллимацию, фокусировку и соединение светового потока от оптических чипов.
(suna-opto)
Второй тип: стеклянные асферические линзы — наиболее широкое применение
Многие производители выпускают линзы данного типа: на международном рынке — Panasonic, Alps и корейская компания Micro Phoenix; на внутреннем рынке — G-Tech, Hobbite и другие. Основной технологический процесс — это технология литья (непрерывное литье или многопозиционное литье). Хотя затраты на пресс-формы относительно высоки, преимуществами являются хорошая стабильность от партии к партии и высокая точность, что делает их пригодными для крупносерийного производства.
Сферы их применения еще шире. Помимо оптических модулей средней и высокой скорости для центров обработки данных, они также используются в оборудовании оптической связи для базовых станций 5G — например, сигнал 5G на наших телефонах должен ретранслироваться базовыми станциями, а оптические модули в этих базовых станциях используют стеклянные асферические линзы для обеспечения высококачественной передачи сигналов 5G на большие расстояния. Кроме того, такие области, как промышленные и медицинские лазеры, немыслимы без них, поскольку их точность соответствует строгим требованиям к лучу, предъявляемым высокотехнологичным оборудованием для коллимации, соединения и фокусировки лучей.
Я должен отметить, что Hobbite здесь, в Китае. Их технология неизотермического формования обладает значительными преимуществами. Она позволяет наладить массовое производство, аналогичное производству кремниевых линз, и изготавливать плоские формованные изделия с многослойной матрицей и несколькими каналами, которые широко используются в таких популярных областях, как CPO, NPO, OCS и съемные оптические модули.
Кроме того, существует множество видов стеклянных линз, таких как непокрытые асферические линзы (доступны как круглой, так и квадратной формы), асферические линзы с металлическими оправами, Асферические линзы CAP, а также матричные асферические линзовые решетки, каждая из которых предназначена для различных сценариев применения.
Третий тип: C-LENS — бывший «Большой брат»
Линзы C-LENS изготавливаются исключительно методом холодной обработки. Скорость их производства растет медленно и в основном опирается на ручной труд в сочетании с полуавтоматизированными операциями, при этом полная автоматизация недостижима. Многие ветераны отрасли, возможно, помнят: до того как около 2019 года получили широкое распространение кремниевые линзы, практически во всех оптических модулях использовались линзы C-LENS — они были недорогими, поддавались индивидуальной настройке, экономили место при установке и обеспечивали высокую рентабельность.
Однако позже, когда спрос на оптические модули резко вырос, производственные мощности C-LENS оказались недостаточными, и их в основном заменили кремниевые линзы. Это также свидетельствует о том, насколько прагматична и дальновидна наша отрасль производства оптических модулей и оптического оборудования — мы используем всё, что подходит.
В настоящее время компания C-LENS еще не полностью ушла с рынка. Они в основном используются в некоторых оптических модулях со средней и низкой скоростью передачи данных, выпускаемых небольшими партиями, таких как оптоволоконные модули передачи данных для оборудования видеонаблюдения, оптоволоконные интерфейсы для небольших маршрутизаторов и некоторое промышленное оборудование для оптической связи, изготовленное по индивидуальному заказу. В этих сценариях требования к пропускной способности не столь высоки, а приоритет отдается экономической эффективности.
Кто восполняет недостатки кремниевых линз?
Однако кремниевые линзы также имеют свои ограничения, например, относительно низкую избирательность по длине волны. Например, на широко используемой длине волны 850 нм массив асферических линз Hobbite может эффективно дополнять кремниевые линзы. Однако в сфере крупномасштабного применения модулей SR (оптических модулей ближнего действия) на рынке фактически доминируют пластиковые линзы.
Помимо этого, многие шаровые линзы размера CAP занимают более 80% доли рынка в сегменте низкоскоростных устройств в корпусах TO-CAN — по-настоящему “незаметные лидеры”. Возможно, вы не знакомы с устройствами в корпусе TO-CAN; они часто используются в качестве основных компонентов в оптоволоконных приемопередатчиках и низкоскоростных оптических модемах. Например, в старых домашних оптоволоконных модемах или оптоволоконных приемопередатчиках для небольших офисов используются эти шариковые линзы типа CAP, которые отвечают за простую передачу и прием оптического сигнала, отличаются стабильностью и недорогой стоимостью.
Четвертый тип: пластиковые линзы — “король экономичности” для ближнего зрения
Пластиковые линзы “победили” в сфере модулей SR по нескольким причинам. С одной стороны, существует высокий спрос, обусловленный широкомасштабным внедрением модулей SR. С другой стороны, сами пластиковые линзы обладают рядом преимуществ — низкой стоимостью, небольшим весом и пригодностью для массового производства. К числу ведущих компаний в этой области относятся тайваньские Ho Cheng, Foxconn и Dongguan Blue Light. Процесс производства также основан на использовании форм, аналогично процессу литья стеклянных асферических линз, но с более низкими затратами, что делает его более подходящим для широкого внедрения.
Они в основном используются для оптической передачи данных на короткие расстояния, например, для соединений внутри центров обработки данных (передача оптического сигнала между различными серверами в серверном помещении), для оптоволоконных соединений в локальных сетях офисных зданий, а также для передачи данных по оптоволокну на короткие расстояния между домашними оптоволоконными модемами и маршрутизаторами. В этих сценариях нет необходимости в передаче на большие расстояния, а стоимость играет более важную роль. Пластиковые линзы хорошо отвечают этим требованиям, а их небольшой вес позволяет уменьшить размеры оборудования.
Заключительные мысли
Вот основные типы линз, используемых в сфере оптической связи. С точки зрения масштабов производства, выбора сценариев применения и направлений развития технологий эти, казалось бы, крошечные линзы на самом деле занимают ключевое место в производственной цепочке отрасли оптической связи — без них невозможно было бы обеспечить эффективную и стабильную передачу оптических сигналов, а такие привычные для нас сценарии, как работа центров обработки данных и оптоволоконная связь, не могли бы функционировать должным образом.
Как человек с 22-летним стажем работы в этой отрасли, наблюдая за тем, как ассортимент линз превратился из одной категории в разнообразный ассортимент, а также за тем, как отрасль перешла от зависимости от импорта к расцвету отечественных компаний, я действительно испытываю сильные эмоции. Отрасль развивается, и мы растем вместе с ней.
Если вы заметили какие-либо упущения, пожалуйста, не стесняйтесь исправлять и дополнять!
Компания Hobbite уже 11 лет специализируется в области оптической связи, в основном предоставляя следующие услуги: проектирование оптических систем, прецизионную обработку оптических элементов (сферическая/плоская/нанесение покрытий), неизотермическое формование и производство оптических компонентов по заказу (OEM). В нашей компании работает команда из 260 человек. Приглашаем вас связаться с нами для получения консультации! Электронная почта: [email protected]
