第一節(jié) 光纖通信器件基本生產(chǎn)技術(shù)

1、光有源器件

光有源器件超晶格結(jié)構(gòu)材料與量子阱器件，目前已完全成熟，而且可以大批量生產(chǎn)，已完全商品化，如多量子阱激光器(MQW-LD，MQW-DFBLD)。除此之外，目前已在下列幾方面取得重大成就。

1）集成器件

這里主要指光電集成(OEIC)已開始商品化，如分布反饋激光器(DFB-LD)與電吸收調(diào)制器(EAMD)的集成，即DFB-EA，已開始商品化;其它發(fā)射器件的集成，如DFB-LD、MQW-LD分別與MESFET或HBT或HEMT的集成;接收器件的集成主要是PIN、金屬、半導(dǎo)體、金屬探測器分別與MESFET或HBT或HEMT的前置放大電路的集成。雖然這些集成都已獲得成功，但還沒有商品化。

2）垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)

由于便于集成和高密度應(yīng)用，垂直腔面發(fā)射激光器受到廣泛重視。這種結(jié)構(gòu)的器件已在短波長(ALGaAs/GaAs)方面取得巨大的成功，并開始商品化;在長波長(InGaAsF/InP)方面的研制工作早已開始進(jìn)行，目前也有少量商品。可以斷言，垂直腔面發(fā)射激光器將在接入網(wǎng)、局域網(wǎng)中發(fā)揮重大作用。

3）窄帶響應(yīng)可調(diào)諧集成光子探測器

由于DWDM光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信道間隔越來越小，甚至到0.1nm。為此，探測器的響應(yīng)譜半寬也應(yīng)基本上達(dá)到這個要求。恰好窄帶探測器有陡銳的響應(yīng)譜特性，能夠滿足這一要求。集F-P腔濾波器和光吸收有源層于一體的共振腔增強(qiáng)(RCE)型探測器能提供一個重要的全面解決方案。

4）基于硅基的異質(zhì)材料的多量子阱器件與集成(SiGe/SiMQW)

這方面的 研究 是一大熱點(diǎn)。硅(Si)、鍺(Ge)是簡接帶源材料，發(fā)光效率很低，不適合作光電子器件，但是Si材料的半導(dǎo)體工藝非常成熟。于是人們設(shè)想，利用能帶剪裁工程使物質(zhì)改性，以達(dá)到在硅基基礎(chǔ)上制作光電子器件及其集成(主要是實(shí)現(xiàn)光電集成，即OEIC)的目的，這方面已取得巨大成就。在理論上有眾多的創(chuàng)新，在技術(shù)上有重大的突破，器件水平日趨完善。

2、光無源器件

光無源器件與光有源器件同樣是不可缺少的。由于光纖接入網(wǎng)及全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，導(dǎo)致光無源器件的發(fā)展空前地?zé)衢T。常規(guī)的常用器件已達(dá)到一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，品種和性能也得到了極大的擴(kuò)展和改善。

所謂光無源器件就是指光能量消耗型器件、其種類繁多、功能各異，在光通信系統(tǒng)及光網(wǎng)絡(luò)中主要的作用是:連接光波導(dǎo)或光路;控制光的傳播方向;控制光功率的分配;控制光波導(dǎo)之間、器件之間和光波導(dǎo)與器件之間的光耦合;合波與分波;光信道的上下與交叉連接等。早期的幾種光無源器件已商品化。其中光纖活動連接器無論在品種和產(chǎn)量方面都已有相當(dāng)大的規(guī)模，不僅滿足國內(nèi)需要，而且有少量出口。

光分路器(功分器)、光衰減器和光隔離器已有小批量生產(chǎn)。隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，相繼又出現(xiàn)了許多光無源器件，如環(huán)行器、色散補(bǔ)償器、增益平衡器、光的上下復(fù)用器、光交叉連接器、陣列波導(dǎo)光柵CAWG等等。這些都還處于研發(fā)階段或試生產(chǎn)階段，有的也能提供少量商品。按光纖通信技術(shù)發(fā)展的一般規(guī)律來看，當(dāng)光纖接入網(wǎng)大規(guī)模興建時，光無源器件的需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對光有源器件的需求。這主要是由于接入網(wǎng)的特點(diǎn)所決定的。接入網(wǎng)的市場約為整個通信市場的三分之一。因而，接入網(wǎng)產(chǎn)品有巨大的市場及潛在的市場。

第二節(jié) 光纖通信器件新技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用情況

1、光開關(guān)是新一代全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件，主要應(yīng)用在光交換設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)全光層次的路由選擇、波長選擇、光交叉連接、自愈保護(hù)等功能。在目前也是一個相當(dāng)熱門的 研究 領(lǐng)域。在實(shí)現(xiàn)光開關(guān)的眾多技術(shù)之中，MEMS技術(shù)由于可在極小的晶片上排列大規(guī)模機(jī)械矩陣，解決了OXC發(fā)展中容量限制瓶頸的一大問題，同時在技術(shù)不斷改進(jìn)之后，MEMS開關(guān)的回應(yīng)速度和可靠性也將大大提升。因此，從目前的情況來看，利用MEMS設(shè)計的OXC，極有可能成為今后OXC的主要發(fā)展方向。

2、在器件領(lǐng)域，最有可能引領(lǐng)全球市場的企業(yè)將是蘇州中光科技發(fā)展有限公司。據(jù)介紹，這家企業(yè)已經(jīng)研發(fā)成功了應(yīng)用于氧化鋯陶瓷插芯生產(chǎn)的雙向定位干粉干壓成型技術(shù)，填補(bǔ)了國內(nèi)國際空白。這一技術(shù)使中國在光纖連接器領(lǐng)域首次擁有了自主核心知識產(chǎn)權(quán)。在這一技術(shù)推向市場后，中國在光纖連接器相關(guān)的光電器件領(lǐng)域必將逐漸處于世界主導(dǎo)地位。”

第三節(jié) 光纖通信器件國外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

國外利用光電子集成技術(shù)已制成了應(yīng)用于WDM系統(tǒng)的多波長激光器陣列、光檢測器陣列、硅基平面波導(dǎo)光星形耦合器、波導(dǎo)光柵路由器等光學(xué)器件。

如果把光纖放大器與波導(dǎo)星形耦合器集成在一起，則可以制成無損耗的集成星形耦合器。進(jìn)一步把這種無損耗的集成星形耦合器與DFB激光器陣列集成在一起，則可以制成多波長激光器陣列星形耦合器，這種器件在光傳送網(wǎng)和未來的全光網(wǎng)絡(luò)中將發(fā)揮重要的作用。

利用光纖光柵可以制成具有各種功能的全光器件，如果再將這些器件集成在一根光纖中，就可構(gòu)成具有相關(guān)性能的光子器件或光子系統(tǒng)，這就是全光纖一維光子集成。這是一種具有相應(yīng)速度快、信息容量大、功能全、效率高以及可超微型化、能與光纖兼容、無插入損耗等一系列優(yōu)異特性的全光纖器件。應(yīng)用這樣的器件構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)與常規(guī)的光纖通信系統(tǒng)相比，在組網(wǎng)方式上必將發(fā)生深刻的變化?？梢哉f，光纖光柵、全光纖電子器件、平面波導(dǎo)器件及其集成的出現(xiàn)是光纖通信發(fā)展史上的一個重要里程碑，在未來的光通信、光計算及全光網(wǎng)絡(luò)中將有廣闊的應(yīng)用前景。因此，光電集成器件是光通信 行業(yè) 今后的發(fā)展目標(biāo)。也就是說要將包括無源光學(xué)器件，有源光學(xué)器件和電學(xué)控制器件集成在一個芯片上，從而使單個芯片商就包含一個模組/子系統(tǒng)/系統(tǒng)。

目前，國外在硅基光子集成方面的 研究 進(jìn)展迅速，如IBM宣布開發(fā)出10G納米光波導(dǎo)的MZ電光調(diào)制器，Intel也發(fā)布了30Gbps硅光調(diào)制器技術(shù)。國內(nèi)，除了中科院半導(dǎo)體所在硅基集成光學(xué) 研究 方面取得了一些成績，總體來說，我們國家在硅基光子集成領(lǐng)域的 研究 進(jìn)度明顯落后于發(fā)達(dá)國家。

第四節(jié) 光纖通信器件技術(shù)開發(fā)熱點(diǎn)、難點(diǎn) 分析

光纖通信正朝著密集波分復(fù)用DWDM結(jié)合光放大器OA的高性能、大容量、靈活的全光網(wǎng)絡(luò)AON發(fā)展。AON是以光纖為基本傳播媒質(zhì)，采用WDM技術(shù)提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量，以波長路由分配為基礎(chǔ)，在光節(jié)點(diǎn)采用光/分插復(fù)用和光交叉連接技術(shù)來提高吞吐量，從而使得光網(wǎng)絡(luò)具有高度靈活性和生存性。由于WDM的技術(shù)的不斷發(fā)展，提高了光互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)滿足不斷增長帶寬需求的能力，特別是未來的太比特率通信網(wǎng)只有使用光子交換技術(shù)才能滿足網(wǎng)絡(luò)容量的要求，這要依賴于合理成本下的可重構(gòu)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及結(jié)構(gòu)簡單的用于復(fù)用和交換的光器件不斷走向?qū)嵱没?/span>

全光器件是當(dāng)今光纖通信技術(shù)中的 研究 熱點(diǎn)，AON的實(shí)現(xiàn)依賴于光器件和系統(tǒng)的發(fā)展，尤其是以DWDM為基礎(chǔ)的全光網(wǎng)絡(luò)引入交叉連接和分/插復(fù)用等一些全新的技術(shù)，這些功能的實(shí)現(xiàn)很大程度上取決于新型關(guān)鍵器件的開發(fā)和研制。

同時，一種新技術(shù)或新型器件可使整個系統(tǒng)的性能大大改善，有時會推翻整個舊系統(tǒng)，因此許多公司或科研單位都投入較大的力量開發(fā)AON和WDM中的新技術(shù)和新型的光器件，其中包括集成開關(guān)矩陣、濾波器、波長變換器、新型光纖、OADM和OXC等關(guān)鍵器件，還要重點(diǎn)解決高速光傳輸、復(fù)用器、高性能的探測器和可調(diào)激光器陣列以及集成陣列波導(dǎo)器件等關(guān)鍵器件，這些光器件與光纖一起構(gòu)成了全光網(wǎng)絡(luò)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

由于對機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性要求的不斷提高，人們希望利用全光纖器件來組成光路，這是因?yàn)椋阂环矫?，信號被限制在纖芯范圍內(nèi)傳輸，從而提高了穩(wěn)定性；另一個原因則是單模光纖具有非常低的散射和本征損耗，因此，上述因素在全光纖器件的設(shè)計和開發(fā)過程中扮演了決定性的角色，使得部分全光纖器件的性能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了材料光學(xué)組件和集成光學(xué)器件。

第五節(jié) 光纖通信器件未來技術(shù)發(fā)展趨勢

在各種光器件中，作為光纖通信和光纖傳感系統(tǒng)中的重要組成部分的全光纖器件已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，并具有了一定的規(guī)模。同時，光纖通信的發(fā)展呼喚著功能更全、指標(biāo)更先進(jìn)的光器件不斷涌現(xiàn)，因?yàn)橐环N新型器件的出現(xiàn)往往會有力地促進(jìn)光纖通信的進(jìn)步，甚至使其躍上一個新的臺階。

但是，光器件的制作工藝又特別復(fù)雜，涉及許多不同的工藝技術(shù)，而每一種光器件的制作工藝又各不相同，自成體系，這些工藝技術(shù)主要涉及到機(jī)械加工、成型工藝、精密光學(xué)加工、激光加工、以及材料加工和半導(dǎo)體工藝等工藝技術(shù)，器件的優(yōu)劣、性能指標(biāo)的好壞都與工藝技術(shù)密切相關(guān)。

因此，尋求更新更先進(jìn)的工藝技術(shù)是發(fā)展光器件的重要課題，也是推動光纖通信事業(yè)向前發(fā)展的關(guān)鍵之一。而制作光器件的另外一個重要方面是光學(xué)材料。在光纖通信的自身不斷發(fā)展的同時，也推動著光學(xué)材料的向前發(fā)展，光子晶體和聚合物光器件的發(fā)展就是光學(xué)材料發(fā)展的有力例證。最后，光器件的發(fā)展過程可歸結(jié)于以下幾條主線：

1、纖維光學(xué)和集成光學(xué)共同發(fā)展，互為補(bǔ)充。

2、分離器件和集成化器件將長期共存，但發(fā)展趨勢是集成化。

3、光波導(dǎo)理論和電磁波理論是構(gòu)成光無源器件的理論基礎(chǔ)。

4、高、精、尖的加工技術(shù)是光器件的基本保證。要發(fā)展光器件，必須加強(qiáng)工藝技術(shù)的提高。

5、尋找新的光器件所需的新型光學(xué)材料。



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