11/24/2005， 一、無源器件：
    先來看我自己在本期PTL發(fā)表的一篇論文，是關(guān)于平面波導(dǎo)制作過程中工藝誤差分析的，主要是在器件進(jìn)一步加工前對波導(dǎo)沉積過程里引入的灰塵、氣泡等缺陷對波導(dǎo)性能（主要是損耗）的影響做出預(yù)先判斷。結(jié)論和我們的常規(guī)想象不太一樣，并不是缺陷尺寸越大帶來的損耗越大，某些缺陷即便尺寸達(dá)到波長量級可是帶來的損耗卻并不明顯，而只有某些具有特定結(jié)構(gòu)參數(shù)（包括形狀、尺寸和折射率等）的缺陷才能帶來大的損耗。對這一結(jié)論，我使用缺陷結(jié)構(gòu)和入射光間的共振來做出解釋，并針對氣泡和灰塵顆粒兩種不同的缺陷，采用FP共振模型對其中一個共振峰做了正確的解釋。之所以要做這個工作，我主要是考慮到集成器件制作的繁縟工藝步驟帶來了器件高昂的成本，如果在沉積過程里帶來的缺陷足以對器件使用帶來致命傷，那么如果做出合理判斷的話，我們可以避免芯片在后續(xù)刻蝕工藝?yán)锢^續(xù)被使用，從而有效降低廢品率。當(dāng)然再考慮到實(shí)際缺陷的復(fù)雜性，后續(xù)還要做的研究工作還有很多。
談到波導(dǎo)沉積，目前普遍使用的工藝有兩種，其一是火焰水解沉積（FHD），其二是等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積（PECVD）。前者在國際上使用并不多，主要集中在東亞的一些公司，其中韓國和臺灣的幾個大公司都有使用。而后者無論在實(shí)驗(yàn)室還是企業(yè)里都被廣泛使用，比較著名的儀器賣家主要有STS和Oxford。從技術(shù)層次比較，一般前者由于直接使用高溫火焰槍噴射，因此可以在幾分鐘內(nèi)沉積幾十微米的厚膜，但比較疏松，需要嚴(yán)格的退火過程，均勻性一般較差，后者由于在等離子射頻狀態(tài)下沉積，因此均勻性較好，性能穩(wěn)定。從價格上看，前者卻具有顯著優(yōu)勢，一般只有后者一半甚至更低的成本。本期韓國三星就對原有FHD工藝做出了改進(jìn)，通過調(diào)節(jié)原料氣體配比和火焰槍結(jié)構(gòu)得到了與PECVD性能相近甚至更好的高性能厚氧化硅層。膜層均勻有什么好處呢？它決定著器件的損耗、串?dāng)_以及通道均勻性等關(guān)鍵性能參數(shù)。顯然如果FHD能得到與PECVD相似的膜層，再加上其儀器的低成本優(yōu)勢，該技術(shù)甚至有取代PECVD的可能。三星用原先的FHD技術(shù)，改進(jìn)的技術(shù)，以及PECVD技術(shù)分別做了一個AWG，并對其性能進(jìn)行比較研究。結(jié)果很鼓舞人心，使用改進(jìn)技術(shù)插損和通道均勻性均與PECVD相當(dāng)，而串?dāng)_比起原有技術(shù)更有了明顯改進(jìn)，與PECVD的接近。如其關(guān)鍵改進(jìn)適合推廣的話，技術(shù)影響力必然得到明顯提升。
接著來看日立公司對硅基AWG的一個改進(jìn)研究，相對于先前的研究其新穎點(diǎn)主要有兩個，其一是通過改進(jìn)工藝（PECVD），使得芯層和包層的折射率查達(dá)到2.5%左右，將器件尺寸較通常器件降低了至少10％，其二是在自由擴(kuò)散區(qū)使用了凹槽，實(shí)現(xiàn)熱不敏感器件設(shè)計，這并不是日立的創(chuàng)新，十年前已經(jīng)有人這么干了還申請了專利。日立是對原有技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，其實(shí)很簡單，就是在原有的空氣凹槽中填充進(jìn)了一種樹脂，其好處無非是改進(jìn)了波導(dǎo)均勻性。效果還是很明顯的，相對于空氣凹槽，熱不敏感帶來的損耗犧牲降低到了0.9dB左右，這是一個通常應(yīng)用可以接受的值。
二、有源器件：
先來看VCSEL長波化的研究，從一年多來對PTL和JLT的評析過程里可以看到，這是一個熱門研究課題，已取得的成果有很多，但也具有這樣那樣的問題，總的來看把這樣廉價的優(yōu)勢技術(shù)向中長距離推廣的過程中，還有好長一段路要走。以前介紹過使用InAlGaAs的有源區(qū)，和合適的分布反饋層可以獲得綜合性能相當(dāng)不錯的長波連續(xù)輸出，可是其分布光柵區(qū)很難通過通常的外延技術(shù)實(shí)現(xiàn)，這明顯扼殺了技術(shù)推廣的可能。本期來看California大學(xué)的采用InP基底AsSb分布反饋層的1.3微米連續(xù)光發(fā)射VCSEL激光器的研究，其顯著特點(diǎn)是反饋層與基底具有良好匹配性，因此整個工藝均通過分子外延實(shí)現(xiàn)，從技術(shù)前提上看，首先其具有批量生產(chǎn)的可能。其性能也還是很不錯的，偏置電流僅5.9mA，消光比好于8dB。實(shí)際測試中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了3.125Gb/s的無誤碼工作。
半導(dǎo)體激光器方面，中科院半導(dǎo)體所關(guān)于1.55微米單片集成模班轉(zhuǎn)換的DFB激光器的研究也很值得一提。采用模班轉(zhuǎn)換后可實(shí)現(xiàn)對單模光纖低損耗耦合，其單橫模單縱模的輸出實(shí)現(xiàn)了38dB的旁瓣抑制比。制作過程里其采用了低能離子注入式量子阱混合（QWI）技術(shù)。這里簡要提一下QWI的技術(shù)背景。QWI是由Intense光子公司近年提出的，用于在單芯片上集成大量多功能光元件的SOC制作技術(shù)，其可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的集成生產(chǎn)，可以在單個芯片上集成所有的光元件，從而使OEM可以構(gòu)思出基于高集成度光元件的系統(tǒng)架構(gòu)。例如Intense已經(jīng)研制出一種用于EFDA的泵浦的砷化鎵激光器陣列集成芯片，其每個元件都可以被單獨(dú)設(shè)置定位，可以傳送超過220mW的輸出功率，在每一個激光元件的兩側(cè)放置兩個無源波導(dǎo)元件，該技術(shù)也通過提高光損害閥值來改善產(chǎn)量，放寬了機(jī)械分裂和封裝校準(zhǔn)的誤差限度。
三、系統(tǒng)與子系統(tǒng)：
來看韓國研究者制作的1.25Gb/s的雙向光收發(fā)模塊。其無源部分如方向耦合器，有源部分如模班轉(zhuǎn)換、FP-LD和波導(dǎo)光電探測器等均被集成在一塊硅基芯片上。之所以在系統(tǒng)部分先提到這個工作，主要是感嘆于其精湛的集成技術(shù)。從它的實(shí)際測試結(jié)果，在沒有任何功率補(bǔ)償?shù)那疤嵯拢?.25Gb/s雙向工作都可以獲得非常完美的眼圖和25.5dBm的最低接收靈敏度，綜合性能相當(dāng)不錯。
其余的系統(tǒng)還有：比利時研究者針對GPON突發(fā)模式光發(fā)射機(jī)設(shè)計的高速、“智能化”自動功率控制（APC）設(shè)備也很有意思。其合適的算法選擇使得回路工作精確而快速，其整體概念非常適合GPON標(biāo)準(zhǔn)；韓國的研究者用光柵方向耦合器做外腔激光器的外腔鏡，制作了一個小的系統(tǒng)，可以改進(jìn)旁瓣抑制比，使該指標(biāo)可以達(dá)到60dB以上，類似的嘗試以前還沒有過。
四、光網(wǎng)絡(luò)：
先來看OCDMA的研究。在CDMA系統(tǒng)中，擴(kuò)頻編碼都是使用Walsh碼。對此很多專家建議用新的編碼效率更高的碼來代替它。目前，國際上的重點(diǎn)是研究多維編碼技術(shù)（配合正在研究的多維計算機(jī)技術(shù)），以期成倍的提高編碼效率，提高CDMA系統(tǒng)的容量。在OCDMA方面，目前已經(jīng)有基于波長-時間的成功多維編碼案例，有效增加了用戶數(shù)量，數(shù)據(jù)容量，設(shè)計靈活度也得到有效提高。本期加拿大McGill大學(xué)的研究者演示了基于差分檢測的二維波長-時間混合編碼模式的OCDMA系統(tǒng)，其使用的主要元件，如WDM器等，都是現(xiàn)有的商用元件。此前相關(guān)的理論研究也有過，但實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)這還是第一次；還是針對波長-時間的混合編碼，加拿大研究者對1.25Gb/s的四用戶OCDMA系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別使用寬帶摻鉺光纖光源和多波長發(fā)射兩種光源，對其相關(guān)特性進(jìn)行了比較研究。結(jié)果證明光源選擇對光電探測噪聲有重要的影響，通常使用分立譜線的多波長激光器比使用連續(xù)的寬帶激光器更有利于獲得優(yōu)良的性能。
光交換方面：光標(biāo)記交換（OLS）是指利用各種方法在光包上打上標(biāo)記，即把光包的頭地址信號用各種方法加載在光數(shù)據(jù)包上，根據(jù)光標(biāo)記實(shí)現(xiàn)光交換節(jié)點(diǎn)的全光交換。常用的OLS基于OCDM、SCM和WDM三種接入技術(shù)，其中WDM接入上依靠波長濾波，可以實(shí)現(xiàn)無功耗的字節(jié)-字節(jié)的標(biāo)記分離。本期東京工學(xué)院的研究者基于WDM接入，提出了一種新穎的標(biāo)記格式，實(shí)現(xiàn)了有效載荷在時間上分離，和波長上的交疊，實(shí)現(xiàn)了10Gb/sNRZ格式有效載荷的無誤碼交換。
差分相移鍵控(DPSK)在以前的評析中曾多次提到，其擴(kuò)展技術(shù)多階差分相位（MDP）格式在單根光纖上，對有限的帶寬，有效的復(fù)用差分相位編碼和強(qiáng)度調(diào)制兩種模式，有效提高了數(shù)據(jù)吞吐量。本期以色列的研究者對這種較新的調(diào)制格式性能極限做了研究，即主要探討相對于傳統(tǒng)系統(tǒng)，MDP格式對給定誤碼率的量子極限。
來看WDM-PON：在WDM網(wǎng)絡(luò)中，鏈路故障造成的網(wǎng)絡(luò)停頓是時常出現(xiàn)的，有效抑制，實(shí)現(xiàn)自愈合是常見的研究方向。本期香港大學(xué)的研究者就基于全光環(huán)狀探測，提出了一種單光纖雙向自愈合的WDM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于高速城域網(wǎng)；韓國的研究者在光網(wǎng)絡(luò)終端應(yīng)用波長獨(dú)立的反射式增益飽和半導(dǎo)體光放大器，構(gòu)建了雙向WDM-PON。其RSOA模塊輸入飽和功率低于13dBm，對任意偏振態(tài)，在C帶內(nèi)的飽和增益超過13dB。上載信號是通過對下載信號再調(diào)制而得到的，其調(diào)制強(qiáng)度收到RSOA的抑制。其實(shí)驗(yàn)上，成功實(shí)現(xiàn)了20km，1.25Gb/s上載和2.5Gb/s下載的雙向工作。