高速光通信用集成光[1]..

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1、高速光通信用集成光路波导器件事业化简介2010.5§1集成光路波导器件基本概念在同一块基底的表面上，用折射率略高的材料制作截面尺寸为微米量级的光学通道，称为光波导。由光波导构成的光学回路称为集成光路，也常被叫作平面光学回路（PLC）。特定的光波导回路可以实现特定的功能，此时被称作波导器件。波导器件大致可以分为两类。一类是以Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体为基底，在其表层集成了光源、波导回路和探测器，称为单片型；另一类是在介质材料基地上制备波导回路，与外置光源和探测器混合集成，称为混合型。目前单片型器件尚在发展中

2、，在国民经济建设中已经付诸应用的主要是混合型。§2集成光路波导器件的基本特点1.尽管集成光路与集成电路在概念上有类似之处，最重要的区别在于集成光路以光波电磁场为载体，器件设计主要利用了光波电磁场的波面特性，具有独到的信息处理功能。2.信息携带量大。电子线路的传输容量的理论极限值约为10G，采用光传输，即使使用一个波长也可达到50T（1T=1000G）的容量，若增加波长数目还可成倍地增长。3.抗电磁干扰能力强，易于扩容。光波一般不受其它电磁波干扰，容易实现波分复用技术。4.抗振动能力强。由于光学回路集

3、成在一个基地上，无需常规光学器件在使用中要求的防振环境。5.体积小、重量轻、性能好、功能集成度高。在这方面甚至连光纤器件都无法比拟。6.由于采用平面加工工艺，易于批量生产。§3集成光路的发展历程有关集成光路的研究，是从1969年美国贝尔实验室提出了集成光学的概念开始的。至20世纪90年代初期长达20多年的期间内，主要是基础研究和应用技术研究，范围几乎涵盖了光信息处理的所有领域。20世纪90年代中期，随着互联网和信息高速公路在全世界的普及，通信容量迅猛增长，亟需超高速、大容量的光通信器件，经历了长期技

4、术研究积累的光波导器件受到企业界的高度关注，国际上一些著名光电子器件公司纷纷投入资金研发实用产品。20世纪90年代后期形成波导实用产品，光波导器件开始大量应用于光纤通信网络。进入21世纪以来，国际上光通信用户网络开始提速，主要技术是光纤到户（FTTH），对光波导器件的需求激增，市场进入成长期。§4商业化波导器件技术的现状和发展趋势商业化波导器件技术的现状主要围绕三网合并要求的光通信用户网光纤到户展开，未来发展主要围绕计算机、手机以及视频设备等IT产品的大容量数据传送、以及物联网的建设展开。1.光纤到

5、户网络中大量使用的波导器件是多通道功分器，主要有1×4路、1×8路、1×16路、1×32路、1×64路、以及2×8路、2×16路、2×32路、2×64路石英波导分支耦合器。该类器件采用石英材料在石英基板上制备单模波导回路，属硬性波导。波导芯片制造技术有火焰水解淀积法和PECVD法等。2.面向IT产品的波导器件主要是带有电光转换和光电转换功能的多模波导数据线，是集成光路和电子回路同基集成的器件，且要求高度的柔软性和长寿命重复折绕性。采用高分子材料制备，属柔性波导。主要制造技术是软光刻技术。3.物联网是

6、下一代超大规模的信息网络，简单讲，互联网主要是计算机之间的网络，有线电视网络主要供电视信号，电话网络主要是电话之间的网络，而物联网是在上述三个网络合并的基础上，进一步发展成为可携带信息的物体之间的信息交换网络。其规模和功能将随着时代的发展而无至尽地进步。§5波导芯片制造技术现状波导芯片是一种高技术产品，目前能够自主制造并提供石英波导商业产品的代表性企业是：日本NEL、日本NHK（现已转让给日本欧姆龙）、日本日立电缆、美国JDSU、韩国WOORIRO、韩国PPI、以及欧洲FILAR等公司。目前正在开发

7、商业化柔性波导的几乎都是日本企业，有NITTA、欧姆龙、NTT、三井化学、PAINT、富士ZEROX等。中国企业尚不具备独立的波导芯片制造能力。上理工陈抱雪在1995～1999年间，在日本NHK中央研究所作为主力研究员开发完成了石英波导器件，器件在北美得到了大量使用，成果入选1999上海留学人员成果展。最近10年来与国外大学和企业合作，指导团队开发多种高分子波导，包括柔性波导，已完成了波导样品试制。§6波导模块在光纤通信网络中导入波导器件，必须解决光纤和光波导的连结封装，完成封装后的波导器件称为波导

8、模块（或称PLC模块）。器件封装过程包括输入/输出光纤列阵分别与光波导输入/输出端的调芯对接耦合、端面粘结剂的稳定均匀固化、以及装盒闭封等工艺流程。器件评价包括基本光学特性、机械特性和耐环境变动特性等，其中基本光学特性指标主要是插入损耗、多路输出功率的均匀性、偏振变动损耗（PDL）等三项。器件的基本光学指标受两方面因素的制约，一个是光波导、光纤列阵等分立元件自身的品质，另一个是将分立元件对接封装为一体涉及的材料和工艺。其中尤其重要的技术是光波导芯片与光纤列阵的低损耗对