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光有源器件中的光集成技术演变

导读: 光集成器件由于其综合成本低、体积小巧、易于大规模化地装配生产、工作速率高、性能稳定等等优点,早在20世纪70年代就引起了世人的关注和研究。

  光集成器件由于其综合成本低、体积小巧、易于大规模化地装配生产、工作速率高、性能稳定等等优点,早在20世纪70年代就引起了世人的关注和研究。在随后的三十多年里,随着光波导制作技术以及各种精细加工技术的迅速发展,光集成器件正在大量地进入商用,尤其是基于PLC (Planar Lightwave Circuit)平面光回路的一些光无源器件,如光分路器(Splitter)、阵列波导光栅(AWG)等等,目前已成为光通信市场上的热门产品。在光有源器件的领域中,尽管世界上一些公司如NEC、Enablence、Hoya Xponent公司等早已宣布了一些诸如Diplexer、Triplexer的产品(如图一所示),但是,和光无源的产品比较起来,由于要将激光器(LD)、探测器(PD)等与一些无源器件集成在一个平台上,这些有源的集成产品还远远未达到大规模的商用,多多少少在产品上遇到了可能来自以下几方面的困难:

  1)要将相比而言价格高昂的LD和PD,与低成本的一些无源器件集成在一起,本身就增加了加工工艺的复杂性,同时两者的波导材料不尽相同,因此,集成的难度大大增加;

  2)涉及到了有源器件的耦合问题,在高产能的情况下,器件的耦合的成品率是一个关键性的难题;

  3)集成后的器件的成本依然较高。在一些无源器件如基于PLC 的AWG相对而言目前成本还较高的情况下,将LD,PD集成的器件,要大幅度地降低其成本,显然也会遇到极大的挑战。

图一 一个典型的PLC Triplexer芯片 (图片来自Hoya Xponent公司产品说明)

  综上所述,时至今日,在有源光器件方面,市场上占据绝对主流的依然还是采用微光学(Micro Optics)技术的产品。微光学技术,有时也被称为体形光学(Bulk Optics)技术,属第二代光学器件技术。而集成光器件属于第三代光学器件技术,在光的形态上不再是传统的射线光学,而是波动光学,在技术上和薄膜光学、精细加工等密不可分,毫无疑问代表着未来光器件的发展方向,只是,要全面取代微光学器件,无论在性能还是成本等方面,仍然任重道远。

  1  光集成技术在有源器件中的演变趋势

  习惯上,光集成的技术流派可以分为三大类:一类是基于硅光平台(SiOB,Silicon Optical Bench)的,目前广为流行的PLC技术当属同一流派,只是在技术上更进了一步,不需要任何透镜,并且用光波导替代了空间光路的传播;一类是基于光子集成回路(PIC,Photonic Integration Circuit)的,主要是光子器件的单片集成(Monolithic Integration)路线;另外一类是基于光电子集成回路(OEIC,Optical & Electronic Integration Circuit)的,是将光子器件和电子元件集成在一个芯片上。

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