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高速集成光源向中国发出“好声音”

2013-06-25 10:11
黯影冰风
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  随着我国光纤通信网络的普及和广范应用,大到国防、高端信息产业,小到每个老百姓的上网、通信消费,都对高速光源器件有着迫切的需求。而长期以来,我国的分布反馈半导体激光器及其集成光源等高端芯片和模块一直依赖进口,且价格非常昂贵,这严重制约了我国信息基础设施建设的发展。

  光纤通信领域的超级“手电筒”

  拨一通电话、发一条信息或者浏览一下网页、看一个电视节目……每天每时,我们都在消费信息。而大约20年前,一个公共电话的后面,可能排着长长的等待队伍;互联网对于专家、教授都是奢侈品。通信行业如此快速的发展,光纤通信技术发挥了支柱性的作用。光纤骨干网、城域网以及宽带光纤接入网已构成如今的信息网络的基石。

  图:罗毅(右一)指导博士生进行半导体材料生长实验

  光纤即光导纤维,是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。简言之,光纤是传输光信号的工具,而光信号则来自于“光源”,这便是清华大学信息学院罗毅教授项目组研发的目标——“高速分布反馈半导体激光器及其与电吸收调制器单片集成光源”。

  这一“光源”分为两种情形。光信号比较慢时,不需要集成一个调制器,可以通过直接改变半导体激光器的驱动电流的强弱,实现强度随时间变化的光信号;当光信号的速度需要很快时,激光器的驱动电流不变,输出恒定强度的光,通过集成电吸收调制器去高速控制输出光信号的强度,此种光源又称为“集成光源”。在光纤通信的系统中,“光源”的角色只是沧海一粟,但它的地位却是核心的,没有光的信息源,光纤就是单纯的材料,毫无用处。“‘光源’的工作就像一个手电筒,不断地开关,光纤里才有了光和信号。”罗毅如此比喻。

  为什么要将激光器与调制器集成在一起呢?“如果单独封装这两样东西,成品大概是两个拇指节那么大,集成后封装就只有一个拇指节那么大。”罗毅说。同时,单独封装还需要光纤将两者连接起来,而集成则免除了这个麻烦,使运行更加可靠。与普通的做法相比,罗毅项目组采用了同一外延层的集成方法,即激光器与调制器共用同样的多量子阱外延层,使外延生长次数和工艺步骤减少了约50%,这就显著降低了集成器件的制作成本,是光电子集成器件制造领域的一个重要创新。

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