第21卷,第3期2004年7月深圳大学学报理工版JOURNALOFSHENZHENUNIVERSITYSCIENCEANDENGINEERINGVol121,No13July2004文章编号:100022618(2004)0320189207【两院学术论坛】支撑光网络发展的光子集成器件研发与趋势王启明(集成光电子国家重点联合实验室中国科学院半导体研究所,北京100083)摘要:从密集波分复用(DWDM)光网络的发展需求出发,评述目前支撑光网络关键性光子器件的发展现状,指出光器件集成芯片、光电子系统集成芯片,尤其是以Si为平台的系统集成芯片和规模化产品技术的研发是未来光电子的发展趋向.关键词:光网络;光器件;光子集成;光电子集成中图分类号:TN929111文献标识码:A光网络Tb/s级传输的最佳选择.对DWDM光网络中的信道间隔,ITU2T已给出了标准,至少为100GHz(即018nm波长),随着技术的进步,还将按几何级数成倍减小.由于DWDM多通道光波长如此紧邻,且解复用后在空间分布上也非常靠近,因此在对通道进行检测时,波长的精确对准与近邻通道串扰的抑制是需要解决的重要课题.112信息上下载路与灵活分插复用传送信息的多址上下载路与灵活分插复用功能是光网络有别于点对点通信的关键所在.基于电子功能的上下话路分插复用(ADM)已满足不了当前的需求,必须采用高速率全光操作,因此全光上下载路分插复用(OADM)已提上日程.AWG依然是实现分插复用的基础,而光开关阵列则最终完成用户与网络的连接.开关响应速率的快慢决定了网络与用户间运作联系的实时性需求,计算机联网实时性要求至少达纳秒(ns)的响应,高速光开关阵列的研发将是提升网络功能水平的重要标志.113网际间信息的共享与交换未来的光网络不仅将成为国家信息基础设施的关键,也是全球信息一体化的基础.无论哪一个地光网络发展对器件的需求1光网络是未来国家信息基础设施的核心.它以最大限度服务于广大用户日益增长的信息需求为宗旨.用户对信息需求是多样化的并随时不断变化,光网络必须具有对大容量多媒体信息传送的完全兼容与充分透明.未来的光网络将是一个以数字化表征为基础的多媒体宽带综合服务网,其基本功能构架可分解为:超高速率、大容量信息比特的加载与传送,用户信息需求的上下载路与灵活的分插复用,网际间信息的快速交换与共享以及网络对传输信道的高效经济路由选择4部分.111超高速率、大容量信息比特的加载与传送Tb/s级信息比特量的传送是光网络发展的起点.目前用于单通道传输的半导体激光源(包括驱动电路的速率)信息加载能力只达40Gb/s.从技术难度和经济性考虑,企图突破100Gb/s的门坎已相当困难.波分复用技术是唯一可行的出路,窗口的实现为此奠定了基础.全波高密集度、高质量的波分复用器的发展将为其关键.基于SiO22Si体系的波导光栅阵列(AWG)能满足这一要求,是实现密集波分复用(DWDM)收稿日期:2003212225;修回日期:2004204226基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(G2000036603,90104003);国家自然科学基金重大研究计划项目(69896260)作者简介:王启明(19342),男(汉族),福建省泉州市人,中国科学院半导体研究所研究员,中国科学院院士.E2mail:qmwang@red1semi1ac1cn一体化的关键接口.它既类同于上下载路,又与之有重大区别:首先网络交换对实时性要求更高.不同地区的不同网户对信息的需求千差万别,网络必须能满足其最高需求,纳秒响应的光开关是光交换(OXC)系统所必需的.其次,网际交换对应着众多用户(尽管大部分用户可通过地区网转发),光开关矩阵的集成度远比OADM大得多,它通过众多长),能满足光网络发展的需求.目前可加载40Gb/s的这类DFB2EA集成光源已研究成功,开始在实验系统中应用,商用系统上普遍使用的则是10Gb/s的集成光源.当前的研究课题是在集成光源中实现微调谐功能,以符合ITU2T标准的要求.212波分复用与解复用器复用器应是一种具备对称功能的器件.现已发展了多种复用器,如多层介质膜滤光片复用器、光纤光栅复用器等.然而,它们的损耗随着复用通道的增加而增大,因而满足不了DWDM的密集复用传输,一般只适用于32个通道以下,如在局域网或接入网中上下载路分插复用使用.SiO22Si系的AWG是目前用于DWDM光网络的理想选择.从技术上看,它的复用路数几乎不受限制,只要增加弯曲波导的路数(一般为通道数的10倍)即能达到.同时它的制备工...