12/6/2004，本期的Photonics Technology Letters（PTL）文章數(shù)目是近一年來最少的一次，僅有近二十篇文章，且都是有關(guān)全光器件的研究。細看其文章內(nèi)容可以知道，當前全光器件研究已經(jīng)涇渭分明的分成了兩個方向，即全光纖器件和半導(dǎo)體集成�，F(xiàn)對本期快報具有閃亮點的文章，并結(jié)合一年來國內(nèi)外相關(guān)研究，力圖以較短的篇幅為大家詳盡展示這兩個方向的發(fā)展現(xiàn)狀和實用前景。
一、 全光纖器件：我們的追求目標，但技術(shù)不成熟，暫時僅能處于觀望。
    光通訊應(yīng)用對機械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性都有較高要求，而通常的集成器件在光纖和波導(dǎo)對接的時候明顯增大了損耗和不穩(wěn)定因素。因此我們期望未來用全光纖器件來組成光路，這樣信號始終被限制在纖芯范圍內(nèi)傳輸，穩(wěn)定性提高；另外散射和損耗都明顯很低。然而限制其發(fā)展的主要瓶頸就是技術(shù)不成熟。盡管當前以熔錐型光纖器件為代表的部分全光纖器件的性能已遠遠超過了集成光學(xué)器件，然而該技術(shù)用于制造像AWG類似的復(fù)雜器件就無能為力了，且廢品率相當高，可以說全光纖技術(shù)還不具備加工核心無源器件的能力。
   有源方面，本期快報有多篇文章是對光通訊應(yīng)用的光纖激光器開展研究。當前國際掌握該領(lǐng)域最核心技術(shù)的應(yīng)該算SPI公司，其以外包層泵浦技術(shù)獲得的單光纖激光器最高功率達600W，這是相當驚人的一個數(shù)字。在國內(nèi)烽火承擔(dān)的863計劃結(jié)題的時候也實現(xiàn)了100W的輸出。但是我們必須注意，這些光纖激光器均使用了最短幾米長的光纖，這么長的光纖在以W量級輸出激光時，其以受激布里淵和受激拉曼散射為代表的非線性效應(yīng)對光通訊應(yīng)用都會有致命的影響。對于光通訊使用，我們更加關(guān)心的是具有相當功率輸出，卻能保持較短長度（cm量級）的光纖激光器，一方面這樣有利于集成，另一方面可以避免由于非線性效應(yīng)產(chǎn)生的調(diào)制和傳輸誤碼。但據(jù)個人了解，在此之前10cm以下長度的光纖激光器，單模輸出均非常的低，這限制了它的應(yīng)用。
本期快報我們應(yīng)特別關(guān)注亞利桑那大學(xué)不同研究小組的兩篇文章。首先 Qiu博士基于Er–Yb摻雜，分別實現(xiàn)了7cm光纖上9.3W的多模輸出，和7.1cm4W的單模輸出。我們應(yīng)特別注意其單模情況，輸出功率已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍，該激光器應(yīng)用在通訊中已經(jīng)指日可待。其實很容易想象對于短距離光纖激光器，要想保證較大的功率輸出只有兩個途徑，第一是增加摻雜濃度，可是就我所知，高濃度的稀土元素摻入光纖會對輸出功率有明顯負作用，所以未來能否在4W基礎(chǔ)上再有提高就值得商榷了。第二個方法就是增大截面尺寸，這對通常的玻璃光纖也非常困難，而目前改用光子晶體光纖技術(shù)卻可以實現(xiàn)非常大的輸出截面而保持單模，同樣來自亞利桑那大學(xué)的Arash Mafi博士也在本期快報中向我們展示了他們使用該技術(shù)實現(xiàn)的光纖激光器，在1.5cm的長度上實現(xiàn)了9.5W的輸出。然而大家都知道光子晶體器件由于工藝復(fù)雜，制作成本非常高，所以盡管現(xiàn)在已經(jīng)有光子晶體光纖商用，可是要想大規(guī)模出現(xiàn)在我們的系統(tǒng)里尚須不少的時間。即便忽略了成本因素，最重要的是光纖激光器還不具備滿足WDM應(yīng)用的成熟技術(shù)。因此全光纖有源器件的發(fā)展還任重道遠。還應(yīng)該注意到此次快報中有謝世鐘教授的研究組利用FBG制作的分布反饋光纖激光器，實現(xiàn)了1543.81nm，0.2mw的輸出。個人覺得對分布反饋光纖激光器需要關(guān)注的是它可以實現(xiàn)非常窄的譜寬，且波長熱穩(wěn)定性非常高的輸出，因此盡管功率現(xiàn)在較低，可是其輸出特性仍非常適合光通訊應(yīng)用（特別是DWDM應(yīng)用），我們也應(yīng)給予關(guān)注。
二、半導(dǎo)體光集成器件：工藝成熟，結(jié)構(gòu)緊湊，已具有大規(guī)模商用的核心技術(shù)。
提到半導(dǎo)體光集成器件，特別應(yīng)關(guān)注的是其成熟的半導(dǎo)體加工技術(shù)基礎(chǔ)。特別是硅鍺基材料，不論多復(fù)雜的結(jié)構(gòu)都可使用的“沉積－光刻－ICP刻蝕”技術(shù)給予實現(xiàn)，尤其是對無源部分，其核心器件如波分復(fù)用器等技術(shù)已經(jīng)日益成熟，在大規(guī)模商用的同時，研究者還在不斷完善和優(yōu)化其性能。最具有代表性的平面波導(dǎo)波分復(fù)用器應(yīng)該說是AWG了，此次快報中共有兩篇文章是對其性能進行完善。其中來自韓國高等科技學(xué)院的Eun-Seok Kang等利用有無機材料結(jié)合的方式，制備了溫度不敏感的AWG，溫度每改變1度，波長僅產(chǎn)生3pm的漂移，性能可靠性提高。但是個人認為該方法實現(xiàn)熱穩(wěn)定性其工藝過于復(fù)雜，且成本會大幅度提高，個人更加推薦1999年11期PTL上加拿大科學(xué)院何建軍博士提供的包層刻蝕的技術(shù)，其工藝非常簡單，且在實現(xiàn)熱不敏感的同時還可實現(xiàn)偏振不敏感，其技術(shù)已經(jīng)受權(quán)美國專利，并已被一器件廠商購買。本期快報另一篇關(guān)于AWG的文章是JDS U的研究者有關(guān)頻譜平坦化的研究。大家知道，對于波分復(fù)用應(yīng)用，由于通常的頻譜響應(yīng)是高斯形的，因此對光源限制非常嚴格，即使發(fā)生小的波長漂移都可能使最終探測器的檢測能量大幅降低，產(chǎn)生誤碼。而如果我們把頻譜響應(yīng)變成矩形的，顯然小的波長漂移不會對我們的探測產(chǎn)生影響。早在96年，NTT的Okamoto就已經(jīng)開展了相關(guān)的研究，此后陸續(xù)有多篇論文和多項相關(guān)專利被提出。而此次JDS U的研究我認為有新意的是他不是把優(yōu)化目標定位為矩形的頻譜響應(yīng)，而是一個高斯的高階響應(yīng)，這樣可以在平坦的同時有效避免色散和帶通紋波等性能參數(shù)的惡化，特別是通常的平坦化方案中被成倍惡化的色散特性，JDS U此次的測試匯報顯示，其改變幾乎可以忽略。
    有源方面，盡管適合大規(guī)模商用的廉價WDM光源也已經(jīng)出現(xiàn)（詳見上月對JLT的評析），但相關(guān)研究仍然很火熱。此次快報中澳大利亞國立大學(xué)著名科學(xué)家Jagadish教授就報導(dǎo)了他們最新基于MOCVD工藝生長的InGaAs量子點激光器，實現(xiàn)了在4μm截面上低閾值高功率的輸出。然而我們必須注意到，當前PLC的技術(shù)瓶頸就是有無源的材料不匹配。大家知道適合半導(dǎo)體工藝的硅鍺材料都是間接帶隙的半導(dǎo)體，其發(fā)光效率很低，而直接帶隙的三五族材料卻不適合半導(dǎo)體加工技術(shù)。在上期的PTL評析中，我已談到了鍵和技術(shù)可以解決這個問題，但到目前為止，該技術(shù)仍不成熟，短期無法實用。而前幾天在Nature Materials雜志上報導(dǎo)了荷蘭飛利浦實驗室與Delft科技大學(xué)組成的團隊，在硅與鍺基板上以外延方式生長出磷化銦納米線這一研究成果，個人認為該成果對硅鍺與三五族材料的匹配問題將做出有益貢獻，我們應(yīng)該對該技術(shù)給予充分關(guān)注。
    寫了以上評析，再回過頭來看開始提出的全光器件發(fā)展兩個方向問題，可以簡單的總結(jié)如下：平面半導(dǎo)體集成的全光器件技術(shù)已經(jīng)成熟，在未來的幾年里將走向大規(guī)模商用化的道路，而全光纖器件是我們發(fā)展的目標，但首先要解決的還是技術(shù)成熟化這些基本問題。