3/9/2005, 本期JLT主編邀請Alan E. Willner教授就當前光電器件制造情況辦了一個�？�，其論文來自10余個國家，內容上既有一些器件公司的研究報告，也有許多一流大學和實驗室在光電器件制造方面的最新研究成果，基本代表了這一方面的最高水平。
    光電器件通常是一個電子和光的混合加工體， 在器件制造中可以采用大量的獨特材料。而這種材料的多樣化正是光電器件集成區(qū)別于傳統的微電子集成的一個重要因素。 這些材料主要包括：硅，二氧化硅，鈮酸鋰，三五族材料和聚合物等。降低成本，提高生產率和增加器件可靠性是光電器件制造業(yè)的目標。
    通過該�？�的回顧，我們可以發(fā)現當前光電器件制造正從過去幾十年里所流行的手工裝配轉換到高度精確和高產出的自動制造和檢測上，特別從幾個器件公司的匯報里可以發(fā)現制造商們已認識到他們必須轉換裝配方法的思維模式，以減低器件成本，并加快產品的大量生產。而自動化將為光器件集成行業(yè)提供完善的解決方案。但自動化目前也面臨著巨大的挑戰(zhàn)，極度精確性，高度的多樣化，異常的樣式因素和材料要求及波導要求內在的困難都限制了當前眾多的設備應用于光器件集成。通過本期的評析，你或許可以從中找到一些能夠支持和解決這些困難和特殊加工要求的方案。
一、來自制造商的聲音：
    和以往的�？�不同，來自幾個公司的論文不是把焦點放在“如何去做什么”上，而是告訴大家他們最近都“做了什么”。這是一個有趣的現象，顯然制造商把此次�？�看作是向他們的顧客宣傳的一次大好機會，如果你感興趣他們會隨時為你提供工藝上的服務與支持：
    1.當基片上光電器件制作完畢后，封裝是器件性能是否可以實現或發(fā)揮的關鍵，信號分配，光源/電源分配，模塊保護，恒溫散熱等在一定程度上都依賴于器件封裝。引線鍵合、超聲楔焊和覆晶鍵合都是常用的芯片鍵合封裝方式。但當被連接材料非常微細時，在傳統連接方法中忽略的一些因素可能對連接過程和連接質量起到了重要的影響。此時，適應這種要求需要重新設計連接方法。本�？�三菱電子的研究人員就對電吸收（EA）調制器同電信號傳輸線的封裝進行了探討。此類封裝以前普遍使用的是引線鍵合（Wire bonding）技術，然而該論文指出使用引線鍵合的時候，引線的寄生自感可能嚴重惡化EA調制器的電吸收性能。并且他們著重介紹了其對此模塊采用快速覆晶鍵合（Flip chip bonding）技術封裝的研究成果，并顯示了其最新的40GHz/s的FCB封裝EA器件。采用FCB封裝后，整個模塊的厚度、體積與重量都大幅縮小，并減少了信號延遲和噪音的產生。
    2.目前常用的WDM器件，主要基于薄膜濾波（TFF）、光纖光柵（FBG）以及AWG等。盡管基于TFF的WDM器件傳輸能力很難高于50GHz，但其工藝簡單，對環(huán)境要求低，因此仍被廣泛使用。另外從銷售比重上看，采用TFF方式制作的WDM器件也是目前市場的主流產品（占同類器件市場份額80％以上）。TFF的原理是采用鍍膜的方式，以氣相沉積的原理，將所需膜層一層層鍍在薄平板玻璃上，當濾波波長頻帶間隔較小的時候，加工對膜層厚度，特別是應力控制的要求也相應提高。本期�？�上來自PhotonicsComm Solutions, Inc的研究者就對一個50GHz的TFF的WDM器件制造過程里，玻璃襯底和膜層間的內應力的產生，以及對光學性能的影響進行了深入的分析，為實際加工如何選擇襯底類型和厚度，材料的熱膨脹系數，以及如何優(yōu)化色散，帶通紋波，PMD等性能參數提供了有益的參考。
    3.通常的SMF包層外還有一層聚合物的涂覆層，用來保護光纖不受機械和化學的侵蝕。然而當我們制作光纖光柵、光纖耦合器、光纖傳感器以及光纖連接器等光纖器件的時候，我們經常需要將聚合物的涂覆層剝離。現在常用的涂覆層剝離機都是機械式的，在剝離的過程里會與玻璃光纖直接接觸，通常包層表面都會產生很多微裂紋，對光纖強度和性能都產生了巨大影響。本期�？�里，Hahnwool Optics Inc. 的研究者為我們展示了其最新的借助熱空氣流的非接觸式光纖涂覆層剝離技術。借助該技術，在連續(xù)快速剝離涂覆層的同時，可以保證光纖強度幾乎不變，大大改善了原有技術。
    4.大功率的邊緣輻射半導體LD是光通訊領域重要的一類器件，目前已廣泛應用為放大器的泵浦源和波長轉換器的二次諧波發(fā)生器。如何廉價且高效的制造這類器件是當前面臨的主要問題。而對一個半導體激光器，其核心部件是激光棒，激光棒的好壞直接影響到激光器的最終光學特性。因此我們需要在激光棒的加工過程中進行有效監(jiān)控，如果發(fā)現激光棒性能出現問題，則不需再進行下一步的工藝。本期�？�里，來自Corning Inc.的研究者就為我們展示了其最新的激光棒生產監(jiān)控器，對其設計過程和具體應用都進行了細致的說明，并指出了其監(jiān)控器的一些潛在應用場合。
    5.此外富士通的研究人員對階躍和漸變折射率光纖的設計制造進行了深入研究，特別對高斯/拋物線折射率分布的光纖制作進行了介紹，可以設計制作出與商用光子晶體光纖對接良好的低色散光纖；而NanoOpto公司的研究人員則在本期專刊上發(fā)布了其納米尺度的大規(guī)模平面器件集成的新工藝，一些工藝因素如晶片參數，模塊表面粒子分布等對納米集成的影響也做了深入分析，其工藝適合大規(guī)模高效率的生產，有效降低了器件的成本。
二、微機械系統（MEMS）：
    本期�？�大量文章涉及MEMS的具體工藝報導。其中特別推薦來自North Carolina大學的特邀論文，其對自由空間微光學器件的發(fā)展狀況及主要工藝做了一個詳盡的介紹。在通訊方面，其談到由于光源的標準化，人們需要大量結構更加緊湊的微光元器件被使用。作為例子他們介紹了他們制作的基于衍射原理的微光柵耦合器，可以有效將VCSEL陣列發(fā)射的激光聚焦耦合到光纖芯層內，并將模間色散降到了最小值。其余關于各種MEMS器件加工的主要論文為：
    1.當光器件芯片和光纖連接時，常常要考慮光學校準，而校準器的加工一直就是光纖器件典型的難點之一。當前的技術發(fā)展要求與LD對接時的校準精度高于0.2微米，這通常可以依賴壓電陶瓷和有源反饋回路來實現，然而在封裝鍵合的過程里，接口常常會在原有的位置上發(fā)生漂移，即便這個漂移很小，也會帶來巨大的損耗，通常的鍵合使得耦合效率均低于80％。本期�？�中，Lehigh大學的研究者展示了一種自適應式的光校準工藝，其利用一塊MEMS的形狀記憶合金（SMA）將載具的位置牢牢限定住，幾乎避免了任何鍵合漂移的產生。具體技術細節(jié)如載具的應變也被分析，同時論文還論述了其工藝面向大規(guī)模生產的可行性。
    2.MEMS器件目前其實在光網絡里起到的作用并不多，應用最多的場合就是基于MEMS的微反射鏡，來改變光的方向（如光開關等）。其余應用通常都需要輔助以其它光器件，比如有報導利用MEMS器件和一個AWG結合在一起從而實現了波長選擇的作用，然而這樣的應用必須對MEMS部分獨立配置一個控制裝置，使得器件工藝復雜，成本大幅提升。本期專刊韓國科學院的研究者指出生長于微操控平臺（MAP）上的微光波導（MOW）有望實現MEMS技術和光器件的有機結合，拓展MEMS器件在光通訊中的應用范圍，做為例子，他們展示了基于這一技術生產的波長選擇器和可調VOA器件，器件結構緊湊，性能優(yōu)越。此外，他們還將這一概念引入了光纖熔融拉錐這一工藝，靈活高效的控制了頻譜響應，并極大提高了輸出功率。
    3.現代光通訊的發(fā)展中，包括光調制，光交換在內的眾多應用場合都需要擁有大量可實時重構的元器件（如光開關、光束操縱和波前矯正等）。對于這些實時控制的要求，采用電驅動的液晶來實現是我們很容易想到的。其實早在十幾年前就已經有人把電驅動的液晶微透鏡陣列應用在了光互連網絡當中。本期�？�里，韓國Hanyang大學的研究者則對基于列向液晶材料的電控微透鏡陣列的制造工藝進行了深入介紹。其制造的微透鏡陣列在電驅動下，其焦距能在微秒量級內發(fā)生改變，并指出如果使用鐵電LC材料，速度還可能提高三個數量級。制造過程可以保證幾乎不存在任何微結構對光發(fā)生散射，這比起常用的聚合物色散元件，大大提高了光的利用效率和響應速度。
此外埃及的研究者還利用蒙特卡羅算法對MEMS器件大規(guī)模加工過程里可能出現因素的影響進行了預估，其分析過程和部分結論也比較有趣。
(浙江大學宋軍博士)