作者 浙江大學(xué) 宋軍博士
本期網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的文章只有兩篇，且和光通訊關(guān)系不大，因此僅對器件部分評析如下：
一、有源器件：
1、半導(dǎo)體激光器和光纖激光器：
本期快報，半導(dǎo)體激光器方面有價值的論文挺多。
先來看VCSEL激光器的研究：（1）已經(jīng)多次提到將價格低、小功耗的VCSEL激光器用于1.3－1.5微米的長波段通訊是當(dāng)前研究的目標(biāo)。在這方面近來不乏優(yōu)異的研究成果出現(xiàn)。但VCSEL相對較短的腔長，決定了其分布Bragg反射部分的反射率相對較低。因此長波VCSEL要想獲得和分布反饋激光器相當(dāng)?shù)墓馐�質(zhì)量，必須加入隔離器等元件，無疑這增大了模塊的成本。本期Corning公司的研究成果就有效解決了這一難題，制成了不需隔離器的高品質(zhì)長波VCSEL（1.3微米），在10公里，10Gb/s的系統(tǒng)中實現(xiàn)了無誤碼傳輸；（2）相對于長波情況，短波大功率的VCSEL已經(jīng)相對成熟，現(xiàn)有的研究致在改變輸出光束質(zhì)量。首先本期長春光機所的研究成果很有益，其特征在于在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)上加了一個額外的金層。金層的加入明顯降低了遠場發(fā)散角，極大的改善了遠場光束質(zhì)量。當(dāng)然金層的加入也略降低了10％左右的輸出功率；其次德國Ulm大學(xué)的研究者將大功率VCSEL和一淺刻蝕表明光柵單片集成在一起，可以使所有傳輸模式保持單偏振穩(wěn)定輸出；本期瑞典研究者的思想類似，也是使用表明光柵以改善850nmVCSEL激光器的輸出質(zhì)量，所不同的是還配合了較強的射頻調(diào)制，獲得了穩(wěn)定的基模輸出。
再來看面向于波分復(fù)用應(yīng)用的半導(dǎo)體激光器：適合WDM的激光器實現(xiàn)方法有多種，從以往的文獻來看，主要有利用拉曼放大的，利用半導(dǎo)體放大器（SOA）的，利用EDFA等方法。然而由于激光模式的均勻展寬，要獲得穩(wěn)定的模式輸出并不容易。本期香港理工大學(xué)的研究者利用線性光放大器（LOA）制作了多波長激光器。這里L(fēng)OA相對于SOA，主要區(qū)別在于其能對增益有一定的鉗制作用，能夠保證常數(shù)放大。當(dāng)前商用的LOA主要是由Genoa公司提供的。簡單介紹了LOA后就容易理解香港研究者的思路了，利用了LOA，獲得的多波長輸出應(yīng)該可以獲得更好的增益穩(wěn)定度。在其以0.8nm間隔，在C＋L段共38個通道輸出的穩(wěn)定性測試中，連續(xù)工作三小時，峰值功率僅變化了0.2dB左右，性能相當(dāng)可靠。
半導(dǎo)體激光器方面其他相關(guān)研究還有：（1）臺灣交通大學(xué)的研究者利用電子垂直耦合的InAs–GaAs量子點，在1.3微米附近，實現(xiàn)了連續(xù)大帶寬的輸出；Itswell公司的研究者靠改水平電極為垂直電極，以及使用錫化銦氧化物電極，明顯改進了GaN基LED的性能，其輸出功率達到7mw左右；法國的研究者通過使用光子晶體波導(dǎo)獲得了高度的單模輸出。
光纖激光器方面的研究較少，比較有趣的研究有：
首先來看東京大學(xué)研究者的成果，其首次利用單壁納米碳管（CNT）做為飽和吸收器制作了1.3微米的鎖模脈沖光纖激光器，其增益光纖區(qū)摻入了鐠離子。通常情況用來做飽和吸收器的都是半導(dǎo)體材料，這里改用CNT，一方面可以獲得更短的脈沖輸出，另一方面可以獲得更穩(wěn)定的模式和偏振輸出。實際測試顯示其脈沖重復(fù)頻率達到3.18 MHz，譜半寬達到0.15nm。此外，新加坡的研究者使用高非線性的光子晶體光纖，利用四波混頻效應(yīng)，制得了多波長可調(diào)輸出得摻鉺光纖激光器，其穩(wěn)定性和多波長間的均勻性都非常優(yōu)秀。
2、光接收器：
首先，Princeton大學(xué)的研究者研制的單片集成光外差接收器很有意思。其基于一個非對稱雙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，外延生長了輸入光纖波導(dǎo)、分布Bragg反射光柵、3dB多模干涉耦合器、半導(dǎo)體光放大器和p-i-n結(jié)等部分。工作時，信號被耦合入光纖波導(dǎo)中后，經(jīng)分布光柵振蕩進入3dB耦合器，然后進入SOA/p-i-n結(jié)部分被探測。整個探測器具有寬帶整流窄帶放大的特點；Texas大學(xué)的研究者致力于雪崩二極管（APD）的研究，其通過p區(qū)，n區(qū)，以及In0 53Ga0 47As–In0 52Al0 48As多層疊加，并進行精密控制的轟擊離子化操作，可以獲得低噪聲高速接受的APD；臺灣中央大學(xué)的研究者則對PIN光電二極管做了改進研究，其在有源光吸收區(qū)加入載流子壽命較短的材料重組中心區(qū)域，極大改進了輸出飽和電流，降低了電阻電容帶寬限制；德國研究者則展示了其在塑料（聚對苯二甲酸乙二醇酯）基底上低溫外延生長的砷化鎵光電二極管，具有亞皮秒的響應(yīng)時間。
3、其余有源器件還有：
悉尼大學(xué)的研究者基于自相位調(diào)制效應(yīng)研制了帶寬、波長可調(diào)的濾波器，可用于可重構(gòu)光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，其最富有優(yōu)勢的特征是實現(xiàn)了零色散轉(zhuǎn)換，其可調(diào)頻率范圍為41GHz到108GHz，可調(diào)波長范圍為2nm；Glasgow大學(xué)的研究者對一非對稱的馬赫則德干涉儀做噴鍍二氧化硅處理，獲得量子阱結(jié)構(gòu)。在量子阱作用下工作波長可以藍移，從而提高了器件電光效率。這樣在注入不同小電流的時候，一個參考臂的折射率變化會影響輸出的消光比。從工作原理來看，可以實現(xiàn)波長可調(diào)的解復(fù)用功能。當(dāng)調(diào)節(jié)消光波長發(fā)生0.8nm改變的時候，需要的注入電流僅0.6mA，其消光比也可達到27dB；Melbourne大學(xué)的研究者對半導(dǎo)體放大器輸入信號偏振態(tài)與輸入、輸出功率間的關(guān)系做了分析，得出了一個與實驗結(jié)果相符的簡單理論模型；此外，臺灣交通大學(xué)的研究者利用雙折射效應(yīng)提升偏振調(diào)制的效果，并利用其來完成波長轉(zhuǎn)換工作，可以大大提高轉(zhuǎn)換速度；最后，還是對波長轉(zhuǎn)換器，New Mexico大學(xué)的研究者在基于砷化鎵襯底生長有砷化銦量子點的分布反饋激光器里，利用非衰減的四波混頻效應(yīng)，來完成波長轉(zhuǎn)換，這種方式具有相對較高的轉(zhuǎn)換效率。
二、無源器件：
1、集成器件：
NTT在陣列波導(dǎo)光柵（AWG）的研究和運用上一直處于領(lǐng)先地位。本期NTT的研究者提供了監(jiān)控AWG強度相位分布的一種方法。之所以要對其監(jiān)控，主要是為了避免工藝誤差對器件性能的影響。其監(jiān)控方式其實很簡單，就是在器件內(nèi)部內(nèi)嵌集成一個干涉儀，來完成對目標(biāo)的頻域測定。
在超凈室中用半導(dǎo)體工藝制作波導(dǎo)，是一種投入大，相對復(fù)雜的技術(shù)。人們一直以來都在探索工藝簡單，投入較低的波導(dǎo)制作工藝。到目前為止，離子交換波導(dǎo)、利用溶膠凝膠工藝制作的波導(dǎo)，紫外直寫波導(dǎo)等都是被廣泛研究的簡便技術(shù)。本期快報就有來自Denmark大學(xué)的研究者關(guān)于紫外直寫技術(shù)的研究。這回他們利用該技術(shù)寫入邁克而遜干涉儀，并寫入光柵做為反射鏡，其整體結(jié)構(gòu)相當(dāng)緊湊穩(wěn)定。利用該干涉儀，進行相位-強度調(diào)制轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了信號交替反轉(zhuǎn)碼調(diào)制（即歸零碼）。實測已在40Gb/s的調(diào)制系統(tǒng)中成功運行，性能可靠。
多次提到SOI材料是面向光電單片集成的最佳候選材料。利用SOI材料研制的器件、對其脊形波導(dǎo)光學(xué)特性的分析每期都有很多研究成果。而在這方面，我國的上海微系統(tǒng)所具有一定領(lǐng)先地位，到目前為止，已經(jīng)有不少研究成果在PTL上發(fā)表。本期，微系統(tǒng)所的研究者報導(dǎo)了其基于SOI材料設(shè)計制作的方向耦合器。由于使用了非對稱的脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，有效耦合長度縮減到了原來的一半，實測顯示其插入損耗2.3dB，非均勻度0.2dB。還是基于SOI材料，本期快報還有來自我國半導(dǎo)體所余金中研究員所在研究小組的論文。他們設(shè)計制作了4×4的可重構(gòu)熱光開關(guān)面陣。其特征在于其熱光開關(guān)和斑點尺寸轉(zhuǎn)換器集成在一起，且設(shè)計上最小化了器件尺寸。器件性能也是有報導(dǎo)以來同類器件中最優(yōu)秀的，其四個通道損耗和偏振相關(guān)損耗分別都低于10dB和0.8dB，消光比也大于20dB。響應(yīng)速度上，上升和下降時間分別為4.6和1.9微秒。
此外本期集成器件理論上的一些研究基本上都是立足于光子晶體器件設(shè)計的，例如華中理工大學(xué)的研究者就對二維光子晶體的有效折射率對傳播參數(shù)的依賴關(guān)系做了嚴(yán)格分析。分析中結(jié)構(gòu)的各向異性和截至傳輸方向（折射率有虛部時）都可以被準(zhǔn)確預(yù)估。這對光子晶體器件的設(shè)計是很有幫助的。
2、非集成器件：
本期來自Mexico的研究非常有意思。其利用一根漸變光纖（一根光纖中間一段被拉錐）并在漸變區(qū)涂上色散材料（如Cargille油）。這樣，用非常簡單的結(jié)構(gòu)卻制成了波長可調(diào)的頻帶邊沿濾波器。其濾波波長可以在1150–1650 nm，共500nm的大波段內(nèi)進行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)的時候僅僅需要簡單的改變交互作用長度、漸變區(qū)直徑或色散材料等參數(shù)�？梢哉f該器件是一種以最簡單工藝實現(xiàn)廣泛應(yīng)用的器件。此外，三星電子的研究者把一個薄膜濾波器嵌入到一個方向耦合器當(dāng)中，制成了具有三重濾波作用的濾波器。也可謂簡單結(jié)構(gòu)實現(xiàn)復(fù)雜性能的典范。