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作者：上海交通大學(xué) 物理系 光學(xué)及光子學(xué)研究所 陳益新
一、歷史的回顧
電子器件的集成化，即微電子和集成電路，在二十世紀(jì)為信息和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和無(wú)限的源泉。毋庸置疑，光子和光電子器件的集成化將會(huì)在新世紀(jì)中成為一顆光彩奪目的技術(shù)明珠。本文僅就光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步的發(fā)展離不開(kāi)光器件的集成化為例略作闡述。
假借集成電路的概念，集成光學(xué)發(fā)展初期,美籍華裔科學(xué)家田炳耕曾對(duì)集成光學(xué)歸納了三條定義:光束能限制在光波導(dǎo)中傳播;利用光波導(dǎo)可制成各種光波導(dǎo)器件;將光波導(dǎo)和光波導(dǎo)器件集成起來(lái)可構(gòu)成有特定功能的集成光路。集成光學(xué)在一開(kāi)始就將光纖通信和光計(jì)算的光網(wǎng)絡(luò)作為其主要應(yīng)用目標(biāo)。在上世紀(jì)的七、八十年代，對(duì)各種可能的材料和制造技術(shù)進(jìn)行了廣泛和大量的研究，提出了許許多多的光波導(dǎo)器件和集成光路系統(tǒng)。幾乎所有從光源、光探測(cè)器、光調(diào)制器到光開(kāi)關(guān)等一系列光分立體器件，都有對(duì)應(yīng)的集成化光波導(dǎo)器件的大量研究。集成光學(xué)成為當(dāng)時(shí)一個(gè)研究熱點(diǎn)，這就是集成光學(xué)的第一春。
但是集成光學(xué)在光纖通信光網(wǎng)絡(luò)中的商業(yè)應(yīng)用卻比人們預(yù)期的進(jìn)展要緩慢，研究的熱潮漸漸退去。究其原因，不僅一項(xiàng)新技術(shù)的成熟需要時(shí)間，不少人以為集成光學(xué)能像集成電路發(fā)展那樣快。其實(shí)集成光學(xué)的技術(shù)難度和技術(shù)的綜合性遠(yuǎn)比集成電路高。而更主要的原因還在于光纖通信尚處于初期，僅限于一條光纖傳輸一個(gè)波長(zhǎng)、一個(gè)激光器和一個(gè)探測(cè)器的點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸，集成光學(xué)尚無(wú)“用武之地”。
人們一直在苦苦尋求集成光學(xué)在光纖通信中如何實(shí)際應(yīng)用。二十世紀(jì)的最后十年，隨著光纖傳輸容量的不斷攀升，又適逢DWDM技術(shù)出現(xiàn)的奇緣，使集成光學(xué)的本領(lǐng)得以充分施展。從而集成光學(xué)的發(fā)展方向更為明確，集成光學(xué)的設(shè)計(jì)和工藝也更趨成熟。
如今，光纖通信已形成了錯(cuò)綜復(fù)雜的光網(wǎng)絡(luò)，一根光纖中傳輸數(shù)十甚至到數(shù)百個(gè)波長(zhǎng)的光束，每一波長(zhǎng)的高速率信號(hào)在傳輸過(guò)程中要發(fā)送、合波、分波、均衡、放大、再生、交換、選擇和改變路由，還需要傳輸信號(hào)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)等等。傳統(tǒng)的分立光器件無(wú)法具備如此繁多的特性和功能，光器件之間連接和耦合也將變得難以實(shí)現(xiàn)。光器件和光模塊的集成化無(wú)疑將是新一代光網(wǎng)絡(luò)的必由之路。
