支撑光网络发展的光子集成器件研发与趋势.doc

第 21 卷 ,第 3 期 2004 年 7 月 深圳大学学报理工版 JOURNAL OF SHENZHEN UNIVERSITY SCIENCE AND ENGINEERING Vol121 ,No13 J uly 2004 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 : TN 929111 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 100 GHz ( 即 018 nm 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 区或国家的网络都将是开放式的. 网际交换是网络 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 40 Gb/ s. 从技 术难度和经济性考虑 , 企图突破 100 Gb/ 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 : 20032 122 25 ; 修回日期 : 20042 042 26 基金项目 : 国家重点基础研究发展计划项目 ( G2000036603 , ; 国家自然科学基金重大研究计划项目 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 4