光通信产业：观察和思考VIP免费

第1页共19页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共19页光通信产业：观察和思考成都普天电缆股份有限公司代康1为什么我们应跟踪世界光通信产业现状及趋势（略）2迎接光电子世纪的全面到来光通信的基础是光电子技术。虽然光电子技术的起点（1962年半导体激光器问世）仅比微电子技术（以1947年晶体管的发明为标志）晚十多年，但二者远不能等量齐观。2.1电子瓶颈与摩尔定律。摩尔定律的提出已近四十年，它描述芯片上晶体管集成密度或运行速度每18~24个月翻一番，但该定律最终必然遭逢物理极限。这是因为随着集成度的提高，集成电路互连线宽减小，导致电子迁移和应力迁移现象；其次，线宽越细，电阻越大，回路的时间常数增加，信号延迟随之上升。结果是电处理速度（取决于集成电路的处理速度而不是单个晶体管的门限速度）受限，形成所谓的“电子瓶颈”。此外，布线距离越窄电磁耦合越严重。由于光通信系统中有大量的“光-电-光”（OEO）转换，电子瓶颈制约了信号处理速度跟不上传输速率。专家们曾预计建立在微电子技术基础上的电时分复用（ETDM）通信系统的极限传输速率是10Gb/s，但是柳暗花明又一村，芯片技术进步屡屡冲破了这一预期：一是采用新的化合物半导体材料。一般认为基于Si、GeSi、InP材料的电子通信系统传输速率上限分别是10Gb/s、50Gb/s、160Gb/s。在2000年，采用InP和SiGe这两种技术的静态数字频分器的运行速度都已能达到70GHz。其次是设计方法上有新思路。电子的脉冲宽度最窄在纳秒（ns）量级，因此电子通信中信息速率被限定在千兆（109）b/s以内，提高速率可通过并行处理方式。美国Inphi公司2002年1月推出80Gb/s解复用器，采用方法是将单一高速串行信号流变换为4个输出信号至收发器，自称这将为同步光网络（SONET）系统OC-768(40Gb/s)铺平道路。这种方式也降低了对器件高速特性的要求，从而降低了器件成本。从半导体行业来看，现在已采用铜连线代替铝连线并且采用低介电常数的互连介质，开发出线宽小于90nm的芯片，集成1亿个晶体管。2002年5月英特尔公司总裁贝瑞特访问成都，自信15年内摩尔定律仍将有效。该公司在2002年11月的微处理器论坛上宣布2007年将推出集成10亿个晶体管、运行频率6GHz的芯片（线宽可能是45nm）。看来电子技术对提高通信速率的贡献尚未有穷期。虽然如此，电子瓶颈始终在前方等着。信息传输和处理能力的大幅度提升将有待于从微电子时代进入光电子、光子时代。为什么有此一说?2.2光电子和光子学简单来讲,目前实验室光子脉冲宽度已低于10个飞秒(fs，f为10-15)，如果光脉冲重复速率足够快，光子信息速率将有能力达到几十个太（拉）比特/秒（Tb/s，T为1012)。这里有两个基本概念。其一，光子。1926年“光粒子”被美国物理学家命名为光子。光子是玻色子，不带电荷，在自由空间传播的光路交叉却互不影响，即有空间相容性，这也是后面谈到的波分复用（WDM）的物理基础。更完整的表述是，真空中光子间相互不排斥，而在物质（如光纤）中影响极微弱。其二，光子学。研究内容是作为信息和能量载体的光子的行为及其应用，是一门历史久远的学科，其基础包括爱因斯坦﹑理查德_费曼等大师创立的量子物理学。很多光通信用光电器件和系统都是利用了光子的量子特性和效应。曾经是只要了解光的射线理论就可初步理解光纤传输的原理，但要进入新的领域，必须了解光的粒子性——不是简单地承认波粒二象性，而是用量子理论的观点来认识。在理解光检测器件的工作原理时就要将接收光看作粒子，但相干光的检测却是基于光的波动性。再举双异质结结构的半导体激光器为例，当它的有源层厚约100nm时，其中的载流子可以作为粒子来处理；但当该厚度减至10nm而与电子德布罗意波波长相比拟时，载流子有效质量和运动波动性的量子学特性显露出来，这时有源层与周围包覆层产生第2页共19页第1页共19页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共19页很窄的阱状势垒，注入到势阱中的电子与空穴作为满足特定方程与边界条件的波动而被限制在这一量子阱（QW）中，激光器获得崭新的增益频谱特性，功耗下降，响应速度上升。现在上档次...