納米科技能為光通信帶來(lái)什么？

 
　　對新型材料的研究一直主導著(zhù)通信技術(shù)的發(fā)展方向。過(guò)去，在射頻（RF）和高速處理領(lǐng)域，砷化鎵是主要的推動(dòng)力量。而鈮酸鋰則改善了光調制器和放大器的性能。在光通信行業(yè)那場(chǎng)泡沫爆發(fā)之前，磷化銦一直推動(dòng)著(zhù)集成光電子技術(shù)的發(fā)展。當所有話(huà)題都在圍繞著(zhù)納米科技的時(shí)候，許多光通信業(yè)內人士對納米技術(shù)能否給他們帶來(lái)巨額財富表示懷疑，這也完全在意料之中。在過(guò)去的幾年里涌現出的許多創(chuàng )業(yè)公司，都聲稱(chēng)可以將“納米光子”商業(yè)化。而最近，歐盟就特別針對這一領(lǐng)域啟動(dòng)了一個(gè)大型研發(fā)項目。

　　雖然納米工程的出現已有些時(shí)日，但其真正的發(fā)展得益于一整套新的加工技術(shù)，這些技術(shù)包括原子力顯微鏡、浸筆納米光刻和納米壓印光刻等，它們使得制造納米器件變得更加容易。開(kāi)發(fā)者因此能夠研制出體積更小、價(jià)格更低、性能更高的器件。而這也正是納米光子的主要賣(mài)點(diǎn)。通過(guò)采用納米工藝，可以將納米光子制成一系列的偏振器、分路器和波片等。

　　納米光子比大多數的光通信（或其它納米技術(shù)）新技術(shù)吸引了更多的投資。它不僅被應用到了網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域，而且還被應用到消費電子行業(yè)。但是，在光網(wǎng)絡(luò )中并非所有的納米技術(shù)應用都能如愿以?xún)?。早期對量子點(diǎn)激光器所寄予的希望，似乎就已煙消云散，因為現在有了更節省成本的方法來(lái)生產(chǎn)電信級的無(wú)制冷激光器。

　　雖然如此，量子點(diǎn)激光器在其它領(lǐng)域仍然有巨大的市場(chǎng)前景。量子加密技術(shù)就需要用到這種激光器。最近東芝宣布了一項重大研究成果，他們聲稱(chēng)可以用量子點(diǎn)光源發(fā)送單個(gè)光子。目前，許多金融機構、政府和一些國防項目承包商都采用了量子加密技術(shù)。這種技術(shù)的成本都比較高，未來(lái)將會(huì )有大幅下降的空間。即使這樣，量子保密通信在未來(lái)10年里仍然不會(huì )有很大的市場(chǎng)。與此密切相關(guān)的量子計算技術(shù)的市場(chǎng)也同樣很小。

　　拳頭應用

　　納米激光器的第一個(gè)重要應用很有可能是芯片互連。過(guò)去，處理器速度一直是阻礙計算技術(shù)和電信技術(shù)發(fā)展的瓶頸。但是，當處理器速度提高到一定程度時(shí)，互連就成了制約發(fā)展的因素。

　　為此，半導體制造商采用銅互連取代了過(guò)去的鋁互連?，F在他們又在對光互連，以及超低K值材料和碳納米管進(jìn)行實(shí)驗。光互連能夠提供足夠的帶寬，并能向最快的處理器提供數據。但是，考慮到尺寸和成本的因素，對于這種應用的激光器，要求將會(huì )非?？量?。在板卡上可以采用VCSEL，同時(shí)使用保偏光纖也是降低成本的一種方法。在芯片中，激光器和波導都需要采用納米技術(shù)制造。

　　另一個(gè)需要面對的難題是如何將光子和電子集成起來(lái)。這就促進(jìn)了硅光子技術(shù)的發(fā)展。如果硅既可以用來(lái)處理光子，又可以用來(lái)處理電子，那么就可以將二者集成到一起。硅加工方面的深厚技術(shù)積累對推動(dòng)光互連產(chǎn)品迅速進(jìn)入市場(chǎng)將起到非常重要的作用。這一領(lǐng)域已引起最大的幾家半導體公司的關(guān)注。英特爾已推出了硅調制器和激光器，最近IBM也宣布了一種在硅片上制作光路的方法。小公司同樣不甘示弱，生產(chǎn)硅調制器的Luxtera就是其中的一個(gè)。

　　那么納米光子互連的市場(chǎng)到底有多大呢？這很難說(shuō)。對于片上應用，激光器必須嵌入到芯片上，其價(jià)格將整個(gè)芯片的價(jià)格。但是一項針對板上應用的市場(chǎng)調查表明納米互連技術(shù)所帶來(lái)的市場(chǎng)需求可能非常大。假設在一塊板卡上有10個(gè)器件，如果要將這些器件互相連接在一起，那么就需要90個(gè)激光器來(lái)完成這項工作。目前每年售出的芯片板有上億只，激光器的數量之大就不難想象了。

　　與此同時(shí)，英特爾、摩托羅拉和IBM等公司認為網(wǎng)絡(luò )發(fā)展中的下一個(gè)重大事件是光納米傳感器網(wǎng)絡(luò )。但它距離商用還有待時(shí)日，因為納米傳感器的研發(fā)主要靠政府資助，目前的已知應用僅限于國土安全和軍事。

　　最后，納米科技還可以幫助我們降低10Gbit/s和40Gbit/s網(wǎng)絡(luò )的成本。隨著(zhù)FTTX的迅速發(fā)展，市場(chǎng)對低成本器件肯定會(huì )有需求。盡管一些新興納米光子公司在大談降低現有網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的成本，但是納米工程能否如他們所愿，就不得而知了。實(shí)際上，除非新技術(shù)具有無(wú)可比擬的絕對優(yōu)勢，否則設備制造商決不會(huì )在這上面冒風(fēng)險。上述的量子點(diǎn)激光器就表明納米科技并不總是集經(jīng)濟實(shí)用于一體的。

　　納米科技要對光網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生真正的影響，就要尋找新的研究方向，而絕非是對現有應用的簡(jiǎn)單補充。一些人可能會(huì )對此感到失望，但光網(wǎng)絡(luò )行業(yè)所需要的不正是一個(gè)嶄新的起點(diǎn)嗎？

作者：Lawrence D. Gasman　摘自：光波通信