納米科技能為光通信帶來(lái)什么？

 
　　對(duì)新型材料的研究一直主導(dǎo)著通信技術(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(diào)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)著集成光電子技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)所有話題都在圍繞著納米科技的時(shí)候，許多光通信業(yè)內(nèi)人士對(duì)納米技術(shù)能否給他們帶來(lái)巨額財(cái)富表示懷疑，這也完全在意料之中。在過(guò)去的幾年里涌現(xiàn)出的許多創(chuàng)業(yè)公司，都聲稱可以將“納米光子”商業(yè)化。而最近，歐盟就特別針對(duì)這一領(lǐng)域啟動(dòng)了一個(gè)大型研發(fā)項(xiàng)目。

　　雖然納米工程的出現(xiàn)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(shù)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(yīng)用到了網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，而且還被應(yīng)用到消費(fèi)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(yīng)用都能如愿以償。早期對(duì)量子點(diǎn)激光器所寄予的希望，似乎就已煙消云散，因?yàn)楝F(xiàn)在有了更節(jié)省成本的方法來(lái)生產(chǎn)電信級(jí)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(xiàng)重大研究成果，他們聲稱可以用量子點(diǎn)光源發(fā)送單個(gè)光子。目前，許多金融機(jī)構(gòu)、政府和一些國(guó)防項(xiàng)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(jì)算技術(shù)的市場(chǎng)也同樣很小。

　　拳頭應(yīng)用

　　納米激光器的第一個(gè)重要應(yīng)用很有可能是芯片互連。過(guò)去，處理器速度一直是阻礙計(jì)算技術(shù)和電信技術(shù)發(fā)展的瓶頸。但是，當(dāng)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(dǎo)體制造商采用銅互連取代了過(guò)去的鋁互連?，F(xiàn)在他們又在對(duì)光互連，以及超低K值材料和碳納米管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。光互連能夠提供足夠的帶寬，并能向最快的處理器提供數(shù)據(jù)。但是，考慮到尺寸和成本的因素，對(duì)于這種應(yīng)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(dǎo)都需要采用納米技術(shù)制造。

　　另一個(gè)需要面對(duì)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(duì)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(dǎo)體公司的關(guān)注。英特爾已推出了硅調(diào)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(diào)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(duì)于片上應(yīng)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(xiàng)針對(duì)板上應(yīng)用的市場(chǎng)調(diào)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(shè)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(xiàng)工作。目前每年售出的芯片板有上億只，激光器的數(shù)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(rèn)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?yàn)榧{米傳感器的研發(fā)主要靠政府資助，目前的已知應(yīng)用僅限于國(guó)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FTTX的迅速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)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(xiàn)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(duì)優(yōu)勢(shì)，否則設(shè)備制造商決不會(huì)在這上面冒風(fēng)險(xiǎn)。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(jì)實(shí)用于一體的。

　　納米科技要對(duì)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(duì)現(xiàn)有應(yīng)用的簡(jiǎn)單補(bǔ)充。一些人可能會(huì)對(duì)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