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高速半导体激光器相关项目获2013国家技术发明奖

  OFweek光通讯网2014年1月10日消息,新华社讯,中共中央、国务院10日上午10时,在北京隆重举行国家科学技术奖励大会。党和国家领导人习近平、李克强、刘云山、张高丽出席大会并为获奖代表颁奖。习近平向获2013年度国家最高科学技术奖的中科院院士、中国科学院大连化学物理研究所张存浩,中科院院士、中国人民解放军总装备部程开甲颁发奖励证书。

  奖励大会上,2013年度中国国家自然科学奖、国家技术发明奖、国家科学技术进步奖、中华人民共和国国际科学技术合作奖,也一一揭晓并颁奖,本年度共授予10位科技专家和313个项目国家科学技术奖。

  其中,由祝宁华(中国科学院半导体研究所),余向红(武汉电信器件有限公司),朱洪亮(中国科学院半导体研究所),谢亮(中国科学院半导体研究所),黄晓东(武汉光迅科技股份有限公司) 完成的“高速半导体激光器制备、测试与耦合封装技术”项目获得2013年度国家技术发明奖二等奖。

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  在光纤通信网络的速率向着更高速率发展的今天,各种应用于高速光网络的光电子器件,如高速半导体激光器、电吸收调制器和高速光探测器等,其带宽及其他方面的性能也在不断地提高。

  光网络的发展趋势及对激光器的要求

  由于因特网业务的爆炸式增长,全球对网络带宽的需求日益增加。因此,作为信息承载和传输的光纤通信网络发展呈现一个重要趋势:即业界对超高速率、超大容量光纤通信系统的需求愈加急迫。在骨干光传输网方面,在相干检测和先进的多级调制技术的推动下,目前商用密集波分复用(DWDM)系统中每个通道的速率也从10 Gb/s 上升到40 Gb/s,并快速越过40 Gb/s 技术直接向100 Gb/s甚至更高速率的系统升级;在光以太网方面,由于大量视频业务导致的带宽需求急剧增加,40G/100G 以太网的标准化被迅速提上了日程;而在光接入网方面,基于波分复用技术的无源光网络(WDM-PON)系统被大规模应用从而提高用户的接入带宽,部分系统的速率已经能够到达10 Gb/s 以上。而光网络的飞速发展毫无疑问地对相关光电器件的性能提出了更高的要求。

  半导体激光器的性能特点及发展趋势

  从现今超高速光通信网络的发展趋势,可以看出在光网络不同的应用层面对激光器的需求也不尽相同,在高速相干光传输中,要求激光器具有极窄的线宽(千赫兹水平)和大范围的调谐能力,而在高速以太网中,需要激光器具备高速直调的能力;至于在基于WDM-PON 技术的高速接入网中,对可调激光器的成本控制是一个关键因素。

  高速调制激光器

  高速调制半导体激光器主要运用于100 Gb/s 及更高速率以太网,机房数据互连。在城域网络中,由于传输距离近,成本控制严格,因此要求半导体激光器芯片本身具备高速直接调制能力。目前直接调制DFB 半导体激光器已经可以做到40 Gb/s 以上的调制速率。但是由于增益区载流子的瞬时变化引起折射率的相应改变,导致输出的激光波长振荡,光脉冲所含光谱严重展宽,传输光脉冲色散损耗大,限制信号的传输距离。单片集成的电吸收DFB 激光器(EML)具备低成本、低功耗、小尺寸、传输距离远特点,可以用传统的DFB激光器管壳封装利于升级换代,大规模生产等优点使其已经成为10 Gb/s光城域网及40 Gb/s 干线网的首选器件。100 Gb/s 及更高速率短距离通信中EML 依然是各个通信器件厂商的首选方案。2005 年,美国Infinera 公司率先实现了10×10 Gb/s 的光传输模块,单片集成了10 个1 550 nm 波段的DFB 激光器,10 个EA 调制器及AWG 合波器。2012 年,日本NTT 公司则连续报道了两款规格相似的EML 集成芯片,分别工作于4×25 Gb/s及4×40 Gb/s 的模式,传输距离达到了40 km。在该芯片单片内集成了4个1 310 nm 波段的DFB 半导体激光器,4 个EA 调制器及多模干涉耦合(MMI)合波器。

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