[图]纳米制造技术降低了光隔离器的制造成本

随着用户们对器件的价格越压越低，收发器市场的竞争不断升温，这给光器件厂商带来了很大的压力，他们不得不在保证原有质量的同时进一步压缩成本。对光隔离器厂商来说尤其是这样，比如自由空间单级光隔离器的价格已经由原先的100美元以上降低到如今的20美元。

　　为了能达到这么低的成本，厂商们不得不全力在材料供应链上做文章，并逐渐将大量生产过程转移到一些劳动力成本较低的地区，然而这些努力最多也只能将光隔离器的成本降低到15美元左右，目前的生产工艺决定了其成本不可能再降。因此要想将成本将至10美元这个门槛以下，就必须采用一种全新的制造方法。

　　如今我们已经找到了这样一种新的制造方法，它可以使制造成本和原料成本都大大降低，从而使整个光隔离器的成本得以降低。这种新的方法应用了半导体生产工艺，由于可以进行大规模的批量生产，且组装成本比较低，因此大大降低了光隔离器的制造成本。这种方法制造出来的光隔离器插入损耗低（0.25dB），隔离度高（25dB），工作温度范围宽（-5～+85℃）。2005年上半年光网络中将开始使用这种光隔离器，其成本可以将至15美元，到今年年底还有望进一步降至10美元以下。

传统技术的局限性
　　自由空间单级光隔离器通常由三个元件组成：两个起偏器、一个法拉第旋光器。两个起偏器将法拉第旋光器夹在中间形成一个三层结构，法拉第旋光器确定输入输出光的偏振态方向。由于其固有的偏振敏感性，这种光隔离器通常运用于固定偏振态光源的输出端。

　　法拉第旋光器对光偏振态的旋转角度与其厚度成正比。用于通信波长（如1310nm、1550nm）的法拉第旋光器通常由稀土石榴石薄膜制成，这些石榴石薄膜厚度通常在1mm以下，并且需要在充满磁场的环境中工作，由于大多数的通信应用都要求有一个比较宽的工作温度范围，而这种石榴石材料恰恰可以很好地满足这种要求，因此得到了很广泛的应用，虽然其对磁场的需求使得整个设计变得比较复杂。

　　在石榴石的进光侧和出光侧分别加上一个起偏器，就可以形成一个光阀门（使光仅可以沿一个方向传输）。通常在通信系统光收发器中应用的起偏器都是基于金属材料共振吸收的原理来确定传输偏振态的，这种技术在过去几十年中都被认为是非常完美的，而且这些起偏器价格低廉、透光率高（≥98%）、消光比高（≥10,000:1）。然而不幸的是，如今生产工艺的局限性导致了这部分元件至少要0.2mm厚，需要在一个单独的制造流程中制造，然后再到另一个流程中组装到光隔离器核心部件中去。

　　这些单独的制造流程大大提高了光隔离器的生产成本，限制了厂商的生产能力，从而使得生产光器件的利润大大缩水。

纳米制造技术
　　纳米制造是一种更为高效的制造技术。这种技术利用半导体晶片制造工艺在亚微米尺寸上制作元器件。纳米制造技术使尺寸低于光波长的微型结构得以实现，它可以在不同材料（如玻璃、熔融石英、III-IV族材料、石榴石）、不同规格（如圆形、矩形）的基底上制作出各种形状（如轨道形、柱形、棱锥形、圆锥形）的器件。通过适当地选择材料、基底、形状、规格便可以在纳米结构上实现各种各样的光功能，如起偏、相位延迟、分束、滤波、光隔离等。

　　纳米制造的光隔离器的核心部件就是直接在石榴石基底上集成纳米偏振结构。这项技术的应用给光隔离器带来了三大优势：体积小、稳定性高、成本低。这些都是收发器厂商非常感兴趣的。

　　纳米偏振结构的厚度不到1微米（传统的共振吸收起偏器的厚度约为200微米）。这么薄的纳米结构使得光隔离器核心部件的总厚度压缩了一半：工作波长为1550nm的从0.9mm左右降为0.5mm左右，工作波长为1310nm的从0.7mm左右降为0.3mm左右。因此纳米制造的隔离器核心部件的尺寸比通常的平板结构要小得多，这正好满足了厂商们对器件紧凑结构的要求。
　　另外，由于不需使用环氧树脂层，光隔离器的环境可靠性得到了大大提高。这种新工艺不再需要昂贵的手工对准和组装，在磁场中的封装也简化了，从而提高了制造效率，使光隔离器的成本降到了10美元以下。

市场前景
　　直接在石榴石法拉第旋光器上集成纳米偏振结构便可以制造出光隔离器，目前这种纳米光隔离器的商用样品刚刚推出，已经顺利通过了功能检测和初步的环境适应性检测，并正在提供给收发器厂商使用。

　　2005年上半年电信网中将开始使用这种纳米制造的光隔离器。随着纳米光学、半导体生产工艺、集成制造工艺的不断发展，收发器厂商每年将能节约数百万美元。

　　法拉第旋光器可以传导由左向右的线偏振光，同时阻断由右向左的线偏振光。

　　直接在石榴石法拉第旋光器的进光侧和出光侧分别集成厚度为1微米的起偏器，这种制造工艺不需加入环氧树脂层，也不需要手工对准，而且将光隔离器核心部件的尺寸缩小为原先的一半。

摘自：光波中文

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