[圖]納米制造技術(shù)降低了光隔離器的制造成本

隨著用戶們對器件的價格越壓越低，收發(fā)器市場的競爭不斷升溫，這給光器件廠商帶來了很大的壓力，他們不得不在保證原有質(zhì)量的同時進一步壓縮成本。對光隔離器廠商來說尤其是這樣，比如自由空間單級光隔離器的價格已經(jīng)由原先的100美元以上降低到如今的20美元。   　　為了能達到這么低的成本，廠商們不得不全力在材料供應鏈上做文章，并逐漸將大量生產(chǎn)過程轉(zhuǎn)移到一些勞動力成本較低的地區(qū)，然而這些努力最多也只能將光隔離器的成本降低到15美元左右，目前的生產(chǎn)工藝決定了其成本不可能再降。因此要想將成本將至10美元這個門檻以下，就必須采用一種全新的制造方法。 　　如今我們已經(jīng)找到了這樣一種新的制造方法，它可以使制造成本和原料成本都大大降低，從而使整個光隔離器的成本得以降低。這種新的方法應用了半導體生產(chǎn)工藝，由于可以進行大規(guī)模的批量生產(chǎn)，且組裝成本比較低，因此大大降低了光隔離器的制造成本。這種方法制造出來的光隔離器插入損耗低（0.25dB），隔離度高（25dB），工作溫度范圍寬（-5～+85℃）。2005年上半年光網(wǎng)絡中將開始使用這種光隔離器，其成本可以將至15美元，到今年年底還有望進一步降至10美元以下。 傳統(tǒng)技術(shù)的局限性 　　自由空間單級光隔離器通常由三個元件組成：兩個起偏器、一個法拉第旋光器。兩個起偏器將法拉第旋光器夾在中間形成一個三層結(jié)構(gòu)，法拉第旋光器確定輸入輸出光的偏振態(tài)方向。由于其固有的偏振敏感性，這種光隔離器通常運用于固定偏振態(tài)光源的輸出端。 　　法拉第旋光器對光偏振態(tài)的旋轉(zhuǎn)角度與其厚度成正比。用于通信波長（如1310nm、1550nm）的法拉第旋光器通常由稀土石榴石薄膜制成，這些石榴石薄膜厚度通常在1mm以下，并且需要在充滿磁場的環(huán)境中工作，由于大多數(shù)的通信應用都要求有一個比較寬的工作溫度范圍，而這種石榴石材料恰恰可以很好地滿足這種要求，因此得到了很廣泛的應用，雖然其對磁場的需求使得整個設計變得比較復雜。 　　在石榴石的進光側(cè)和出光側(cè)分別加上一個起偏器，就可以形成一個光閥門（使光僅可以沿一個方向傳輸）。通常在通信系統(tǒng)光收發(fā)器中應用的起偏器都是基于金屬材料共振吸收的原理來確定傳輸偏振態(tài)的，這種技術(shù)在過去幾十年中都被認為是非常完美的，而且這些起偏器價格低廉、透光率高（≥98%）、消光比高（≥10,000:1）。然而不幸的是，如今生產(chǎn)工藝的局限性導致了這部分元件至少要0.2mm厚，需要在一個單獨的制造流程中制造，然后再到另一個流程中組裝到光隔離器核心部件中去。 　　這些單獨的制造流程大大提高了光隔離器的生產(chǎn)成本，限制了廠商的生產(chǎn)能力，從而使得生產(chǎn)光器件的利潤大大縮水。 納米制造技術(shù) 　　納米制造是一種更為高效的制造技術(shù)。這種技術(shù)利用半導體晶片制造工藝在亞微米尺寸上制作元器件。納米制造技術(shù)使尺寸低于光波長的微型結(jié)構(gòu)得以實現(xiàn)，它可以在不同材料（如玻璃、熔融石英、III-IV族材料、石榴石）、不同規(guī)格（如圓形、矩形）的基底上制作出各種形狀（如軌道形、柱形、棱錐形、圓錐形）的器件。通過適當?shù)剡x擇材料、基底、形狀、規(guī)格便可以在納米結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)各種各樣的光功能，如起偏、相位延遲、分束、濾波、光隔離等。 　　納米制造的光隔離器的核心部件就是直接在石榴石基底上集成納米偏振結(jié)構(gòu)。這項技術(shù)的應用給光隔離器帶來了三大優(yōu)勢：體積小、穩(wěn)定性高、成本低。這些都是收發(fā)器廠商非常感興趣的。 　　納米偏振結(jié)構(gòu)的厚度不到1微米（傳統(tǒng)的共振吸收起偏器的厚度約為200微米）。這么薄的納米結(jié)構(gòu)使得光隔離器核心部件的總厚度壓縮了一半：工作波長為1550nm的從0.9mm左右降為0.5mm左右，工作波長為1310nm的從0.7mm左右降為0.3mm左右。因此納米制造的隔離器核心部件的尺寸比通常的平板結(jié)構(gòu)要小得多，這正好滿足了廠商們對器件緊湊結(jié)構(gòu)的要求。 　　另外，由于不需使用環(huán)氧樹脂層，光隔離器的環(huán)境可靠性得到了大大提高。這種新工藝不再需要昂貴的手工對準和組裝，在磁場中的封裝也簡化了，從而提高了制造效率，使光隔離器的成本降到了10美元以下。 市場前景 　　直接在石榴石法拉第旋光器上集成納米偏振結(jié)構(gòu)便可以制造出光隔離器，目前這種納米光隔離器的商用樣品剛剛推出，已經(jīng)順利通過了功能檢測和初步的環(huán)境適應性檢測，并正在提供給收發(fā)器廠商使用。   　　2005年上半年電信網(wǎng)中將開始使用這種納米制造的光隔離器。隨著納米光學、半導體生產(chǎn)工藝、集成制造工藝的不斷發(fā)展，收發(fā)器廠商每年將能節(jié)約數(shù)百萬美元。 　　法拉第旋光器可以傳導由左向右的線偏振光，同時阻斷由右向左的線偏振光。 　　直接在石榴石法拉第旋光器的進光側(cè)和出光側(cè)分別集成厚度為1微米的起偏器，這種制造工藝不需加入環(huán)氧樹脂層，也不需要手工對準，而且將光隔離器核心部件的尺寸縮小為原先的一半。 摘自：光波中文