系列三：光电子集成（OEIC） & 光子集成（PIC）－－浅谈

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系列三：光电子集成（OEIC） & 光子集成（PIC）－－浅谈

5 h6 n6 `* X4 |, Q! S什么是OEIC和PIC？
! K: R- i" J* Q! f/ C) E5 x/ s早在70年代初，以A.Yariv和K.Hayashi为代表的一批科学家就提出一个诱人的
4 F4 k( U: z6 j, |0 D发展方向——光电子集成（OEIC）。他们受到微电子集成辉煌成就的鼓舞，企
望把光电子与微电子器件集成在一片基片上，从而获得在信息工程系统上的深
% l$ N2 d$ E. ?4 u+ m远应用。
+ `& n1 W( U/ {( W
2 k7 }0 `* s& w7 t% s9 x; ]4 S十年后，OEIC取得不少突破，其中显赫成就为：
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1. 无腔面分布反馈半导体激光器（DFB）
2. 分子束外延技术（MBE）
! G& l* n: J6 Q- \; {3. 量子阱和超晶格材料（QW，SL）
% |' E$ V! \5 J9 O4 [9 _4. 垂直腔半导体激光器（VCSEL）

经过多年的努力，OEIC取得不少奠基性的成果，但近年来发展速度放慢，原因
8 w* a7 {2 i' A8 O8 s' }在于光器件和电器件在工艺上的差异性难以解决。
在OEIC的基础上，AT&T的科学家从提高通信速率和质量的角度出发致力于研究
另一种相似的器件，光子集成（PIC）。即将若干光器件集成在一片基片上，
器件之间以半导体光波导连接，如集成外腔单稳频激光器，光子开关阵列，光
! K+ X. C8 f, {: n6 I" U: o外差接收机和光发射机等。
对于着眼于超高速光电子计算机的科学家而言，他们不仅考虑光电子与微电子
/ {0 `' m) G, ]  [1 ^9 |. ^2 O" P  S器件的集成问题，还致力于集成度和集成规模的问题。
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$ v' s. X# [* X/ c9 ?' SOEIC和PIC的成就
经过多年研究OEIC和PIC已实现下列单元器件的应用系统的研究。

a. OEIC光发射机单元
" k5 Q$ Q* f" V) @: R# t包含光源，调制器和驱动电路。最简单者为激光器与FET的相容集成。
% K+ \! O7 T7 n5 R6 A$ T  \0 P
8 j' V. S8 m/ ]0 |b. OEIC接收机单元
- [9 R7 g4 ~6 `  j' }包含光探测器，电放大器和驱动电路。最简单者为PIN与低噪声FET的集成。
此外，还有激光器和探测器面阵。

c. LD+PD单元（PIC器件）
又一个激光器（LD）和一个探测器（PD）构成，可实现对激光器的稳频，稳功
率要求。
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d. LD+MD单元（PIC器件）
) B3 I7 I5 a- ]3 o* ^5 G0 U* @超高速通信要求激光器必须采用外调制方式，该单元即是将激光器和外调制器
（MD）集成。

1 P- h7 r8 p2 }. q* c% fe. LD+OA单元（PIC器件）
2 C" x' w9 p) s# l1 V激光器和半导体光放大器的集成主要是为了满足大功率高线性度模拟光信息传
+ d' ^6 g" h2 {/ I8 t/ @输的需要（特别是CATV）。

f. 波分复用（WDM）PIC激光器发射器
" P  G# Y# u- {1 @+ m1 G- d由若干个不同激射波长的DFB激光器和一个N*1光波导构成，这是目前人们实现
2 @# m5 t* ?+ f! K- Z超大容量光通信和B-ISDN的主要途径。
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g. 光外差PIC接收机
光外差接收技术比直接检测有更高的灵敏度，适用于超长距离光通信。典型的
4 z* c* x' i9 S# x' n光外差接收机包括作为本地振荡源的QW-DBR激光器，3dB定向耦合器和两个QW 波导检测器。 h. 高密度SEED光双稳开关PIC阵列 SEED器件阵列是一种利用量子阱室温激子可饱和吸收效应的光双稳器件，可用于全光交换和光信息时空变换和模数变换。 i. 垂直腔半导体激光器（VCSEL）面阵垂直腔半导体激光器是一种与传统半导体激光器结构完全不同的激光器。主要用于神经网络计算机机中的光互连。 OEIC和PIC的未来据专家估计90年代OEIC和PIC将可以应用到超高速光数据传输系统中，下个世纪初可能研制以全光计算为基础的智能化光计算机。下个世纪，OEIC和PIC器件将完全取代目前的光通信器件和端机。