新型光发射与接收模组：设计与实现

新型光发射与接收模组：设计与实现

Tu Xiang Zheng (涂向真)

那是1993年，我在新泽西州罗格斯（Rutges）大学的光纤材料研究中心当访问教授，研究的课题是光纤传感器。资助这个项目的是新泽西州的一家公司，学校不仅不为我支付开销，还能从这家公司收取代研费。所以我有专用的实验室和办公室，大多数实验仪器由学校提供，需要添置的仪器由公司出钱购买。

资助我的公司是要开发检漏用的光纤传感器系统，美国的十大制药公司有六家设在新泽西州，他们都需要药品包装在线检漏。我提出采用我研制的光纤温度传感器，得到封装系等几位教授的支持，都愿意参加合作开发。

为了给外来参观人员做演示，我在实验室里建了一套演示系统，参观人员可以在示波器上观看光纤温度传感器的工作情况。有一天，来了二位访客，据介绍，他们的公 司从事光纤医疗仪器开发，是新加波一家医疗仪器公司的子公司。我给他们演示光纤温度传感器，他们由示波器的信号图形，估算出测量温度的分辨率高于千分之一 摄氏度，感到非常惊奇。

我把他们领到我的办公室，从柜子里拿出了几瓶可乐，一边喝饮料一边闲聊。我告诉他们，我本来研究的是MEMS（微机械），只是研究到的MEMS传感器时要用光纤，所以才与光纤沾上边。其中一位先生说，现在微光机电系统（MOEMS）很热门，他的一位朋友工作的通信公司最近收购了一家MEMS公司，专门用来开发MOEMS产品。

大慨是隔了一个星期左右，那位提到MOEMS的访客给我打电话，说他手头有一份关于MOEMS的资料，如果我需要可以给我寄来。我告诉他，不要寄了，我自已去取。我住在皮斯卡特維（Piscataway）市政府附近，他的公司处在美国电气和电子工程师协会服务中心大楼的斜对面，正好在我的住处和罗格斯大学Busch校园之间，我每天上下班都要开车从此处经过。

取来的有关MOEMS的调研报告，让我对MOEMS有了进一步的认识和了解，推动和加速了我进入MOEMS领域的进程。其实，当我还在宾州大学时，顾毓秀老前辈就鼓励我投入对MOEMS的研究，指出MOEMS是光通信发展的必由之路。

MOEMS在通信领域中的应用，是把MEMS和光学器件有机地结合在一起，其作用，一方面能够缩小许多光学系统的体积，提高光学系统的性能，另一方面也能产生新的光学系统。MOEMS的出现将极大地推动光纤通信技术的发展。采用MOEMS技术研制的微光开关，光衰减器，光调制器，激光－光纤耦合装置，滤波器以及微型激光器等微型器件，将会使当前的光纤通信系统向小型化方向发展。MOEMS的微定位装置的精度可达纳米数量级，因而它在光连接技术和光交换技术中将发挥着重要的作用。在半导体激光器与光纤的耦合连接中，半导体激光器，透镜以及光纤等部件的精确定位是项复杂的调整操作，MOEMS技术可以较好地解决这一问题，将会降低光组件的成本。另外，将电话机和数据网络完全集成在MOEMS上，称为波分复用高速光传输技术，同卫星技术结合起来将极大地降低长途通信费用。

看来，MOEMS的确是大有作为，但千头万绪，从何做起？就在这个时候，我被邀请去韩国进行访问，主题是与韩国公司探讨光纤传感展开合作的可能。从中牵线的是我的一位跆拳道拳师朋友，他观看过我的光纤传感器演示，尽管他不太懂专业，但知道这是高科技，通过他的韩国朋友找到三家感兴趣的韩国公司，于是邀请我去面谈。

我是想通过这次访问转让我的光纤震动传感器，用于全天候监测基础设施的运行安全，譬如桥梁，水坝，核电站，高层建筑等。拳师朋友与我同行，在当时的汉城（现 在的首尔）的仁川机场下机后，乘接机朋友的车过汉江，正好看见跨在江面上的一座断桥，据说是最近突然崩塌的。在我向韩国朋友介绍我的光纤传感器的应用时， 随口提到可用来监测汉江上断桥事发前的状况，也许能够及早采取预防措施。当我讲出这些话后，有一位年青工程师立即表示不乐，我一下愣住了，我的拳师朋友立 刻站起来缓解，我也忙着解释，说只是随便举个例子，可能不妥，但没有其它意思。这件事印证了我以前听到的一些传闻，说韩国人民族情绪强烈，说话时要多加注意。

就在我们到达机场，准备乘机返回美国时，一位韩国朋友赶到机场，专门与我谈MOEMS。他说，他们的公司对MOEMS很感兴趣，问我有没有成熟的技术向他们提供。我对他说，很抱歉，MOEMS的事我刚开始考虑，哪有可转让的技术？这位韩国朋友扫兴而归，我也感到过意不去。

回到美国后，我立即把MOEMS纳入我的研究范围。创新发明在某种意义上，像是油画创作。对油画的创作过程，有人分为三个层次，即是概念——具体——概念，或者是无知——理解——无知。创新发明也是如此，首先，在我最初接触MOEMS时，我仅关心MOEMS器件工作原理和制造技术，其次才是我能做什么有所不同的事。当我经过不断地调查和研究后，慢慢地发现我可以钻的孔子和可以修补的缺陷，这就是从概念到具体的过程。随后在高度慨括以及抽象思维的提升上，所谓境界不同，认识早以脱离了具体的存在，进入了思维的超常表现和灵感的霍然出现。这个过程可不是一蹴而就，而 是漫长，艰苦，曲折，反复的。

在我第一次出差到台湾时，我的MOEMS探索出现了转机，我的第一个MOEMS器件终于设计出来了。它的启发来自有关光纤到户的一篇论文，是在我的资料库里找到的，早就收藏了，只是一直没有用上。

我设计的是光调制器（Micromachined optical mechanical modulator)接收发射模组，光调制器的工作原理基于法布里－珀罗(Fabry－Perot)共振腔，我在光纤传感器的设计中已经用上了这种共振腔。这就是所谓的触类旁通或融会贯通，只要真的掌握了某一事物的知识和规律，进而推知同类事物的知识和规律就不困难了。