新形势下纳米技术在光通信中的应用研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 新形势下纳米技术在光通信中的应 用研究 【摘 要】纳米技术在通信领域 的作用已受到广泛重视， 并取得了一 定的发展。本文主要介绍了纳米科技为 光通信带来的影响，分析了纳米技术在 改善和提高光器件性能方面的重要作用， 阐述了纳米技术在光通信中的应用。 中国论文网 /5/view-5635726.htm 【关键词】纳米技术；纳米材料； 纳米光电子器件；光通信 五十年前，硅材料的研制成功和 硅晶体管的发明，导致了电子信息行业 的一次大革命。材料科学在不断地向前 发展，随之而来的光通信时代、量子时 代带给人们的是更多的“ 不可思议 ”。预 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 计纳米技术总的社会影响将大于硅集成 电路，尤其在通信领域，它将使得光器 件的体积微型化，功能大大提高，满足 人类对信息的需求。 1、纳米科技为光通信带来的影 响 纳米是一个微小的尺度单位，1 纳米是十亿分之一米（10-9） ，大约是 单个原子直径的 4 倍。纳米科技是指在 原子分子层次上对物质精细的观测识别 与控制的研究与应用， 它将对于 21 世 纪的信息科学、生命科学、分子生物学、 新材料科学和生态系统可持续发展科学 提供一个新的技术基础，这将引起一场 产业革命，其深远的意义可与 18 世纪 的工业革命相媲美，它涉及面十分广泛， 包括物理学、化学、生物医学和材料等 有关的领域。纳米科技中最具有生命力 的、最代表纳米科技发展前途的、对未 来新技术和产业可能带来革命性冲击的 是未来的纳米器件。将来的纳米器件应 该是高集成的、多功能的和智能化的。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 它应该将信息的探测（传感器） 、运算 （芯片） 、传输（通信）和动作的执行 诸功能集为一纳米结构。 纳米激光器的第一个重要应用很 可能是芯片互联。过去，处理器速度一 直是阻碍计算技术和电信技术发展的主 要因素。但是，当处理器速度提高到一 定程度时，互联就成了制约发展的因素。 为此，半导体制造商采用铜互联取代了 过去的铝互联。现在他们又在对光互联 以及超低 K 值材料和碳纳米管进行实 验。光互联能够提供足够的带宽，并能 向最快的处理器提供数据。但是，考虑 到尺寸和成本的因素，对于这种应用的 激光器，要求将会非常苛刻。在板卡上 可以采用 VCSEL，同时使用保偏光纤 也是降低成本的一种方法。在芯片中， 激光器和波导都需要采用纳米技术制造。 另一个需要面对的难题是如何将 光子和电子集成起来。这就促进了硅光 子技术的发展。如果硅既可以用来处理 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 光子，又可以用来处理电子，那么就可 以将二者集成到一起。硅加工方面的深 厚技术积累对推动光互联产品迅速进入 市场将起到非常重要的作用。这一领域 已引起最大的几家半导体公司的关注。 英特尔已推出了硅调制器和激光器，最 近 IBM 也宣布了一种在硅片上制作光 路的方法。小公司同样不甘示弱，生产 硅调制器的 Luxtera 就是其中的一个。 那么，纳米光子互联的市场到底 有多大呢？这很难说。对于片上应用， 激光器必须嵌入到芯片上，其价格将高 于整个芯片的价格。但是一项针对板上 应用的市场调查表明，纳米互联技术所 带来的市场需求可能非常大。假设在一 块板卡上有 10 个器件，如果要将这些 器件互相连接在一起，那么就需要 90 个激光器来完成这项工作。目前每年售 出的芯片板有上亿只，激光器的数量之 大就不难想象了。与此同时，英特尔、 摩托罗拉和 IBM 等公司认为网络发展 中的下一个重大事件是光纳米传感器网 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 络。但它距离商用还有待时日，因为纳 米传感器的研发主要靠政府资助，目前 已知应用仅限于国土安全和军事。 最后，纳米科技还可以帮助我们 降低 10Gbit/s 和 40Gbit/s 网络的成本。 随着 FTTX 的迅速发展，市场对低成本 器件肯定会有需求。尽管一些新兴纳米 光子公司在大谈降低现有网络技术的成 本，但是纳米工程能否如他们所愿，就 不得而知了。实际上，除非新技术具有 无可比拟的绝对优势，否则设备制造商 决不会在这上面冒风险。上述的量子点 激光器就表明纳米科技并不总是集经济 实用于一体的。 2、纳米技术在光通信中的应用 2.1 应用于光通信中的纳米光电 子器件 2.1.1 整齐排列的交叉式纳米光缆 线是一种“Y-形状”的氧化硅纳米光缆线， 该纳米光缆线的直径为 10nm，长度可 达毫米级，线直而均匀并且是透明的， 最重要的是该纳米光缆线在生长过程中 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 自动由一根分叉成为两根，两根可以分 叉成四根，依次继续分裂。 2.1.2 纳米级导电纤维是一种仅有 一个分子粗细的导电纤维，可谓世界上 最细“电线”。它的直径仅 3nm，中心部 分具有良好导电性的丁二炔链，四周包 覆着糖的衍生物，并作为绝缘层，防止 漏电。 2.1.3 纳米聚合体电子器件是一种 将化学合成的纳米粒子和与其共扼的聚 合体组合制成的二极管发光作用区，终 于首次实现了具有应用价值的、转化效 率达 2%3%的有机近红外发光二极管。 2.1.4 新型纳米激光器提高电脑信 息存储盆这种新型激光器实际上是以半 导体硫化锅为原料制成的纳米线，直径 仅为一万分之一毫米。研究人员将硫化 锅纳米线安装在涂有硅材料的基底上， 制成一个回路。 2.2 纳米科技在光通信中的应用 2.2.1 纳米激光器 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 纳米激光器的微小尺寸可以使光 子被限制在少数几个状态上，而低音廊 效应则使光子受到约束，直到所产生的 光波累积起足够多的能量后透过此结构。 其结果是激光器达到极高的工作效率， 而能量阈则很低。纳米激光器实际上是 一根弯曲成极薄面包圈的形状的光子导 线，实验发现，纳米激光器的大小和形 状能够有效控制它发射出的光子的量子 行为，从而影响激光器的工作。 2.2.2 纳米光纤 将碳纳米管与聚乙烯醇（PVA） 材料及水相混合，这样就使得聚乙烯醇 材料能够将碳纳米管紧紧包裹住，从而 将无数的单个碳纳米管捆绑在一起。这 种最新材料的韧性比蛛死高 4 倍比用于 制造防弹衣的凯夫拉尔纤维韧性强度高 出了 17 倍。与同样重量的铁丝相比， 新型纳米光纤材料的硬度是前者的 2 倍， 韧性是前者的 20。 2.2.3 纳米光纤传感器 纳米光纤气体传感器的样机，的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 特点在于核心部件采用了体积小、重量 轻的普通光纤和纳米光纤，耗电小、寿 命长、不会中毒.除了一般条件下的用途 外，适用于矿井井下的潮湿、强噪音、 强振动、高粉尘的恶劣环境.该检测仪的 适应性强，除了应用于瓦斯的检测外， 简单改变发光二极管和光电检测管的工 作波长，可以用于氢气、二氧化碳、一 氧化碳、二氧化硫、水蒸气、硫化氢、 氨气等多种用途。五十年前，硅材料的 研制成功和硅晶体管的发明，导致了电