2μm波段光子集成器件研究进展：挑战与突破

随着大数据业务的快速发展，光纤通信系统面临着传输容量扩大的巨大压力。传统的C+L波段光传输系统虽然有望提升现有系统的传输能力，但带宽需求的持续增长推动了对新波段的探索。在近红外与中红外之间的2μm波段，由于掺铒光纤的高增益谱宽和商用放大器的存在，显示出巨大的潜力，成为宽带光通信的一个可行选择。 2005年，理论预测显示空芯光子晶体光纤在2μm波段的损耗极低，这引发了人们对2μm波段光通信的关注。在2012年的欧洲光通信大会上，首次展示了基于空芯光子带隙光纤的2μm波段高速光传输技术，速度达到了8Gbit/s。自此以后，研究人员不断优化技术，已实现了单通道100Gbit/s的传输速率，显示了这一新波段在容量提升方面的巨大优势。 然而，2μm波段的有源和无源器件相对落后于C波段，尤其是在性能、功能和成熟度上。尽管半导体激光器、电光调制器、光电探测器和滤波器等已有商用产品，但这些器件的研发主要集中在近红外波段。随着对新波段的重视，2μm波段的光电子器件，特别是集成光学领域，如硅光子器件，正经历着快速的发展。其他材料体系如III-V族、铌酸锂薄膜、氮化硅和硫系玻璃等也在此领域取得了一系列突破。 有源器件部分，包括激光器和光放大器，是集成光电子器件的核心组件。在2μm波段，研究者们致力于开发高性能的半导体激光器，如掺铒或掺钛的光纤激光器，以及高效能的掺铒光纤放大器，以满足高速传输的需求。电光调制器作为数据通信的关键组件，也在2μm波段实现了小型化和高速化的进步。光电探测器，如硅基和非硅基探测器，对于信号接收和传感应用至关重要，也在向着更宽的动态范围和更高的灵敏度发展。 未来，2μm波段集成光电子器件的发展趋势将聚焦于提升器件性能、降低功耗、增加集成度，并实现与现有网络的无缝兼容。随着科研的深入，我们有望看到在数据中心互联、无线通信、自由空间激光通信等领域广泛应用的2μm波段集成光子器件，从而推动通信行业的整体进步。