波分複用接收與發射模組的發明曆程

波分複用接收與發射模組的發明曆程

Tu Xiang Zheng (塗向真)

在光纖到戶（FTTH）熱潮興起之際，我獲得了一項關於波分複用（WDM）接收與發射模組的專利。該專利的英文名稱為 Wavelength Division Multiplexing，專利號 6,219,470，於 2001 年 4 月 17 日正式授權。

當時，一家資助我光纖傳感器研究的公司派遣了兩位年輕人協助我的工作。他們分別是湯和羌，兩人均畢業於新澤西州理工學院，專業背景是財務管理和外匯交易。盡管他們對技術一竅不通，但對我十分尊重，全力配合。他們是典型的美國人，性格直爽、幽默風趣，毫無保留地分享個人生活。

湯是猶太人，家族產業廣泛，包括在大西洋城經營賭場和夜總會。羌是匈牙利移民的第二代，其外婆曾是新澤西州匈牙利移民的領袖，父親擔任警察總監，母親則是一名中學醫生。

在研究過程中，我提出利用光纖溫度傳感器作為藥品包裝檢漏係統的檢測頭。起初，我對效果並無十足把握，但試驗結果遠超預期，這讓我倍感欣慰。隨著產品開發進展順利，湯和羌更加投入，不僅細心照顧我，還邀請我參加各類社交活動。羌曾邀我到他家做客，並為我準備了一頓豐盛的海鮮晚餐。他還經常帶著兩個小女兒來找我，讓我給她們講中國故事。而湯則邀請我去他們家族經營的夜總會，不過我婉言謝絕了。

波士頓之行與WDM技術觀察

一次，湯和羌安排我前往波士頓，參加一個與微光機電係統（MOMES）相關的展覽會。這次旅行不僅讓我有機會了解 MOMES 技術的發展，還能順道遊覽波士頓，特別是麻省理工學院（MIT）和哈佛大學（Harvard University）。

展覽會在波士頓會展中心舉行，距離我們入住的酒店僅十幾分鍾步行路程。我對 WDM 技術頗感興趣，因此重點關注了展會上相關產品的展示。許多展品已實現“一纖多波”傳輸，尤其是密集波分複用（DWDM）技術，使單根光纖的傳輸波長從幾十個拓展到上百個，帶寬高達十幾吉赫茲。

湯和羌在展覽會上展現出極強的社交能力，他們言談風趣、舉止得體，與參展商交談時充滿自信與激情。盡管我們的產品尚在開發階段，但在他們的巧妙推銷下，仿佛已成為市場上的珍品。我見識到他們的“表演”，不禁自愧不如。

展會結束後，我們參觀了 MIT 和哈佛大學。這兩所名校坐落於波士頓劍橋區，隔查爾斯河（Charles River）與波士頓市區相望。雖然校園古樸緊湊，並無過多壯觀景點，但在我心中，它們承載著無盡的敬仰與向往。早年，我曾獲公費前往 MIT 進修的機會，但因研究所的派遣政策，最終被調往西德（現德國）。這段遺憾至今仍令我難以釋懷。

WDM接收發射模組的研製

回到實驗室後，我開始研究 WDM 接收與發射模組。我此前已申請了一項機械調製的接收發射模組專利，但它尚不具備波分複用功能。WDM 技術的核心在於將不同波長的光載波信號在發送端複用後耦合至同一根光纖進行傳輸，而在接收端通過解複用器分離各波長信號，再由光接收機恢複原始信號。

相比之前的設計，新型 WDM 接收發射模組增加了多層介質薄膜組成的全反射鏡與全透射鏡、微透鏡、單晶矽組合平台等組件。它能夠分別接收不同波長的光信號，並轉換為電信號，同時可將調製後的光信號透射回同一根光纖進行傳輸。該模組的主要應用仍是 FTTH，但其通信能力大幅提升。

盡管理論設計清晰，但實現過程中需攻克諸多技術難題，包括多層介質膜的材料選擇與物理參數優化、理論公式推導與仿真計算、成膜工藝的優化等。經過一年半的基礎研究，我完成了這些繁瑣且複雜的前期工作，隨後又花費半年時間進行實驗，優化工藝參數並驗證設計。

在撰寫專利申請文件後，我沒有立即提交，而是廣泛征求同行意見。為此，我前往紐約州尤蒂卡（Utica）技術學院，與兩位印度籍光通信教授進行座談。這對教授夫婦曾參觀過我的實驗室，並希望與我合作開展 MOMES 研究。我的訪問目的有二：一是了解他們是否對我的 WDM 模組感興趣，二是考察他們的實驗室是否具備進行 MOMES 研究的條件。

產業考察與啟發

兩位教授熱情接待了我，並帶我參觀了一家半導體光電器件公司。這家公司坐落於一條通往加拿大的運河岸邊，水質清澈，幾艘遊艇停泊在廠房附近。公司工程師向我介紹了他們的核心產品——一款電流調諧的半導體激光器。我詢問是否有機構調諧的版本，他回答尚未研發。

此外，我還參觀了一座由停用軍工廠改建的科技開發園區。入駐的初創公司可享受三年免租、低水電費及稅收優惠。其中一家由父子經營的企業正致力於家庭節水裝置研發。聽說我研究 MEMS 壓力傳感器後，他們非常興奮，熱情招待我，並向我請教關於防水封裝技術的問題。

結語

這段經曆不僅拓展了我的技術視野，也讓我深刻體會到技術研發與產業應用的緊密聯係。從光纖溫度傳感器到 WDM 接收發射模組，再到與 MOMES 相關的研究，每一個項目都凝聚了大量的實驗、思考與合作。隨著光通信技術的飛速發展，我期待這些創新能夠在未來發揮更大作用。