新型光發射與接收模組：設計與實現

新型光發射與接收模組：設計與實現

Tu Xiang Zheng (塗向真)

那是1993年，我在新澤西州羅格斯（Rutges）大學的光纖材料研究中心當訪問教授，研究的課題是光纖傳感器。資助這個項目的是新澤西州的一家公司，學校不僅不為我支付開銷，還能從這家公司收取代研費。所以我有專用的實驗室和辦公室，大多數實驗儀器由學校提供，需要添置的儀器由公司出錢購買。

資助我的公司是要開發檢漏用的光纖傳感器係統，美國的十大製藥公司有六家設在新澤西州，他們都需要藥品包裝在線檢漏。我提出采用我研製的光纖溫度傳感器，得到封裝係等幾位教授的支持，都願意參加合作開發。

為了給外來參觀人員做演示，我在實驗室裏建了一套演示係統，參觀人員可以在示波器上觀看光纖溫度傳感器的工作情況。有一天，來了二位訪客，據介紹，他們的公 司從事光纖醫療儀器開發，是新加波一家醫療儀器公司的子公司。我給他們演示光纖溫度傳感器，他們由示波器的信號圖形，估算出測量溫度的分辨率高於千分之一 攝氏度，感到非常驚奇。

我把他們領到我的辦公室，從櫃子裏拿出了幾瓶可樂，一邊喝飲料一邊閑聊。我告訴他們，我本來研究的是MEMS（微機械），隻是研究到的MEMS傳感器時要用光纖，所以才與光纖沾上邊。其中一位先生說，現在微光機電係統（MOEMS）很熱門，他的一位朋友工作的通信公司最近收購了一家MEMS公司，專門用來開發MOEMS產品。

大慨是隔了一個星期左右，那位提到MOEMS的訪客給我打電話，說他手頭有一份關於MOEMS的資料，如果我需要可以給我寄來。我告訴他，不要寄了，我自已去取。我住在皮斯卡特維（Piscataway）市政府附近，他的公司處在美國電氣和電子工程師協會服務中心大樓的斜對麵，正好在我的住處和羅格斯大學Busch校園之間，我每天上下班都要開車從此處經過。

取來的有關MOEMS的調研報告，讓我對MOEMS有了進一步的認識和了解，推動和加速了我進入MOEMS領域的進程。其實，當我還在賓州大學時，顧毓秀老前輩就鼓勵我投入對MOEMS的研究，指出MOEMS是光通信發展的必由之路。

MOEMS在通信領域中的應用，是把MEMS和光學器件有機地結合在一起，其作用，一方麵能夠縮小許多光學係統的體積，提高光學係統的性能，另一方麵也能產生新的光學係統。MOEMS的出現將極大地推動光纖通信技術的發展。采用MOEMS技術研製的微光開關，光衰減器，光調製器，激光－光纖耦合裝置，濾波器以及微型激光器等微型器件，將會使當前的光纖通信係統向小型化方向發展。MOEMS的微定位裝置的精度可達納米數量級，因而它在光連接技術和光交換技術中將發揮著重要的作用。在半導體激光器與光纖的耦合連接中，半導體激光器，透鏡以及光纖等部件的精確定位是項複雜的調整操作，MOEMS技術可以較好地解決這一問題，將會降低光組件的成本。另外，將電話機和數據網絡完全集成在MOEMS上，稱為波分複用高速光傳輸技術，同衛星技術結合起來將極大地降低長途通信費用。

看來，MOEMS的確是大有作為，但千頭萬緒，從何做起？就在這個時候，我被邀請去韓國進行訪問，主題是與韓國公司探討光纖傳感展開合作的可能。從中牽線的是我的一位跆拳道拳師朋友，他觀看過我的光纖傳感器演示，盡管他不太懂專業，但知道這是高科技，通過他的韓國朋友找到三家感興趣的韓國公司，於是邀請我去麵談。

我是想通過這次訪問轉讓我的光纖震動傳感器，用於全天候監測基礎設施的運行安全，譬如橋梁，水壩，核電站，高層建築等。拳師朋友與我同行，在當時的漢城（現 在的首爾）的仁川機場下機後，乘接機朋友的車過漢江，正好看見跨在江麵上的一座斷橋，據說是最近突然崩塌的。在我向韓國朋友介紹我的光纖傳感器的應用時， 隨口提到可用來監測漢江上斷橋事發前的狀況，也許能夠及早采取預防措施。當我講出這些話後，有一位年青工程師立即表示不樂，我一下愣住了，我的拳師朋友立 刻站起來緩解，我也忙著解釋，說隻是隨便舉個例子，可能不妥，但沒有其它意思。這件事印證了我以前聽到的一些傳聞，說韓國人民族情緒強烈，說話時要多加注意。

就在我們到達機場，準備乘機返回美國時，一位韓國朋友趕到機場，專門與我談MOEMS。他說，他們的公司對MOEMS很感興趣，問我有沒有成熟的技術向他們提供。我對他說，很抱歉，MOEMS的事我剛開始考慮，哪有可轉讓的技術？這位韓國朋友掃興而歸，我也感到過意不去。

回到美國後，我立即把MOEMS納入我的研究範圍。創新發明在某種意義上，像是油畫創作。對油畫的創作過程，有人分為三個層次，即是概念——具體——概念，或者是無知——理解——無知。創新發明也是如此，首先，在我最初接觸MOEMS時，我僅關心MOEMS器件工作原理和製造技術，其次才是我能做什麽有所不同的事。當我經過不斷地調查和研究後，慢慢地發現我可以鑽的孔子和可以修補的缺陷，這就是從概念到具體的過程。隨後在高度慨括以及抽象思維的提升上，所謂境界不同，認識早以脫離了具體的存在，進入了思維的超常表現和靈感的霍然出現。這個過程可不是一蹴而就，而 是漫長，艱苦，曲折，反複的。

在我第一次出差到台灣時，我的MOEMS探索出現了轉機，我的第一個MOEMS器件終於設計出來了。它的啟發來自有關光纖到戶的一篇論文，是在我的資料庫裏找到的，早就收藏了，隻是一直沒有用上。

我設計的是光調製器（Micromachined optical mechanical modulator)接收發射模組，光調製器的工作原理基於法布裏－珀羅(Fabry－Perot)共振腔，我在光纖傳感器的設計中已經用上了這種共振腔。這就是所謂的觸類旁通或融會貫通，隻要真的掌握了某一事物的知識和規律，進而推知同類事物的知識和規律就不困難了。