随着数字经济的发展，人们对于网络带宽的需求也越来越大了。现在，因特网上每天数据流量的峰值可高达每秒0.47兆兆字节，而且预计到2001年，流量至少会增加一个量级而达到每秒5.64兆兆字节。现在，全球范围内流动的数据其内容日益丰富，而且动态性也越来越强。公众对于等待也越来越不耐烦了，希望网络的速度能更快。这种对于网速的无止境的需求会使网络的硬件设施在其巨大成功的重压之下崩溃掉。

光纤传输能量的提升

现在，最大的问题并不是在城市间或洲际间的数据传输上。因为高密度分波段多路技术的发展，使得在一条光纤上通过利用光的各个不同波长，可以实现多重信息传输。这使得光纤的信息传输能力每9个月就翻一番。此外，这项技术还可以使我们更有效的利用已有的光纤系统，使它们的传输能力不断提高，从而大幅度的降低长距通讯的运营成本。当前数据传输速度的真正瓶颈在于用户的计算机与服务商的因特网节点之间（称为“最后一英里”速度瓶颈）。因为这一段目前仍然是利用传统的铜导线或有线电视系统中所用的连接线来连接的。建立在高速调制解调器和数字用户线路（DSL）基础上的新型高速因特网要求光纤线路尽可能的靠近终端用户。随着光学连接器生产规模的增大，它的成本正在不断地降低。因此，光学器件正在解决当前所面临的这种“最后一英里”速度瓶颈问题。

在不久的将来，制约因特网速度的瓶颈将会更加靠近家庭：即建筑物、楼层、架构、储存子系统、计算机内部部件，甚至集成电路板上的元件之间的超短距连接处。如果因特网仍然以现在这样的高速度发展，那么我们必须把光学元件做得小到可以用于上述这些地方。最有前景是一种相对新近发展起来的技术——垂直腔面激光发射器（VCSEL）。

腔面激光发射器

传统的激光都是从谐振腔的边缘发出的，而VCSELs则是从其顶部发射出圆柱形光束的。它的优点在于发射出的光束无需进行不对称矫正或散光矫正，就可以调制成用途广泛的环形光束。VCSELs的效率也非常高，能耗仅是边缘发射激光器的几分之一。这样就可以简化驱动电路，减少相干频率电磁辐射（RFI）。VCSELs比传统的激光器件要小：整个VCSELs可以被缩小到仅仅比它发出的光束略大一些。

腔面发射器也更便于封装和组装。人们可以利用组装集成电路时的设备把VCSELs平置于封装基片上，并且可以直接在晶片上进行检测。这样，把激光束从晶片上分离出来并且把它们排成一束一束的就变得很容易了。而且从每块晶片上所得到的光束的强度更大，排列密度更高（大约要增加一个量级），这对于建造用于计算机和网络系统的高速光学连接器是至关重要的。正是由于这些原因，才使其研发成本和生产成本得以降低，从而使光学器件离消费者更近了一步。

当每台计算机的数据流经过网络汇集到因特网的主干道上时，路由转换器内的数据流量会非常巨大，以至于电子连接器根本无法承受，哪怕传输距离只有一块网络元件那么长也不行。生产商们把基于VCSEL的光学连接器用于这些远距通讯转换器中以保证PC板之间的数据流动。

如果发射波长在1300～1550纳米之间的VCSELs能够商业化的话，那么它就可以被用于单模光纤了。这种光纤通常安装在“最后一英里”速度瓶颈处。也就是说，采用VCSELs能简化光学连接器件，从而可以把它们用于短距单模连接器上。而这不仅使光网更加靠近家庭，而且进一步降低了它们的成本。许多公司现在已经公布了这种长波VCSELs原型机的一些技术数据。

然而，通过采用光学底板来加快路由器的速度也仅仅是一个权宜之计。因为根据摩尔定律，芯片上的元件数量每18个月就会翻一番。这导致印刷电路板的密度会越来越高，元件之间数据传输的通道总是超负荷。不久之后，输入输出的数据流就无法以电信号的方式在集成电路中传递了。只有把VCSELs也用于这些部件上，因特网路由器的吞吐量才能继续增长。

无限频带技术

由于这些技术的发展会使网络速度越来越快，所以单台计算机的输入输出主线将变成因特网的速度瓶颈。即使CPU的功能再强，它也无法把这些数据从网络传送到显示子系统，因为这里存在着一个内部的局限性。例如，当你在打印一份文档的同时去操作另外一份文档时，尽管处理器还有很大的空闲，但是你的计算机的反应还是非常缓慢。这是因为数据主线没有空余的缘故。网络服务器也会遇到同样的问题。一种可以取代传统共享主线的部件是由光纤构成的，计算机界称之为无限频带。当然，你也可以把它想成是位于一台计算机内的因特网。如果成本足够低的话，这些机内网络可以由光网构成，从而最终解决单块PC板上的输入输出瓶颈。

当把光学接口直接置于微处理器上时，会遇到许多困难。因此在这些应用之前，光学器件研究人员必须先克服一些所遇到的这些困难。首先，由于集成电路运行时的温度要比VCSELs的设计承受温度高，这就会产生材料选择上的问题。其次，还存在一个尺寸大小的问题。光电转换器要像集成电路上两条线的结合点一样大，大约0.03平方毫米。而现在实现同样功能所需要的器件的大小是12～50平方毫米，它安装在集成电路表面所需的面积是600平方毫米。因而，现在的光学技术还需要把它缩小4个量级。再次，光学转发器的产量还需要增加两个数量级。

总而言之，光学器件已经成功地解决了海底通讯或长距通讯时的瓶颈问题。短距光学器件的成本正在降低，而且日益靠近普通家庭，这将从根本上解决现在的“最后一英里”速度瓶颈问题。VCSELs技术将会解决日益凸现的计算机和其他电讯设备的内部速度瓶颈问题。最终，人们将需要用VCSELs来进行PC板之间的数据传输。随着对网络带宽需求的日益增长以及光学器件成本的日益降低，总有一天，光学器件将最终解决因特网硬件建设中的速度瓶颈问题。

[Science，2000年12月8日]