中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近日，美國光學(xué)學(xué)會(huì )旗下頂級光學(xué)期刊Optica在線(xiàn)發(fā)表了武漢光電國家研究中心郜定山副教授研究組和廈門(mén)大學(xué)陳煥陽(yáng)教授團隊合作論文”Universal multimode waveguide crossing based on transformationoptics”。
不斷拓展芯片上的光通信容量是集成光學(xué)研究的重要目標之一。傳統的波分復用技術(shù)成本高，一般只適合在長(cháng)距離光纖通信系統中使用，而在芯片等短距離光互連方面沒(méi)有優(yōu)勢。近年來(lái)，人們發(fā)展了一種光波導模式復用技術(shù)，為實(shí)現低成本、大容量的芯片級光互連帶來(lái)了曙光。目前，集成的模式復用/解復用器件、模式轉換器件等日益發(fā)展成熟，但構建大規模模式復用路由通信的核心器件“多模波導交叉連接器”仍難以攻克?，F有的多模交叉連接器僅能支持兩個(gè)波導模式或者兩個(gè)交叉通道，應用十分受限。
合作研究團隊提出了一種全新的思路，基于變換光學(xué)物理原理來(lái)設計通用型集成多模光交叉連接器。利用麥克斯韋魚(yú)眼棱鏡結構獨特的無(wú)像差成像特性，沿魚(yú)眼圓周邊界排布多路交叉的輸入和輸出波導，構成多模交叉連接器。研究人員還發(fā)展了一種“人工邊界保角變換”新方法，來(lái)靈活調控魚(yú)眼邊界外形和折射率，完美的消除了魚(yú)眼與輸入輸出波導界面的折射率和波前失配。理論仿真結果表明，器件可同時(shí)支持多個(gè)波導模式，傳輸損耗均低于0.25dB，工作帶寬覆蓋1300~1700nm的整個(gè)光通信波段，串擾低于-20dB。該研究團隊利用灰度電子束曝光技術(shù)，在商用絕緣體上硅（silicon-on-insulator，簡(jiǎn)稱(chēng)SOI）基片上制作出高度漸變的變換魚(yú)眼多模交叉連接器，實(shí)驗測試結果與理論結果符合較好。該研究成果克服了傳統設計方法的局限，首次實(shí)現了支持任意模式數量、任意交叉通道數的通用型多模光交叉連接器，為構建片上大規模多模復用通信系統鋪平了道路。
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圖1 基于變換光學(xué)原理的麥克斯韋魚(yú)眼多模交叉連接器及折射率分布
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圖2 變換魚(yú)眼多模交叉連接器的各階模式光傳輸特性
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圖3 變換魚(yú)眼多模交叉與直接多模交叉的傳輸特性比較
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圖4 電子束灰度曝光技術(shù)制作的魚(yú)眼多模波導交叉連接器
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、中央高校研究基金的資助，研究和論文撰寫(xiě)中還得到了華中科技大學(xué)董建績(jì)教授和張新亮教授，中南民族大學(xué)侯金副教授、楊春勇教授、陳少平教授，以及巴黎南大學(xué)Eric Cassan教授的貢獻和支持。
