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    中国教育在线讯3月20日，中国激光杂志社公布“2019年度中国光学十大进展”，量子秘钥分发、光子芯片、智能激光器、全色激光显示等20项重大光学获得殊荣(基础研究类与应用研究类各10项)。其中，哈工大(深圳)徐科、宋清海课题组牵头完成的“可密集集成和任意路由的模分复用光子芯片”成功入选应用研究类十大进展。

　　该成果于2019年7月以“可密集集成和任意路由的模分复用光子芯片”为题发表在《自然·通讯》上，通过对波导有效折射率的精细调控，实现了片上模分复用关键器件的小型化，并完成了三模式复用的高速信号3×112Gbit/s在片上的任意传输和互连，为片上多模光学系统的大规模集成解决了模间串扰和损耗问题。

　　大数据业务迅速发展带来急剧增长的网络流量，光芯片以能耗更低、速度更快成为数据处理核心器件的最佳选择，但是仍面临着模间串扰、损耗等众多挑战。研究团队基于一种“二维码”光子结构和优化算法，通过对波导有效折射率的精准调控设计并制备了片上模分复用的关键功能性器件，如图1所示。器件能同时支持TE0, TE1和TE2模式，与标准硅光流片工艺完全兼容，尺寸仅为数微米，比传统器件缩小了一个数量级。基于这一系列新型器件，可实现三模式复用的高速信号3×112Gbit/s并行传输，传输波导可以在任意弯曲、交叉的情况下，保持高效率、低串扰的信号传输，如图2所示。该项研究不仅通过一系列新型功能性器件实现了任意互连的模分复用光子回路，还为片上多模光学系统的大规模集成打下了重要基础。 

　　图1 基于 “二维码”结构的片上弯曲波导和交叉器件

　　图1. (a) 三模式复用和弯曲结构的显微镜照片; (b) 模式复用和解复用器件的显微镜照片; (c) 具有亚波长超结构的弯曲波导SEM照片; (d) 三模式复用和交叉结构的显微镜照片; (e) 级联的波导交叉器件显微镜照片; (f) 具有亚波长超结构的波导交叉器件SEM照片。

　　图2 模分复用集成光路和其高速信号传输性能

　　图2. (a)-(b)任意传输路径的模分复用集成光路MDM Circuit 1(闭合环形回路) 和MDM Circuit 2(连续弯曲的螺旋线回路); (c) 112Gbit/s高速信号传输的信噪比响应曲线; (d) DMT调制格式下不同子载波的比特分配; (e)不同速率的模分复用信号在光子回路中传输的误码率曲线。

中国教育在线 林剑 通讯员刘英杰 吴锐婵