光學(xué)復(fù)用器是集成光子回路中重要的無(wú)源組件之一，它能為光互連、光計(jì)算和光傳感提供顯著的多路并行性。其中，光學(xué)模式和偏振復(fù)用相對(duì)于波分復(fù)用大大降低了成本和工藝復(fù)雜度，在其他的材料平臺(tái)上獲得了廣泛的研究。在薄膜鈮酸鋰平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)模式和偏振復(fù)用，可以與高速的電光調(diào)制器進(jìn)行單片集成，構(gòu)建大容量、低功耗的集成光子回路，對(duì)于下一階段的高速光通信非常具有吸引力。
蘭州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授田永輝團(tuán)隊(duì)與澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)教授阿南·米切爾課題組、上海交通大學(xué)教授蘇翼凱課題組合作，在薄膜鈮酸鋰晶圓的表面沉積了一層氮化硅薄膜，通過(guò)成熟的CMOS兼容工藝刻蝕氮化硅層得到氮化硅—鈮酸鋰異質(zhì)脊型波導(dǎo)，解決了直接刻蝕鈮酸鋰薄膜帶來(lái)的波導(dǎo)側(cè)壁角度等問(wèn)題，并基于該波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了高性能的模式和偏振復(fù)用器件。該工作有望助力高速、大容量數(shù)據(jù)通信，并為薄膜鈮酸鋰平臺(tái)上有源及無(wú)源器件全集成的光子芯片提供新的解決方案。相關(guān)研究近日以封面文章形式在線發(fā)表于《激光與光子學(xué)評(píng)論》。
由于氮化硅材料擁有略低于鈮酸鋰材料的折射率，因此大部分光場(chǎng)仍限制在鈮酸鋰中，這樣的性質(zhì)有利于在同一塊襯底上利用鈮酸鋰優(yōu)異的材料屬性實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制器和光學(xué)非線性器件。同時(shí)，氮化硅材料還擁有與鈮酸鋰相似的光學(xué)透明窗口，有助于實(shí)現(xiàn)超寬帶器件。基于前期研究工作，團(tuán)隊(duì)研究人員通過(guò)仿真計(jì)算得到了鈮酸鋰不同晶體學(xué)軸的光學(xué)模式表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)并率先提出了該平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)高性能模式和偏振復(fù)用的方案：在晶體學(xué)Z軸方向?qū)崿F(xiàn)模式復(fù)用，晶體學(xué)Y軸方向?qū)崿F(xiàn)偏振復(fù)用。
器件的靜態(tài)測(cè)試結(jié)果顯示，在覆蓋C波段的寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)，模式復(fù)用/解復(fù)用器的插入損耗低于1.46分貝，模間串?dāng)_低于-13.03分貝，偏振旋轉(zhuǎn)分束器的插入損耗低于1.49分貝，偏振消光比大于17.75分貝。研究人員還對(duì)器件進(jìn)行了40 Gbps數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)，得到的眼圖清晰張開，誤碼率測(cè)試展示了較低的功率損失，證明所制備的器件具有良好的數(shù)據(jù)處理能力。(記者 溫才妃 通訊員 法伊莎)
關(guān)鍵詞： 高速大容量數(shù)據(jù)通信 光學(xué)復(fù)用器 集成光子回路 光計(jì)算
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