硅业在线赢硅网7月7日讯  硅在地壳中储量仅次于氧，是大自然赐予的最丰富的矿物之一。基于SOI(绝缘层上硅)的硅纳米波导具有许多优点，如红外波段本征损耗低，光场限制强，器件尺寸小等等。更为重要的是，基于SOI的硅基光子芯片加工工艺与大规模集成电路CMOS工艺兼容，为未来大规模光电子器件集成提供了重要潜在技术途径。与此同时，由于硅天然是一种高非线性材料，因此基于纳米硅波导的非线性光学应用研究也日益得到重视，例如芯片级光频梳产生，中红外光源，高速光开关等等，在光通信、生命科学、精密测量、传感等领域有诸多应用价值。

　　其中，基于非线性芯片的高速光信号处理技术可以突破电子瓶颈，提供低功耗、超大带宽的集成光信号处理能力，在大容量低功耗光网络的开关、路由等功能中有重要应用。基于此，我院徐竞副教授小组与武汉邮电科学院光纤通信技术和网络国家重点实验室合作，利用集成纳米硅波导的非线性效应，针对光通信领域前沿扩容技术——模分复用技术，开展了一系列全光信号处理研究工作。模式复用技术是利用波导中模式正交特性的一种新型复用技术，基于硅基集成波导的模式复用系统不但可以增加通信容量，对于提高芯片的全光信号处理带宽也有极大的潜力。通过理论设计和数值仿真得到的参数，制备和测试了多模全光信号处理芯片，利用两个正交模式通道实现了102.6 Gb/s 的OFDM-QPSK信号的多模可选择/并行波长转换功能，相关工作以题为Mode-selective wavelength conversion of OFDM-QPSK signals in a multimode silicon waveguide发表在Opt. Express 25, 4493-4499(2017)上，论文第一作者是光电国家实验室博士生邱英，通讯作者为徐竞。多模高级调制格式的波长转换对非线性效应的转换效率和噪声转移特性提出了较高要求，该工作初步展示了硅纳米波导在多模光信号处理中的潜力。

　　部分模式复用芯片的显微图像

　　有串扰和无串扰情况下两信道波长转换后的误码率测量结果及星座图

　　另外，该芯片还可以实现基于单个波导的双路并行逻辑与操作，相关工作以题为Dual-channel AND logic gate based on four-wave mixing in a multimode silicon waveguide发表在IEEE Photonics Journal, vol. 9, no. 4, pp: 1-6, 2017，论文第一作者是我院博士生王佳敏，通讯作者为徐竞。利用模式复用带来的新的自由度，实现了多路并行逻辑操作，以增加系统信号处理容量，在此基础上还可进一步实现高级逻辑操作，如半加器、半减器和数字比较器等。

　　双路并行逻辑与门原理图

　　以上相关部分内容也被国际会议Optical Fiber Communication Conference 2017和CLEO-PR|OECC|PGC 2017录用。

　　总之，利用模式复用可以对全光信号处理技术进行升级，同时以集成的方式将系统芯片化，有效减小了尺寸和功耗，系统稳定性得到了提升，有望在未来少模光纤传输网络及大容量集成信号处理中得到应用。

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