硅在地殼中儲(chǔ)量僅次于氧，是大自然賜予的最豐富的礦物之一。基于SOI（絕緣層上硅）的硅納米波導(dǎo)具有許多優(yōu)點(diǎn)，如紅外波段本征損耗低，光場(chǎng)限制強(qiáng)，器件尺寸小等等。更為重要的是，基于SOI的硅基光子芯片加工工藝與大規(guī)模集成電路CMOS工藝兼容，為未來大規(guī)模光電子器件集成提供了重要潛在技術(shù)途徑。與此同時(shí)，由于硅天然是一種高非線性材料，因此基于納米硅波導(dǎo)的非線性光學(xué)應(yīng)用研究也日益得到重視，例如芯片級(jí)光頻梳產(chǎn)生，中紅外光源，高速光開關(guān)等等，在光通信、生命科學(xué)、精密測(cè)量、傳感等領(lǐng)域有諸多應(yīng)用價(jià)值。
其中，基于非線性芯片的高速光信號(hào)處理技術(shù)可以突破電子瓶頸，提供低功耗、超大帶寬的集成光信號(hào)處理能力，在大容量低功耗光網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)、路由等功能中有重要應(yīng)用。基于此，我院徐競副教授小組與武漢郵電科學(xué)院光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合作，利用集成納米硅波導(dǎo)的非線性效應(yīng)，針對(duì)光通信領(lǐng)域前沿?cái)U(kuò)容技術(shù)——模分復(fù)用技術(shù)，開展了一系列全光信號(hào)處理研究工作。模式復(fù)用技術(shù)是利用波導(dǎo)中模式正交特性的一種新型復(fù)用技術(shù)，基于硅基集成波導(dǎo)的模式復(fù)用系統(tǒng)不但可以增加通信容量，對(duì)于提高芯片的全光信號(hào)處理帶寬也有極大的潛力。通過理論設(shè)計(jì)和數(shù)值仿真得到的參數(shù)，制備和測(cè)試了多模全光信號(hào)處理芯片，利用兩個(gè)正交模式通道實(shí)現(xiàn)了102.6 Gb/s 的OFDM-QPSK信號(hào)的多模可選擇/并行波長轉(zhuǎn)換功能，相關(guān)工作以題為Mode-selective wavelength conversion of OFDM-QPSK signals in a multimode silicon waveguide發(fā)表在Opt. Express 25, 4493-4499(2017)上，論文第一作者是光電國家實(shí)驗(yàn)室博士生邱英，通訊作者為徐競。多模高級(jí)調(diào)制格式的波長轉(zhuǎn)換對(duì)非線性效應(yīng)的轉(zhuǎn)換效率和噪聲轉(zhuǎn)移特性提出了較高要求，該工作初步展示了硅納米波導(dǎo)在多模光信號(hào)處理中的潛力。
