科研成果
向网络拥堵说“不”!深圳校区科研团队成果在Nature Communications发布
发布时间:2019-07-31 01:55:28 4968

【哈工大(深圳)宣】(刘英杰/文、图)近日,校区电子与信息工程学院徐科副教授、理学院宋清海教授与上海交通大学杜江兵副研究员、何祖源教授团队合作,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。该成果以“Arbitrarily Routed Mode-division Multiplexed Photonic Circuits for Dense Integration”(《高密度集成和任意布线的模分复用光子回路 》)为题于7月22日发表在“Nature”旗下综合类子刊“Nature Communications”(《自然·通讯》)(Nat. Commun. 10, 3263 (2019))上。

大數據業務的迅速發展帶來急劇增長的網絡流量,光進銅退已在數據中心和高性能計算中廣泛實現,但光電接口和處理器的性能仍需加速升級。與電處理芯片相比,光芯片能耗更低、速度更快,而且能利用波長、模式、偏振等參量實現波分複用、模分複用和偏振複用等多路並行處理技術。其中,片上模分複用技術可以在不增加激光器數量的情況下顯著提高芯片的並行處理能力,但是其研究和應用仍具有模間串擾、損耗和尺寸面積等衆多挑戰。

为此,徐科副教授课题组及科研合作团队基于一种“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。

在該論文中,校區爲第一完成單位和通訊單位,電子與信息工程學院2018級博士生劉英傑爲第一作者,電子與信息工程學院徐科副教授、姚勇教授,理學院宋清海教授和上海交通大學杜江兵副研究員爲共同通訊作者。該項研究得到了中國國家自然科學基金、深圳市科創委基礎研究項目、和創新創業項目的支持。(編輯 吳銳婵)

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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。

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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。

 論文鏈接:

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11196-8