全光信號處理及光子器件集成獲得新進展

        ICCSZ訊 全光信號處理可以克服光電轉(zhuǎn)換瓶頸，提高系統(tǒng)容量，降低系統(tǒng)功耗，是高速大容量光通信網(wǎng)絡(luò)和高性能計算中關(guān)鍵技術(shù)。硅光子學(xué)集成器件具有通信波段透明、集成度高和功耗低等優(yōu)勢，在光通信和光信號處理領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用價值。武漢光電國家實驗室光電子器件與集成功能實驗室張新亮教授、董建績副教授、余宇副教授等老師們帶領(lǐng)研究生在硅光子學(xué)集成器件機理、工藝開發(fā)和全光信號處理的應(yīng)用方面圍繞增強非線性效應(yīng)、實現(xiàn)單片集成、改善光信號處理輸出性能等目標取得一系列重要進展，僅2013年上半年發(fā)表在美國光學(xué)學(xué)會期刊《Optics Letters》和《Optics Express》上的科研論文就達11篇，取得的具體成果概述如下。

　　在器件機理研究方面，張吉化博士生提出了在硅襯底上制作非對稱等離子狹縫波導(dǎo)填充聚合物的方法來提高二階諧波產(chǎn)生效率，理論計算表明該結(jié)構(gòu)的二階諧波產(chǎn)生效率比傳統(tǒng)的方法高三個數(shù)量級。另外，也提出了一種垂直結(jié)構(gòu)的狹縫波導(dǎo)，自下而上依次由硅—聚合物—金屬—聚合物—硅材料組成，該結(jié)構(gòu)構(gòu)成了高非線性混合等離子體波導(dǎo)，并利用該波導(dǎo)的光學(xué)參量放大過程實現(xiàn)了DPSK信號的相位再生。最后設(shè)計了一種硅有機材料混合的等離子體波導(dǎo)用于高效率產(chǎn)生二次諧波，該波導(dǎo)設(shè)計存在若干優(yōu)點，如對制造工藝容忍度大，存在較大的工作帶寬，諧波產(chǎn)生范圍可覆蓋中紅外和近紅外波段。

        在器件工藝開發(fā)方面，在夏金松和黃慶忠等老師的指導(dǎo)下，硅基器件工藝取得較大突破。向磊博士和余宇副教授提出并制作了一種利用二維光子晶體光柵充當(dāng)耦合器和偏振分束器，克服了傳統(tǒng)硅基器件雙偏振態(tài)的影響，同時在此方案中將二維光子晶體光柵充當(dāng)輸入的同時也充當(dāng)輸出端口，大大地減小了器件的尺寸。另外，董建績副教授、郜定山副教授等合作提出并制作了串聯(lián)型的馬赫增德爾干涉儀、串聯(lián)型微環(huán)諧振器，該串聯(lián)結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)超快光信號的高階微分運算和多功能微分運算，突破了傳統(tǒng)的單一微分功能和一階微分求解。另外通過設(shè)計串聯(lián)型微環(huán)諧振器的諧振頻率錯位排列，實現(xiàn)中心頻率可調(diào)諧的微波光子濾波器，除了硅光子集成波導(dǎo)的工藝開發(fā)外，趙平博士生也設(shè)計開發(fā)了基于熊貓光纖的微納光纖干涉儀，并將該微納光纖用于超寬帶射頻信號產(chǎn)生和傳輸。

        在全光信號處理應(yīng)用方面，張新亮教授團隊也取得了一系列成果，包括超平坦光學(xué)頻率梳產(chǎn)生、微分方程求解、低噪聲光電振蕩環(huán)和多信道碼型轉(zhuǎn)換等。首先，楊婷博士生和董建績副教授利用HNLF中的自相位調(diào)制和級聯(lián)四波混頻等非線性效應(yīng)得到了大帶寬的光學(xué)頻率梳。并且對比分析了幾種不同的光學(xué)頻率梳產(chǎn)生裝置，所有這些光學(xué)頻率梳產(chǎn)生裝置均具備重復(fù)頻率和中心波長可調(diào)諧性。其次，譚斯斯碩士生提出了一種全光學(xué)微分方程求解的模型，并通過半導(dǎo)體光放大器和光學(xué)濾波器驗證了該學(xué)術(shù)思想，實驗結(jié)果表明，針對高斯脈沖和超高斯脈沖該方法均具有較高的求解精度。另外，江帆博士生提出了一種基于微波光子濾波器的可調(diào)諧光電震蕩環(huán)，通過有限沖激響應(yīng)和無限沖激響應(yīng)濾波器的級聯(lián)，微波光子濾波器具有超窄的帶寬可以取代傳統(tǒng)的電學(xué)濾波器。最后，余宇副教授等提出了利用單個半導(dǎo)體光放大器（SOA）實現(xiàn)4路WDM-PDM RZ-PSK信號幅度再生方案，成功實現(xiàn)了對于多維復(fù)用信號的幅度再生。并測試解調(diào)得到信號的4路兩個偏振支流的誤碼，驗證了方案的再生特性。

        以上相關(guān)研究工作得到國家“973計劃”（NO. 2011CB301704）、國家杰出青年基金（NO. 61125501）、國家自然科學(xué)基金面上和青年基金（NO. 61007042, No. 61275072, No. 60901006, No. 11174096）以及教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃（Grant No. NCET-11-0168）、全國優(yōu)秀博士論文專項基金（No. 201139）等項目資助。