助力高速、大容量數據通信，光子芯片大顯身手

1月7日，《激光與光子學評論》以期刊正封面的形式在線發表了來自蘭州大學物理科學與技術學院教授田永輝團隊的文章《基于氮化硅—薄膜鈮酸鋰異質集成平臺的模式與偏振復用》，該工作有望助力高速、大容量數據通信，并為薄膜鈮酸鋰平臺上有源及無源器件全集成的光子芯片提供新的解決方案。

光學復用器是集成光子回路中重要的無源組件之一，它能為光互連、光計算和光傳感提供顯著的多路并行性，并且已經成為了商用光學收發器中必不可少的重要部件。其中，光學模式和偏振復用由于只需要一路單波長的激光源就可以成倍提升光互連的通信容量，相對于波分復用大大降低了成本和工藝復雜度，在其他的材料平臺上獲得了廣泛的研究。在薄膜鈮酸鋰平臺上實現模式和偏振復用，可以與高速的電光調制器進行單片集成，構建大容量、低功耗的集成光子回路，對于下一階段的高速光通信是非常具有吸引力的。

田永輝課題組與澳大利亞皇家墨爾本理工大學教授阿南·米切爾課題組及上海交通大學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，通過成熟的CMOS兼容工藝刻蝕氮化硅層可以得到氮化硅—鈮酸鋰異質脊型波導，解決了直接刻蝕鈮酸鋰薄膜帶來的波導側壁角度等問題，并基于該波導實現了高性能的模式和偏振復用器件。

由于氮化硅材料擁有略低于鈮酸鋰材料的折射率，因此大部分光場仍限制在鈮酸鋰中，這樣的性質有利于在同一塊襯底上利用鈮酸鋰優異的材料屬性實現電光調制器和光學非線性器件。同時，氮化硅材料還擁有與鈮酸鋰相似的光學透明窗口，有助于實現超寬帶器件。基于前期的研究工作，團隊研究人員通過仿真計算得到了鈮酸鋰不同晶體學軸的光學模式表現，發現并率先提出了該平臺上實現高性能模式和偏振復用的方案：在晶體學Z軸方向實現模式復用，晶體學Y軸方向實現偏振復用。

器件的靜態測試結果顯示，在覆蓋C波段的寬波長范圍內，模式復用/解復用器的插入損耗低于1.46 分貝，模間串擾低于-13.03 分貝，偏振旋轉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。進一步地，研究人員還對器件進行了40 Gbps數據傳輸實驗，得到的眼圖清晰張開，誤碼率測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據處理能力。