1月7日，《激光與光子學(xué)評論》以期刊正封面的形式在線發(fā)表了來自蘭州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授田永輝團(tuán)隊(duì)的文章《基于氮化硅—薄膜鈮酸鋰異質(zhì)集成平臺的模式與偏振復(fù)用》，該工作有望助力高速、大容量數(shù)據(jù)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(xué)復(fù)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(jì)算和光傳感提供顯著的多路并行性，并且已經(jīng)成為了商用光學(xué)收發(fā)器中必不可少的重要部件。其中，光學(xué)模式和偏振復(fù)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(fù)用大大降低了成本和工藝復(fù)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(shí)現(xiàn)模式和偏振復(fù)用，可以與高速的電光調(diào)制器進(jìn)行單片集成，構(gòu)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(xué)教授阿南·米切爾課題組及上海交通大學(xué)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(zhì)脊型波導(dǎo)，解決了直接刻蝕鈮酸鋰薄膜帶來的波導(dǎo)側(cè)壁角度等問題，并基于該波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了高性能的模式和偏振復(fù)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(zhì)有利于在同一塊襯底上利用鈮酸鋰優(yōu)異的材料屬性實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制器和光學(xué)非線性器件。同時，氮化硅材料還擁有與鈮酸鋰相似的光學(xué)透明窗口，有助于實(shí)現(xiàn)超寬帶器件。基于前期的研究工作，團(tuán)隊(duì)研究人員通過仿真計(jì)算得到了鈮酸鋰不同晶體學(xué)軸的光學(xué)模式表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)并率先提出了該平臺上實(shí)現(xiàn)高性能模式和偏振復(fù)用的方案：在晶體學(xué)Z軸方向?qū)崿F(xiàn)模式復(fù)用，晶體學(xué)Y軸方向?qū)崿F(xiàn)偏振復(fù)用。
器件的靜態(tài)測試結(jié)果顯示，在覆蓋C波段的寬波長范圍內(nèi)，模式復(fù)用/解復(fù)用器的插入損耗低于1.46 分貝，模間串?dāng)_低于-13.03 分貝，偏振旋轉(zhuǎn)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(jìn)一步地，研究人員還對器件進(jìn)行了40 Gbps數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)，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(shù)據(jù)處理能力。
