全光模式轉換的新機理新技術研究

《全光模式轉換的新機理新技術研究》是依託華中科技大學，由孫軍強擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：全光模式轉換的新機理新技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孫軍強
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

模分復用技術通過開發光纖通信系統新的復用自由度，實現光纖通信容量的倍增，對於滿足迅猛增長的通信業務的需求，具有重要的理論與實際意義。模式轉換技術是構建靈活且與現有光通信網路相兼容的模分復用傳輸系統的關鍵技術。本項目擬利用可集成的高非線性波導中的受激布里淵散射效應，實現全光模式轉換技術，具有寬頻寬、高效率和靈活可操控的優越性。研究雙泵浦前向受激布里淵散射的新機理，分析動態布里淵光柵回響特性與光場的特徵參數間的關係。研究動態布里淵光柵的調控機制，實現不同模式之間的靈活的轉換。研究聲子晶體波導與脊型光波導結合的複合波導，實現對聲波場和參與作用光場的共同限制，增強聲波場與光場間的相互作用，獲得寬頻寬、高效的全光模式轉換。該研究將揭示雙泵浦作用下受激布里淵散射過程中模式間的演變規律，研製出聲子晶體波導與脊型光波導結合的高非線性複合波導，並為基於光子學方法實現模式轉換技術提供一條有效的途徑。

結題摘要

模分復用技術為光纖通信系統提供了一個嶄新的復用自由度,從而進一步實現光纖通信容量的倍增，對滿足指數增長的通信業務具有重要的意義。但是目前的模式轉換器件多數是基於自由空間光學或者波導光學。這些器件通常具有體積大，系統複雜以及轉換效率低的缺點。針對未來大容量高速率通信的需求，可集成、寬頻寬且可調諧的光模式轉換器必將是研究與開發的重要趨勢。受激布里淵效應是一種典型的非線性效應，其中泵浦光和Stokes光之間的相互作用可以實現靈活可控的光模式轉換。本項目利用高非線性波導中的前向受激布里淵散射實現光模式轉換，並進行相關的理論研究，波導製作和實驗測試。提出了一種基於聲光混合波導的全光模式轉換器，建立了利用前向受激布里淵散射實現模式轉換的物理模型，並且數值分析了模式轉換中聲光相互轉換的具體過程及相關結構參數對模式轉換效率的影響。此外，利用CMOS兼容的工藝流程製備了聲光混合波導，在實驗上觀察到了聲光混合波導中高效的前向受激布里淵散射。設計了一種懸空的聲光子晶體波導。這種波導同時具有聲子帶隙和光子帶隙，能同時限制聲場和光場的傳播，極大的增強了聲光相互作用。在慢光增強效應下，使得較短的聲光子晶體波導中可實現有效的光模式轉換。提出了利用部分懸空的矽基納米線跑道型諧振腔實現前向受激布里淵散射的方法。部分懸空的矽基納米線跑道型諧振腔能同時限制光場和聲場，並抑制了聲場向襯底的泄漏。利用諧振增強效應，波導的長度進一步被縮短。設計並製作了懸空的矽基納米線跑道型諧振腔，實驗上實現了前向受激布里淵散射，並獲得了約2.25dB的布里淵增益。研究了基於微傾斜的少模光纖光柵的光模式轉換，並在實驗上實現了模式轉換。本項目的研究為基於集成光波導技術實現模式轉換提供了一條有效的途徑。