基於三維集成技術的軌道角動量光子集成器件基礎研究

《基於三維集成技術的軌道角動量光子集成器件基礎研究》是依託中山大學，由蔡鑫倫擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於三維集成技術的軌道角動量光子集成器件基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：蔡鑫倫
• 依託單位：中山大學

中文摘要

與自旋角動量不同，軌道角動量理論上可取值無窮且彼此正交。將軌道角動量引入到光通信中，與波長、時隙和偏振等自由度類似，軌道角動量可視為一個新自由度並作為數據信息載體，這些光束彼此間可分，當載入不同數據信息後可以進行軌道角動量信息復用以提高通信容量和光譜效率。軌道角動量在光通信網路中得到真正利用的關鍵因素在於穩定可靠的光子集成器件。本項目擬圍繞“高質量多軌道角動量光束產生的機理和成形規律律”和“利用集成光學產生高質量多軌道角動量態光束的方法”這兩個科學問題；深入探索三維集成軌道角動量光子集成器件的新機理，研製高性能、多功能軌道角動量集成發射/接收器件，利用三維集成技術構建一套完整的，能夠在光通信系統中廣泛套用的，涵蓋軌道角動量光束的產生，復用/解復用和動態調控的功能器件群。

結題摘要

信息化是當今世界的發展趨勢和潮流，信息技術作為所有行業效率的倍增器，已從根本上改變了人們的生產生活方式。信息化發展的根本性需求是信息容量的持續擴展。以光子技術為基礎的光通信系統已經是、並將繼續成為現代信息系統的動脈。在日益增長的容量需求驅動下，光波承載信息的方式，從早期的利用光場強度的二進制調製體制，進入到了利用多維度資源（振幅、頻率、相位、偏振）的多維調製復用體制。在現代光通信系統中，多維調製復用體制發揮著、並將繼續發揮重要作用。然而繼續依靠現有維度資源來提高信息容量的方法慢慢趨於理論極限，“頻寬耗盡”的到來，在不遠的未來是可預見的。為了應對這個難題，人們提出了空分復用技術，如基於少模光纖和多芯光纖的空分復用技術。光學漩渦也可以做空分復用。光學漩渦的光子攜帶軌道角動量（OAM：Orbital Angular Momentum），因此光學漩渦也稱為 OAM 光場。光場的 OAM 可取值無窮且彼此正交，因而有望極大地提高系統容量。OAM 光通信技術已經引起了廣泛關注並取得了一系列進展，是一種被寄予厚望的未來技術。目前 OAM 光場的調控技術以傳統的大尺寸體光學元件為主，存在價格昂貴、調控速度慢等諸多問題。光子集成器件不但具備小型化、輕量化以及低功耗（SWaP）的優勢，而且具有更好的穩定性和可擴展性。利用光子集成技術來產生和操控OAM 光場，有望極大地釋放其套用潛能，使 OAM 光通信的實際可行性大為提高。申請人針對在晶片上調控OAM光場的一系列重要問題進行系統深入的研究。