聚合物平面光波導模分復用器的研製

《聚合物平面光波導模分復用器的研製》是依託香港城市大學深圳研究院，由鄭建成擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：聚合物平面光波導模分復用器的研製
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鄭建成
• 依託單位：香港城市大學深圳研究院

項目摘要

未來三十年，全球光纖網路傳輸容量估計要增加一千倍才能滿足市場的需求，現今的波分復用技術的發展很快就會耗盡單模光纖的頻寬，開發新技術以提高光纖的傳輸容量已經刻不容緩，發展基於少模光纖的模分復用技術成了目前光通信領域的研究熱點。本項目擬從機理分析入手，研製一款用於模分復用系統的光波導模分復用器，該復用器結合三種不同的相位匹配器件，把少模光纖的不同空間模式匯合或分離，布局新穎。計畫發展耦合模理論與超模理論相結合的解析工具，用以分析、設計該器件，進而採用聚合物光波導技術來實現器件製作，並利用聚合物材料的熱光效應來實現器件性能調控。本項目充分利用聚合物波導製作工藝簡單、設計靈活、生產成本低等優點，有望研製成高性能、低成本的模分復用器。項目組主要成員研製聚合物波導器件已有有十餘年經驗，所屬單位已具備必需的科研條件。本項目雖然針對模分復用器研發，但所開發的技術可為未來研製更為複雜的集成光學器件奠定基礎。

結題摘要

基於少模光纖的模分復用技術是目前光通信領域的研究熱點。模分復用器可以把少模光纖的不同空間模式匯合或分離，是模分復用通信系統的關鍵器件。項目針對模分復用通信系統的發展，研製高性能、低成本的聚合物光波導模分復用器。項目原來計畫是研製三種不同相位匹配器件，並結合這三種器件設計一款處理三個空間模的模分復用器。由於模分復用通信的高速發展，原來的研究計畫已不能滿足該技術發展的需求。在過去四年，項目除了研製原來的三種相位匹配器件， 即相位匹配耦合器、光柵輔助耦合器與光柵模式轉換器，也研究了Y分支波導與垂直耦合器在模分復用的套用，開創性結合水平與垂直Y分支波導，實現了三個與四個空間模的超寬頻模分復用器，最近又成功研製了一款基於垂直相位匹配耦合器結構的六個空間模的寬頻模分復用器。這些模分復用器都具有低串擾、高效率的特性，而且結構簡單，具擴展性。此外，項目研製了超寬頻光柵模式轉換器，實現了超過100納米的工作頻寬。項目也詳細研究了少模光纖與光波導的耦合問題，以幫助最佳化光波導設計，實現低損耗、低串擾的光纖對接。以上列舉的都是國際領先的成果。除了無源器件，項目也研製了一款基於馬赫曾德干涉儀結構的鈮酸鋰電光模式轉換器、一款光柵與水平Y分支波導結合的聚合物熱光模式開關與一款基於相位匹配耦合器機構的聚合物熱光模式可選開關。這些器件具有前瞻性功能，可以套用於未來可重構模分復用系統。項目的研究目標與成果已遠超過原來計畫。已發表的論文包括Optics Letters， Optics Express， IEEE Photonics Technology Letters, IEEE Photonics Journal 等著名期刊論文共7篇、國際會議論文共12篇（包括兩篇特邀報告），另外還有4篇期刊論文在評審中。其中一篇2014年國際會議論文獲得“最佳學生論文獎”，另一篇2017年國際會議論文更獲得“最佳論文獎”。項目開拓了聚合物光波導技術在模分復用光通信領域的套用，其中很多設計方案可以進一步推廣、變化，開發出功能更為強大的器件，進一步推動模分復用光通信技術的發展。