全光信号处理及光子器件集成获得新进展

        ICCSZ讯 全光信号处理可以克服光电转换瓶颈，提高系统容量，降低系统功耗，是高速大容量光通信网络和高性能计算中关键技术。硅光子学集成器件具有通信波段透明、集成度高和功耗低等优势，在光通信和光信号处理领域具有很好的应用价值。武汉光电国家实验室光电子器件与集成功能实验室张新亮教授、董建绩副教授、余宇副教授等老师们带领研究生在硅光子学集成器件机理、工艺开发和全光信号处理的应用方面围绕增强非线性效应、实现单片集成、改善光信号处理输出性能等目标取得一系列重要进展，仅2013年上半年发表在美国光学学会期刊《Optics Letters》和《Optics Express》上的科研论文就达11篇，取得的具体成果概述如下。

　　在器件机理研究方面，张吉化博士生提出了在硅衬底上制作非对称等离子狭缝波导填充聚合物的方法来提高二阶谐波产生效率，理论计算表明该结构的二阶谐波产生效率比传统的方法高三个数量级。另外，也提出了一种垂直结构的狭缝波导，自下而上依次由硅—聚合物—金属—聚合物—硅材料组成，该结构构成了高非线性混合等离子体波导，并利用该波导的光学参量放大过程实现了DPSK信号的相位再生。最后设计了一种硅有机材料混合的等离子体波导用于高效率产生二次谐波，该波导设计存在若干优点，如对制造工艺容忍度大，存在较大的工作带宽，谐波产生范围可覆盖中红外和近红外波段。

        在器件工艺开发方面，在夏金松和黄庆忠等老师的指导下，硅基器件工艺取得较大突破。向磊博士和余宇副教授提出并制作了一种利用二维光子晶体光栅充当耦合器和偏振分束器，克服了传统硅基器件双偏振态的影响，同时在此方案中将二维光子晶体光栅充当输入的同时也充当输出端口，大大地减小了器件的尺寸。另外，董建绩副教授、郜定山副教授等合作提出并制作了串联型的马赫增德尔干涉仪、串联型微环谐振器，该串联结构可以实现超快光信号的高阶微分运算和多功能微分运算，突破了传统的单一微分功能和一阶微分求解。另外通过设计串联型微环谐振器的谐振频率错位排列，实现中心频率可调谐的微波光子滤波器，除了硅光子集成波导的工艺开发外，赵平博士生也设计开发了基于熊猫光纤的微纳光纤干涉仪，并将该微纳光纤用于超宽带射频信号产生和传输。

        在全光信号处理应用方面，张新亮教授团队也取得了一系列成果，包括超平坦光学频率梳产生、微分方程求解、低噪声光电振荡环和多信道码型转换等。首先，杨婷博士生和董建绩副教授利用HNLF中的自相位调制和级联四波混频等非线性效应得到了大带宽的光学频率梳。并且对比分析了几种不同的光学频率梳产生装置，所有这些光学频率梳产生装置均具备重复频率和中心波长可调谐性。其次，谭斯斯硕士生提出了一种全光学微分方程求解的模型，并通过半导体光放大器和光学滤波器验证了该学术思想，实验结果表明，针对高斯脉冲和超高斯脉冲该方法均具有较高的求解精度。另外，江帆博士生提出了一种基于微波光子滤波器的可调谐光电震荡环，通过有限冲激响应和无限冲激响应滤波器的级联，微波光子滤波器具有超窄的带宽可以取代传统的电学滤波器。最后，余宇副教授等提出了利用单个半导体光放大器（SOA）实现4路WDM-PDM RZ-PSK信号幅度再生方案，成功实现了对于多维复用信号的幅度再生。并测试解调得到信号的4路两个偏振支流的误码，验证了方案的再生特性。

        以上相关研究工作得到国家“973计划”（NO. 2011CB301704）、国家杰出青年基金（NO. 61125501）、国家自然科学基金面上和青年基金（NO. 61007042, No. 61275072, No. 60901006, No. 11174096）以及教育部新世纪优秀人才支持计划（Grant No. NCET-11-0168）、全国优秀博士论文专项基金（No. 201139）等项目资助。