兼容波分复用与模分复用的芯片光开关设计

"这篇研究论文提出了一种与片上光子网络兼容的2×2多模光开关设计，该设计能够同时支持波分复用(WDM)和模分复用(MDM)技术。这种开关由两个模式解复用器、n个2×2单模光开关（n为支持的 spatial modes数量）以及两个模式复用器组成。实验中使用不对称方向耦合器构建模式复用器和解复用器，并利用平衡马赫-曾德尔干涉仪构建2×2单模光开关。制造出的硅基2×2多模光开关具有宽光谱带宽，能支持四个空间模式，并且所有四个模式的链路串扰小于-18.8dB。此外，不同模式间的串扰也得到了良好的控制。" 这篇研究论文聚焦于光通信领域的关键组件——光开关，特别是针对片上光子网络的应用。光子网络-on-chip(PhOTONICs Networks-on-Chip, PhONOCs)是集成光学的一个重要分支，它在数据中心、高性能计算和未来通信系统中有着广泛的应用潜力。传统的光开关通常只能处理单模光信号，而本文提出的设计则兼容多模和波分复用技术，极大地扩展了片上光网络的带宽和传输能力。 波分复用(WDM)是一种在单一光纤中同时传输多个不同波长光信号的技术，以提高光纤的通信容量。而模分复用(MDM)则是利用光的不同传播模式来传输数据，进一步增加了信息传输的密度。这两种技术的结合，使得光开关可以处理更复杂的信号结构，为高密度、高带宽的光通信系统提供了可能。 论文中采用的2×2多模光开关设计包含两个主要部分：模式解复用器和模式复用器，它们分别用于将多模信号分解为单模信号，以及将处理后的单模信号重新组合为多模信号。中间的n个2×2单模光开关则负责对单模信号进行路由操作。这里选择的不对称方向耦合器和平衡马赫-曾德尔干涉仪都是成熟的光学元件，具有良好的性能和稳定性。 实验结果表明，这种多模光开关不仅具有宽光谱带宽，可以支持四种空间模式，而且在所有模式间都实现了低串扰操作，这对于保持信号的清晰性和减少误码率至关重要。低的链路串扰(-18.8dB)意味着不同通道之间的干扰得到有效抑制，确保了信号传输的高效率和可靠性。 这项研究为片上光子网络提供了一种新型的光开关设计，它结合了WDM和MDM的优势，有助于实现更加高效、灵活的光信息处理，对于推动集成光学和光通信领域的发展具有重要意义。