三维模式转换分束器：多模干涉器的应用与性能优化

本文主要探讨了"基于多模干涉器的三维模式转换分束器的设计"这一前沿课题，针对光电器件研究与应用领域，特别是集成光学技术的发展。作者张云超、王瑾、包怡阳、翟羽萌和陆云清来自南京邮电大学通信与信息工程学院，他们针对三维结构光子器件的潜力，提出了一个创新设计。这种新型分束器利用了三维多模干涉耦合器的自成像原理，旨在通过立体空间实现多维度的空分复用，显著提升数据传输容量和集成密度。 该分束器的核心特点是能够将输入的单一基模光场转换为三个基模光场和三个一阶模光场，这在光通信系统中具有重大意义，因为它支持并行处理多个信号路径，提高了系统的效率和灵活性。设计过程中，作者精细优化了多模波导的尺寸，将其长度设定为3398.17μm，宽度为50.00μm，高度为29.37μm，以达到最佳性能。 在实验模拟中，研究人员在1550nm波长下评估了分束器的性能，发现总传输效率达到了85.5%，其中基模输出光场的传输效率为28.9%，显示出良好的信号保持能力。同时，一阶模输出光场的转换效率为56.6%，显示出较高的模式转换效率。令人满意的是，尽管处理多个模式，但最大的不均衡性仅为0.010dB和0.004dB，这意味着输出光场间的失真非常小，这对于精密的光通信系统至关重要。 关键词如"集成光学"、"多模干涉耦合器"和"模式转换"突出了本文的核心研究内容，而"分束器"则明确指出了研究对象。这篇文章为三维集成光子器件的发展提供了新的设计思路和技术指标，对于推动光通信技术的进一步优化和应用具有重要意义。