纳米级多模干涉器实现超紧凑双模式波导交叉

本文探讨了一种创新的超紧凑型双模波导交叉结构，它利用亚波长多模干涉（MMI）耦合器在密集集成的芯片级模式分复用系统中实现了高效的设计。这种设计的关键在于对光的横向包层材料折射率进行工程化处理以及通过改进的逆向设计方法精细操控纳米尺度下的光相位分布。传统的波导交叉通常依赖于较长的路径长度以实现不同模式间的有效交互，但该新型结构通过减小模式间的相互作用长度，使TE0和TE1模式理论上能够达到相同的干涉 Beat 长度。 具体来说，亚波长MMI耦合器的作用在于，当光通过这些耦合器时，不同模式的光波会因干涉效应而混合，形成特定的光强度分布。通过精确控制材料指数和相位分布，设计者可以实现TE0和TE1两种偏振态的光波在纳米尺度上的同步，从而在极其紧凑的空间内完成模式转换，显著地减小交叉口的尺寸，这对于芯片上集成度的提升至关重要。 作者们，来自华中科技大学的光学与电子信息学院和光电国家实验室，提出并实验验证了这一概念。他们采用先进的逆向设计方法，优化了结构参数，以克服传统波导交叉在小型化过程中可能遇到的性能损失。这项技术对于未来的光子集成器件，如光路由器、光开关和光信号处理器等有着巨大的潜力，因为它能够在不牺牲性能的前提下，极大地节省宝贵的芯片面积。 总结来说，这篇文章的核心贡献在于提出了一种基于亚波长MMI耦合器的超紧凑型双模波导交叉方案，它不仅提高了集成度，还通过优化设计实现了模式分复用中的高效和紧凑性，对推动光电子领域的芯片集成技术发展具有重要意义。同时，这项工作也为未来的微纳光子学器件设计提供了新的思路和方法。