基于硅基集成芯片的多模全光信号处理研究

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全光信号处理技术(AOSP)可以避免光-电-光转换,是节能光互连和光通信系统的长期目标。由于高带宽应用的快速增长和信号传输的瓶颈,人们对于高级AOSP的需求变得迫切。全光信号处理技术,包括但不限于波长转换、全光逻辑和相位再生,已显示出巨大的前景。它们受益于光学非线性效应的超快响应时间,例如四波混频,从而可以实时处理数据信号。同时,得益于全光信号处理调制格式透明特性,它也突破了光电转换中信号调制速度的限制,克服了电信号处理中(解)调制的复杂性。另一方面,单模光纤通信系统的信息容量面临着光非线性效应的限制。空分复用技术为光纤通信系统的升级提供了一个新的维度,从而显著地提高了通信容量。在本工作中,我们利用高阶模克尔非线性效应,将成熟的空分复用技术与全光信号处理技术相结合,综合考虑色散,损耗以及非线性效应等因素,我们设计并制作了一种支持三种横向(TE)空间模式的多模硅波导,并且利用单个多模波导中的三个空间模式演示了三通道40 Gbit/s光学逻辑运算。所制备的器件具有宽带四波混频工作带宽(>20 nm)以及高转换效率(>-20 d B)。显示了未来结合空分复用的大规模信号处理能力的潜力。为了进一步提高四波混频转换效率,可以在波导中引入p-i-n结构。大容量全光信号处理应用的高速光逻辑操作和全光信号再生有望在不久的将来实现。
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