面上项目(62万)：基于硅基超表面的轨道角动量光束复用调控机理与应用研究
科技
2024-07-22 08:15
英国
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近日，深圳大学的研究团队，成功完成了面上项目（62万）：基于硅基超表面的轨道角动量光束复用调控机理与应用。轨道角动量（OAM）作为光子的一种新的复用维度，具有极大提高光通信容量的潜力，在面向高性能计算的超大容量光互联方面有重大需求。目前，硅基OAM光互联器件存在复用模式数目少、带宽有限、效率低等问题，需要在器件物理层面开展光场调控、模式共振与转换等研究，本项目的研究内容包括：(1)研究硅基亚波长结构共振对散射光场的相位调制机理，建立超表面调控OAM光束复用发射的理论模型，优化设计能同轴复用产生4路OAM光束的超表面器件；(2)研究超表面结构中弱振荡模式对光波导模式向OAM模式转化的超快时间响应特性，实现覆盖全通信波段的宽带OAM模式调控产生；(3) 研究硅基强限制结构发射OAM光束与弱波导光纤模式的高效转换，结合衍射光栅等微纳光学结构降低对准误差和模式转换的损耗。本项目的最终目标，是为基于硅基超表面亚波长结构器件的大容量密度、低时间延迟OAM复用光纤互联奠定器件物理基础。空分复用技术(SDM: spatial division multiplexing)是能够带来通信容量大幅提升，缓解容量危机的新技术。空分复用光通信主要分为多芯光纤和模式复用两种技术，模式复用是指在支持高阶模式的单个纤芯中，并行传输多路正交的模式实现容量密度的提升。.“基于硅基超表面的轨道角动量光束复用调控机理与应用研究”项目研究了微纳光子结构与光场的强度、偏振、相位等多个物理维度和参量相互作用的机理，设计、加工和实验测试了微纳光子器件的模式复用器，包括硅基超表面器件、液晶器件、光纤器件和衍射器件等等，实现了大容量、高效率、集成化的矢量光束、涡旋光束、少模光束等正交模式的复用和解复用功能，并将其应用于自由空间、光纤和片上的光通信系统中。.重要研究成果包括：(1) 提出一种基于硅基超表面结构的轨道角动量光束复用器件，利用纳米尺度介质结构的耦合共振精确控制光束的相位分布，实现了光通信波段200nm超宽谱范围内的轨道角动量光束高效复用产生，解决了模式复用器件与波分复用系统不兼容的技术瓶颈，成果发表在光学顶级期刊light: Science & Applications；(2)，研究了基于液晶光子结构的各项异性几何变换器件，通过矢量调控涡旋光束，实现了10路柱矢量光束的模式解复用，并演示了自由空间和光纤通信系统，成果发表在ACS Photonics；(3)与华为公司合作开发了硅基多平面模式复用器件，利用多次套刻技术加工了4路模式复用器，器件插入损耗小于2dB，模式串扰小于-20dB,封装的样机已交付华为用于模式复用光纤通信系统，研究成果与华为公司合作发表在Optics Express上。.发表项目致谢论文26篇（一区论文4篇），研究成果获教育部高等学校科学研究优秀成果二等奖、中国专利奖优秀奖、中国科协优秀论文等奖励。链接：https://pan.baidu.com/s/1qUK54vAMvUbHI5VjY9qLPQ 提取码：wzgy
