在人工智能推动数据流量激增的背景下，传统电子芯片面临带宽和功耗等瓶颈。硅光芯片利用光子传输和多维复用技术，可显著提升通信容量与能效。近日，我院光信息技术团队吴胜保副教授与东南大学、紫金山实验室肖金标教授团队合作，在多维复用硅光芯片核心器件方面取得系列进展。
针对高密度光互连与光计算芯片中的交叉连接需求，团队提出了一种基于复合亚波长光栅与旋转对称多模干涉单元的可扩展、双偏振、超宽带波导交叉新架构。该设计通过多重模式协同调控，突破了传统结构在带宽、偏振敏感性和端口扩展性方面的限制，首次实现了覆盖ITU波段（1300-1680 nm）和中红外波段（1760-2150 nm）的双偏振、多端口（2×2、3×3、4×4）统一架构，为高容量光子集成网络提供了关键路由解决方案。实验表明，该架构在ITU波段380 nm带宽内插损仅为0.2-0.75 dB，串扰低于-20 dB；中红外波段400 nm带宽内插损为0.15-0.5 dB，串扰低于-25 dB，性能均优于已有方案。成果发表于Journal of Lightwave Technology(DOI: 10.1109/JLT.2025.3597198)，第一作者为硕士研究生高志远，通讯作者为吴胜保副教授。
面向片上偏振复用系统的定向路由需求，团队设计并实验验证了一种兼具偏振分束与功率分配功能的集成器件。该器件采用横向/纵向亚波长光栅组合结构，利用光栅各向异性调控光场，实现了TE偏振光约束于中心波导传输，TM偏振光对称分束至两侧输出。测试表明，TE光在ITU波段平均附加损耗低于1 dB，串扰小于-20 dB；TM光在1400–1660 nm范围内可实现均匀3 dB分束，串扰亦低于-20 dB，整体性能优于同类器件。成果发表于Optics Express(2025,33(17))，共同第一作者为硕士研究生高志远和张磊，通讯作者为吴胜保副教授。
针对模分复用系统的灵活路由需求，团队提出了一种基于逆向设计的超紧凑三模式转换器。该器件采用贝塞尔曲线波导和直接二元搜索算法优化，核心尺寸仅4.8×1.8 μm²，可实现TE0/TE1/TE2模式间的双向灵活转换。在1400-1700 nm波段，三种模式转换器分别实现196 nm、187 nm和155 nm的超宽带宽，覆盖C/L/S/U通信波段。测试表明，各转换器插入损耗低于2.4 dB，串扰小于-10.5 dB，性能达到或优于同类报道。实验同时验证了其在模分复用系统中实现模式上下路功能的可行性，C波段所有信道插损低于2.4 dB，串扰低于-10.8 dB。成果发表于Optics & Laser Technology(2025,191,113337)，第一作者为东南大学博士研究生余亚鑫，通讯作者为吴胜保副教授和肖金标教授。
以上工作得到了国家自然科学基金、江苏省重点研发计划项目、河北大学引进人才启动项目支持。
论文链接：
·https://ieeexplore.ieee.org/document/11121540
·https://doi.org/10.1364/OE.568631
·https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2025.113337
