人工智能时代对高算力、大容量通信的需求呈爆发式增长，传统电子芯片面临带宽、算力和功耗等瓶颈，硅光芯片依托光子传输与多维复用技术，成为提升通信容量、释放算力潜能的核心解决方案。近日，我院光信息技术团队吴胜保副教授联合东南大学和福州大学等单位研究人员，在多维复用硅光芯片核心器件——波导器交叉方面取得系列进展。
针对高密度光互连与光计算芯片对多模式交叉连接的迫切需求，团队面向少模光子学领域提出了亚波长光栅阵列辅助的多模工程交叉结构。该设计创新性地采用多排纳米孔亚波长光栅与扇形弯曲亚波长光栅协同实现多模式波前和相位精细操控，突破了传统结构难以兼顾双偏振、多模式和大带宽工作的技术瓶颈，实现了TE₀、TE₁、TM₀、TM₁四种模式在ITU全波段（1260-1675 nm）的高效低损传输。实验表明，该器件在超过350 nm（1300-1650 nm）带宽范围内，插入损耗小于1 dB，串扰小于-20 dB，性能优于现有方案，为高容量偏振-模式-波长混合复用光子集成芯片提供了高性能基础器件。成果发表于《Optics Letters》（2026, 51(2)），硕士研究生高志远为第一作者，吴胜保副教授为通讯作者。
在上述工作基础上，团队进一步针对未来更高容量光互连系统对更多模式的需求，突破了模式数受限的技术瓶颈，提出了基于亚波长光栅诱导束缚态的多模式可扩展交叉结构。该设计将二维亚波长光栅阵列对称嵌入交叉区周围，通过调控等效折射率分布形成稳定的光场束缚态，有效抑制了高阶模式的衍射泄漏和串扰，解决了多模传输中模式扩展与双偏振兼容的核心难题。实验验证了12模式（TE₀-TE₅、TM₀-TM₅）的传输性能，在1500-1600 nm通信波段所有模式插入损耗均小于1.08 dB、串扰低于-20 dB。更值得关注的是，该结构通过参数调控可扩展至20模式（TE₀-TE₉、TM₀-TM₉）传输，且保持插入损耗小于1 dB、串扰低于-20 dB，突破了传统多模波导交叉在模式数量和偏振兼容性上的限制。成果发表于《Optics & Laser Technology》（2026, 199, 115068），硕士研究生高志远为第一作者，福州大学郭振钊博士和吴胜保副教授为共同通讯作者。
以上工作得到了国家自然科学基金、河北大学引进人才科研项目支持。
论文链接：
· https://doi.org/10.1364/OL.581336
· https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2026.115068
