近日，我院光信息技术课题组在硅基片上光子晶体多模能带工程与多维滤波研究中取得重要进展。相关工作以“Multiple mode band engineering in 1D grating-based photonic crystal waveguides for multidimensional silicon on-chip filters”为题发表于中国工程光学学会期刊《PhotoniX Synergy》（2026, 1(12)），吴胜保副教授和研究生张磊为共同第一作者，吴胜保副教授、肖金标教授（东南大学）和姚晓天教授为共同通讯作者。
人工智能与高性能计算的快速发展，对片上光互连的容量、能耗和集成密度提出了更高要求。模分复用利用正交空间模式并行承载信息，并可与波分、偏振复用协同扩展通道容量，是实现高容量硅光互连的重要路径。然而，多模系统不仅要传输更多模式，还必须对不同模式进行多维精准筛选。现有方案通常依赖模式转换、级联结构或辅助单元，面临结构复杂、损耗累积和模式阶次扩展困难等问题。光子晶体波导虽可利用布洛赫能带和光子带隙实现选择性滤波，但已有研究多聚焦基模或某一特定高阶模式，尚缺乏对多阶模式色散及其带隙进行统一组织，并进一步支撑偏振和波长滤波的可扩展框架。因此，如何在共享周期结构中协同调控多阶布洛赫模式及其带隙，成为多模光子器件由单一功能走向多维复用的关键问题。
针对多阶模式能带协同调控的难题，团队提出一维光栅型光子晶体波导多模能带工程方法。通过波导横向尺度与光栅参数协同设计，系统调控所支持的布洛赫模式、布拉格耦合强度以及各阶光子带隙的相对位置与宽度，在同一能带图中构筑全通、选模通和全阻三类传输区。其中，选模通区使低阶模式因落入带隙而被反射，目标高阶模式则凭借其本征色散直接透射，将模式筛选由复杂的路径级操控转化为能带层面的本征选择。基于统一的啁啾—均匀—啁啾光栅架构，团队在标准220 nm 绝缘体上硅（SOI）平台上实现三类高阶模通滤波器，实验带宽分别超过200 nm、达到123 nm和约70 nm，消光比均高于20 dB、插入损耗均低于2 dB。进一步以这些滤波器为功能积木，研究拓展实现了宽带起偏器、偏振分束器和1310/1550 nm波长解复用器。该工作将光子晶体滤波由面向单一模式的器件设计推进至可复用、可扩展的多模能带框架，为紧凑、宽带、多功能硅光器件及多维复用系统提供了统一设计路径。
该工作得到了国家自然科学基金、河北省自然科学基金支持。
论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s44519-026-00010-w
