基于超表面的光纤通信空分复用器件及其应用研究

With the emergence of new data business such as high quality video and multimedia, the capacity of optical communication needs to be improved significantly. The use of time-division multiplexing, wavelength-division multiplexing and multilevel modulation cannot meet the requirements of future network. Space-division multiplexing (SDM) is attracting more attention as it develops the only remaining unexplored space dimension. Currently, the key components of SDN are the space light modulator and phase plate which are bulky, expensive and need to carefully alignments. In this project, we proposed to apply the concept of metasurface into the SDM technologies for optical communication. The subwavelength resonant structures are introduced into the silicon chip to engineer the light properties such as the amplitude, phase, polarization, mode and deflection angle, developing high performance, low cost and easy-integrated functional photonic devices for optical SDM communication, which will provide theoretical and technical support for next generation optical communication network.

随着用户对高质量的宽带视频、多媒体业务等新兴数据业务不断涌现，光通信容量面临快速增长的需要。当前基于时分复用，波分复用，多进制等网络技术无法满足未来网络容量的需求。空间维度是目前光传输中唯一没有被有效利用的物理维度，空分复用以其独特的复用方式，正在成为突破传输容量的又一突破口,有望根本上解决带宽供需矛盾。目前空分复用系统采用传统空间相位调制器和相位片，成本高，体积较大，光路调整复杂，也不利于系统功能集成。本项目拟提出将超表面技术应用于扩大光通信容量的空分复用器件，以光通信的实际应用为出发点，把超表面几何相位微纳结构引入硅基芯片结构上，通过亚波长空间分布的微纳结构的电磁响应的设计实现对光波进行有效的调控，包括相位，模式，偏振，幅度，和传输角度等，发展应用于光通信空间复用系统的结构紧凑，易于集成，性能高效，成本低廉的全新光子功能器件，为迎接我国下一代光通信技术提供重要的核心技术基础。

随着用户对高质量的宽带视频、多媒体业务等新兴数据业务不断涌现，光通信容量面临快速增长的需要。当前基于时分复用，波分复用，多进制等网络技术无法满足未来网络容量的需求。空间维度是目前光传输中唯一没有被有效利用的物理维度，空分复用以其独特的复用方式，正在成为突破传输容量的又一突破口,有望根本上解决带宽供需矛盾。目前空分复用系统采用传统空间相位调制器和相位片，成本高，体积较大，光路调整复杂，也不利于系统功能集成。.在本项目中我们将超表面技术应用于扩大光通信容量的空分复用器件，以光通信的实际应用为出发点，把超表面几何相位微纳结构引入硅基芯片结构上，通过亚波长空间分布的微纳结构的电磁响应的设计实现对光波进行有效的调控，包括相位，模式，偏振，幅度，和传输角度等，发展应用于光通信空间复用系统的结构紧凑，易于集成，性能高效，成本低廉的全新光子功能器件，开展了从基础材料，关键光器件理论设计和制备，到光传输系统测试的系列研究，相关研究成果为未来新型光器件和光通信系统提供理论和技术支持。