少模微波光子学

The stringent requirements for microwave signal processing in emerging applications have spurred the rapid growth of microwave photonics in recent years. Nevertheless, microwave photonics still suffers from limited functionalities as well as low power efficiency, and larger size, weight and power consumption (SWaP). With the advent of space-division multiplexing for digital communication, researchers have begun to incorporate the spatial degree of freedom of light into microwave photonics. In this project, we attempt a first systematic study to exploit the spatial degree of freedom for microwave photonics applications. Our research program includes the design, fabrication, characterization and optimization of specialty few-mode fibers for applications in microwave photonic links, as well as spectral analysis and time-domain processing of microwave signal. Introduction of the spatial degree of freedom is expected to lead to an order-of-magnitude increase in the composite performance of microwave photonic links and an order-of-magnitude simplification of the architectures for spectral analysis and time-domain processing modules.

新兴应用对微波信号处理的严格要求促进了微波光子技术近些年来蓬勃的发展。但现有的技术存在功率效率低，器件体积、重量和功耗大，功能单一等缺点。空分复用技术的发展和在光纤通信中的成功应用为微波光子带来新的契机。研究人员已开始尝试将空间这个自由度引入微波光子学领域以丰富信号处理手段、提高性能、简化系统。在本项目中，我们将首次系统性地研究空间自由度在微波光子学中的应用。研究内容包括特种少模光纤的设计、制造、测量和优化以及它们在微波光子链路和微波信号频谱分析和时域处理中的新应用。空间自由度的引入有望给微波光子链路的综合性能带来数量级的提升以及让微波光子频谱分析和时域处理模块得到数量级的简化。

随着光纤通信技术的发展，利用光纤处理微波信号的微波光子技术成为了研究热点。本项目围绕基于少模光纤的微波光子技术展开研究工作并取得如下成果：第一，设计出等群速差少模光纤，并利用等群速差少模光纤实现了微波光子滤波器；第二，设计出等相速差少模光纤，并利用等相速差少模光纤实现了全光离散傅里叶变换模块；第三，设计出大模场少模光纤，并利用大模场少模光纤实现了准单模长距传输。这些研究工作进一步降低了微波光子信号处理模块的复杂度，引领微波光子学技术向着集成化、小型化、低功耗、多功能和智能化方向发展。在本项目的支持下，在包括Optics Express、Photonics Technology Letters、Photonics Journal、Applied Sciences、Access等期刊上发表论文10篇，在包括CLEO、OFC、ECOC、OECC、ACP等学术会议上发表论文11篇，培养博士生研究生6名和硕士研究生6名。