光通信研究, 2017 (6): 38, 网络出版: 2018-01-04  

基于硅基超表面材料的光功率分配技术研究(特邀)

Study on Optical Power Splitting Technique based on Silicon Metasurfaces(Invited)
作者单位
1 武汉大学 电子信息学院,武汉 430072
2 武汉邮电科学研究院 光纤通信技术和网络国家重点实验室,武汉 430074
3 武汉大学 空间信息智能感知国测局工程技术研究中心,武汉 430072
4 武汉大学 测绘遥感信息工程国家重点实验室,武汉 430079
摘要
超表面材料在与光场相互作用时表现出独特的光学特性和许多有趣的物理现象,基于此材料制作的光电子功能器件对光场的调控能力有望被提升至新高。文章以光纤通信系统中的光功率分配应用为实例,提出了一种基于硅基超表面材料的新型光功率分配方案。首先,通过优化设计硅基超表面的单元结构,使其在1 458~1 593 nm波长范围内的相位偏振转化效率超过90%,而无偏振转化的效率则控制在1.2%以下; 其次,研究了相邻硅纳米砖之间的光场耦合效应,将其对相位精度的影响降至最低; 最后,利用优化设计的硅纳米砖结构,实现了4种不同的光功率分配方式,并通过仿真加以验证。设计和仿真结果表明,基于硅基超表面材料的光功率分配技术具有结构紧凑、效率高、偏振不敏感、宽带响应、设计灵活、制造上与半导体制造工艺兼容等突出优点,有望成为未来超密、任意、智能功率分配的首选技术途径。
Abstract
In the interaction with the light field, metasurfaces show unique optical properties and many interesting physical phenomena. It is expected that the ability of manipulating the optical wave can be improved by using metasurfaces based optoelectronic devices. In this paper, a new type of optical power splitting scheme based on silicon-based metasurfaces is proposed in optical fiber communication system. The results show that the cross-polarization conversion efficiency with phase delay exceeds 90% while the useless co-polarization conversion efficiency can be compressed into 1.2% within wavelength range of 1 458~1 593 nm by optimizing the unit nanostructure of the silicon-based metasurfaces. In addition, the coupling effect between the adjacent silicon nanobricks is studied in order to reduce their influences on the phase precision. Finally, four different optical power splitting patterns are realized and verified by simulations. The proposed optical power splitting technique based on metasurfaces has the advantages of compact size, high efficiency, polarization-state insensitive, broadband response, flexible design, and compatibility with semiconductor manufacturing process, which can achieve ultra-dense, arbitrary, and intelligent power distribution for the optical communications in the future.

王宇, 陶金, 刘子晨, 尤全, 杨奇, 刘勇, 毛庆洲, 吴伟标, 何平安, 李松, 郑国兴. 基于硅基超表面材料的光功率分配技术研究(特邀)[J]. 光通信研究, 2017, 43(6): 38. 王宇, 陶金, 刘子晨, 尤全, 杨奇, 刘勇, 毛庆洲, 吴伟标, 何平安, 李松, 郑国兴. Study on Optical Power Splitting Technique based on Silicon Metasurfaces(Invited)[J]. Study On Optical Communications, 2017, 43(6): 38.

关于本站 Cookie 的使用提示

中国光学期刊网使用基于 cookie 的技术来更好地为您提供各项服务,点击此处了解我们的隐私策略。 如您需继续使用本网站,请您授权我们使用本地 cookie 来保存部分信息。
全站搜索
您最值得信赖的光电行业旗舰网络服务平台!