科研进展 | 信息学院邹毅课题组提出中红外波段高密度波导阵列设计方案

中红外波段包含大气透明窗口和诸多分子吸收带，是实现空间光通信和气体吸收谱传感的重要波段。但中红外片上集成还处于发展初期，缺乏许多基本器件库的验证。作为光子芯片的最基本单元之一，波导阵列的密集度决定了片上系统集成度，也制约着很多关键器件的性能。受限于介质波导的束缚能力，提升中红外波导阵列密度具有很大的挑战性。

近日，上海科技大学信息科学与技术学院邹毅课题组通过对波导轨迹形貌进行调制，利用贝塞尔曲线丰富的自由度和强大的构形能力，设计了基于贝塞尔型轨迹调制的超密集波导阵列（图1左），对半波长间隔波导阵列中近邻和次近邻的串扰进行了近完美的抑制（图1右）。该设计实现了在半波长间隔波导阵列中各通道的独立传输，有效地提升了波导阵列的密度，为后续实现中红外片上高密度集成、大视场片上光学相控阵和高密度空分复用打下了基础。相关成果以 “ Morphology engineering enabled mid-infrared ultra-dense waveguide array with low crosstalk ” 为题在国际期刊 Laser & Photonics Reviews 上发表。

图1.（左图）轨迹调制密集波导阵列结构示意图；（右图）耦合抑制原理。

基于以上方案，课题组设计了8通道波导阵列光芯片并进行了测试。实验结果表明，通过引入贝塞尔曲线对波导轨迹进行调制，有效抑制了近邻和次近邻通道的串扰。且在没有额外的器件插入损耗情况下，近邻和次近邻的串扰抑制相比于正弦型轨迹调制都得到了进一步加强，对次近邻串扰有着接近10 dB的显著提升，这与理论计算的结果吻合。

图2. （上图）8通道半波长间隔中红外片上波导阵列器件图；（左下）传输信号和近邻串扰光谱；（右下）传输信号和次近邻串扰光谱。

上海科技大学为本论文的第一完成单位。信息学院2020级博士研究生李挺和2022级硕士研究生张洪为论文的共同第一作者，邹毅教授为论文通讯作者。哈尔滨工业大学（深圳）徐小川教授也对该工作进行了指导。该研究得到了上海市自然科学基金项目的支持。此成果在上海科技大学材料与器件中心（SMDL）完成器件加工。

https://doi.org/10.1002/lpor.202400297