硅基聚合物单芯片多功能集成平面光波导器件的基础研究

随着光网络信息技术的迅猛发展，光通信已成为光电子学的最大应用领域。信息量的迅速增长使得光通信系统持续不断地向高速度、大容量、低成本和小型化方向发展，一些传统的通信技术和单一功能的光子器件越来越不能满足这一发展的需要。本项目基于有机聚合物材料性能方面的优势，通过光波导集成技术，研究阵列波导光栅、光波导延迟线阵列及光波导开关阵列等关键光网络元件的复合功能，力求实现一种新型聚合物单芯片多功能集成平面光波导器件。在光信息网络中，最关键的是利用波长资源，这种集成器件能有效地实现信号波长可选择，可调谐，性能参数可动态控制等智能化操作，通过进一步优化功能器件的单芯片交叉互连技术，可综合实现这种小型化集成模块的波长复用/解复用、光波位相延迟、波长选择开关等重要功能。其产品化器件可广泛地应用于军事、电力、天文、传感等领域，在实现新一代全光通信网中有迫切的需求，具有广阔的市场应用前景。

随着光网络信息技术的迅猛发展，信息量的迅速增长使得光通信系统持续不断地向高速度、大容量、低成本和小型化方向发展，一些传统的通信技术和单一功能的光子器件越来越不能满足这一发展的需要。基于有机聚合物光波导材料性能上的优势，研究开发了新型聚合物单芯片多功能集成平面光波导模块。这种小型化集成模块可有效地利用光网络中的波长资源，实现芯片的波长复用-解复用、光波位相延迟、波长选择开关等重要功能。模块的成功研制对有机平面光波导器件的应用与发展具有重要的意义。其产品化芯片将具有广阔的市场应用前景。. 在项目三年研究期内，项目组成员经过努力，完成了适用于多功能集成光子芯片的低损耗、高性能聚合物光波导材料的分析与表征，自行合成了掺杂型紫外固化电光材料及非线性键合有机-无机复合功能材料，新型接枝改性有机-无机甲基丙烯酸甲酯（PMMA）功能材料和低损耗氟化紫外光写入型聚碳酸酯波导材料；完成了集成芯片中阵列波导光栅（AWG），光开关阵列及延迟线阵列等重要功能元器件的设计与制备；率先研制出聚合物可重构光分插复用（ROADM）集成波导模块及可重构级联型光交叉复用器（Interleaver）集成模块等功能芯片，集成芯片传输损耗低于-6 dB，串扰小于-30 dB，最大调制深度大于15 dB，驱动功率小于10 mW，延时增量在140到20 皮秒（ps）。芯片的整体性能处于研究领先水平。. 在项目研究期内，结合自行合成的高性能聚合物光波导材料，研发出的聚合物电光调制器，热光开关阵列及阵列波导光栅波分复用器等分立功能元器件取得了很好的效果（见代表性论文1-4；代表论文2为IEEE JQE期刊当期封面文章）。在本项目的资助下，在分立器件的基础上研发的可重构光分插复用（ROADM）集成波导模块及可重构级联型光交叉复用器（Interleaver）集成模块也实现了很好的性能（见代表性论文5-6），并带动了项目负责人目前开发的光交叉互连（OXC）集成模块的研发进展，有力促进了聚合物平面多功能集成芯片的深入研究。. 项目资助发表研究论文成果41篇，权威刊物上发表学术论文26篇， 包括SCI收录16篇，EI收录8篇，核心期刊2篇，国际/国内会议论文15篇，邀请报告3篇。培养博士研究生5名，硕士研究生8名，其中毕业博士研究生3名（已经获博士学位），硕士研究生5名（已经获得硕士学位）。