研究进展

光学微分器的带宽下限新发现

发布时间:2016-01-31 17:57

传统的电学集成芯片由于受到电子瓶颈的限制,难以应对未来大容量通信网络对高速率和低功耗的严苛要求。集成硅基光学芯片由于其与传统的 CMOS工艺兼容,同时具有低损耗等优点,近年来成为了代替电学集成芯片的新型集成芯片。光学微分器作为未来集成光学回路中最基本的信号处理单元之一,一 直以来都受到广泛的关注,各类高速的集成微分器方案例如利用硅基微环、马赫曾德尔干涉仪、定向耦合器等,已经被提出并实验验证。然而,在所有的方案中,研 究人员的重点都只局限于如何获得更高速的微分器,即提高微分器的带宽上限,而忽视了微分器带宽下限的存在。

武汉光电国家实验室的张新亮教授、董建绩教授和夏金松教授团队通过理论计算,提出当信号速率较低时,由于系统中存在噪声及较低的能量转换效率,会导 致微分信号淹没在噪声中无法被识别,从而使得微分器的处理带宽存在下限。同时,团队利用具有不同带宽的光子晶体微腔,进一步实验验证了微分器中带宽下限的 存在。该研究成果改变了关于微分器不存在带宽下限的传统观点,证明了实际的微分器的处理带宽同时存在上限与下限,说明高速微分器无法处理低速信号,该成果 对于光学微分器理论的完善和未来的实际应用有较大的价值。

2015年7月14日,该研究成果以论文“Operation bandwidth optimization of photonic differentiator”发表在美国光学学会(OSA)旗下杂志《光学快报》(Optics Express)上。该项研究由武汉光电国家实验室光电子器件与集成功能实验室博士生严思琦,张永等在董建绩教授(通讯作者),夏金松教授(通讯作者)的 指导下完成,并得到了国家自然科学基金、教育部新世纪人才计划、全国优秀博士论文基金和国家重点基础研究发展计划等项目的支持。

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图1:理论计算证明微分器的带宽下限存在

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图2:实验所用的光子晶体微腔

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图3:实验证明高速微分器无法处理低速信号