該研究成果以“High-Performance Silicon Photonic Filter Using Subwavelength-Structure Multimode Waveguide Gratings”為(wei) 題於(yu) 2023年11月發表於(yu) 光學領域權威期刊《Laser & Photonics Reviews》。

眾(zhong) 所周知，光濾波器通常是基於(yu) 雙光束幹涉或多光束幹涉原理，其工作波長範圍往往受限於(yu) 其自由頻譜範圍FSR。近日，浙江大學光電科學與(yu) 工程學院/極端光學技術與(yu) 儀(yi) 器全國重點實驗室戴道鋅教授課題組對此進行了深入研究，提出了亞(ya) 波長結構多模波導光柵（MSWG）的創新結構（圖1）。其原理是：利用亞(ya) 波長結構色散調控機製從(cong) 根本上突破其FSR限製，同時利用其靈活的模場調控實現頻譜靈活調控，使之具有低損耗、高邊模抑製比及方形譜型等優(you) 異性能，為(wei) 突破矽光濾波器性能瓶頸提供了新路徑。

在該工作中，所研製MSWG光濾波器巧妙地利用了布拉格光柵折射率工程，使整個(ge) 光柵各個(ge) 位置的局域等效折射率幾乎為(wei) 恒定值，從(cong) 而有效地抑製了旁瓣並增加了帶寬設計靈活度。更重要的是，這種振幅切趾的亞(ya) 波長光柵不僅(jin) 能實現高邊模抑製比，還能避免正反向基模間耦合以及由此導致的FSR受限的問題（如圖2所示）。此外，研究表明，通過調整光柵齒深，其帶寬可根據實際需要在1-200 nm超大範圍內(nei) 進行靈活設計。所研製MSWG光學濾波器測試頻譜如圖3所示，具有低損耗（~1 dB）、高邊模抑製比（>20dB）、大帶寬（~13 nm）的優(you) 異性能，而通過級聯結構還可進一步將其邊模抑製比提升至40dB以上。更重要的是，該光濾波器的在1450nm以上的超大波長範圍都隻有一個(ge) 帶通，表明其突破了FSR限製。同時，通過調整 MSWG結構參數，還可實現超大帶寬矽光濾波器（如圖4所示），其帶寬>160 nm，是迄今報道的片上光濾波器最大帶寬。總體(ti) 而言，這種突破帶寬及FSR限製的矽光濾波器展示了其優(you) 異性能和突出的擴展性，在超寬帶片上光譜儀(yi) 和多通道波分複用係統等實際應用中都具有巨大潛力。

Dajian Liu, Jianghao He, Mingyu Zhu, Yuluan Xiang, Long Zhang, Ming Zhang, Yang Xu, Daoxin Dai*, High-Performance Silicon Photonic Filter Using Subwavelength-Structure Multimode Waveguide Gratings, Laser & Photonics Reviews, 2023, 2300485