北理工在全光路由納米器件研究中取得重要進展
發(fā)布日期：2019-10-16 供稿：物理學(xué)院
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近日,，北京理工大學(xué)物理學(xué)院張向東教授團隊的路翠翠特別副研究員同張向東教授和北京大學(xué)物理學(xué)院胡小永教授合作,，提出利用智能算法實現(xiàn)全光納米器件的方法,，實現(xiàn)了國際上尺寸最小的片上光波長路由器件,。該成果發(fā)表在光學(xué)領(lǐng)域的頂級期刊美國光學(xué)學(xué)會出版的Optica（IF：9.26）上,。
以光子為信息載體的集成納米光子器件在光通信、光信息處理,、光計算等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,。光波長路由納米器件能夠?qū)⒉煌娜肷涔獠ㄩL分離并引導(dǎo)到不同的輸出端口，是光子芯片的核心組成部分,。隨著信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展,，對集成度的要求越來越高，表現(xiàn)在要求器件尺寸更小,、帶寬更大,、損耗更低等。然而,，傳統(tǒng)的基于光子晶體,、光柵、表面等離激元,、光學(xué)微腔等結(jié)構(gòu)設(shè)計的波長路由納米器件難以同時滿足上述系列要求,。長期以來，研究人員在全光納米器件設(shè)計過程中,，通常需要對已知物理模型和確定的器件結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,，為了得到性能最佳的器件，需要人工多次優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù),，消耗大量計算資源和時間,，且優(yōu)化過程由于受已有結(jié)構(gòu)影響存在嚴(yán)重的局限性，限制了此類器件的進一步發(fā)展和實際應(yīng)用,。
北京理工大學(xué)物理學(xué)院張向東教授團隊的特別副研究員路翠翠等人,，提出了一種將有限元方法與遺傳算法結(jié)合的智能算法，打破已有結(jié)構(gòu)限制,，能夠預(yù)測未知的新型結(jié)構(gòu),，在全參數(shù)空間自動探索尋優(yōu)，得到滿足光子芯片要求的片上波長路由納米器件,，并且對任意光學(xué)材料都適用,。他們成功設(shè)計并在實驗上實現(xiàn)了超小型寬帶易集成的光波長路由納米器件。工作在近紅外通訊波段,，器件尺寸只有1.4μm × 1.8μm,，這是目前國際上最小的片上光波長路由納米器件。利用該智能算法能夠同時實現(xiàn)寬工作波段,、高透射率,、多通道大信息容量輸出；并且可以省時省力在短時間內(nèi)方便地設(shè)計出任意線性光學(xué)材料(介質(zhì)和金屬等)、不同通道,、不同結(jié)構(gòu)單元數(shù)量或尺寸的各種波長路由器件,。此外，器件結(jié)構(gòu)簡單,，易于制備,，適合片上集成應(yīng)用。
該研究工作為納米光子波長路由器件的通用設(shè)計提供了一種新的方法,，能夠改變?nèi)藗兺ǔ５脑O(shè)計納米光子器件的思路,，將極大地促進納米光子集成器件的發(fā)展，以及在高集成度光子芯片中的應(yīng)用,。北京理工大學(xué)2018級碩士生劉舟慧,、南昌大學(xué)2016級本科生劉曉宏，與北京理工大學(xué)2016級本科生肖致遠為共同一作,，北京理工大學(xué)路翠翠副研究員為通訊作者,。合作者還包括清華大學(xué)物理系劉永椿副教授和南昌大學(xué)理學(xué)院王慧琴教授。該工作得到了國家自然科學(xué)基金重大研究計劃培育項目,、青年項目,、重點項目等多個基金委項目以及北京理工大學(xué)青年教師學(xué)術(shù)啟動計劃的支持。
文章信息：Zhouhui Liu,? Xiaohong Liu,? Zhiyuan Xiao,? Cuicui Lu,* Hui-Qin Wang, You Wu, Xiaoyong Hu, Yong-Chun Liu, Hongyu Zhang, and Xiangdong Zhang, "Integrated nanophotonic wavelength router based on intelligent algorithm", Optica 6, 10, 1367-1373 (2019). (?為共同一作,；*為通訊作者,。)
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