Author Affiliations
Abstract
1 Tsinghua University, Beijing National Research Center for Information Science and Technology, Department of Electronic Engineering, Beijing, China
2 National University of Defense Technology, College of Advanced Interdisciplinary Studies, Hunan Provincial Key Laboratory of Novel Nano-Optoelectronic Information Materials and Devices, Changsha, China
On-chip diffractive optical neural networks (DONNs) bring the advantages of parallel processing and low energy consumption. However, an accurate representation of the optical field’s evolution in the structure cannot be provided using the previous diffraction-based analysis method. Moreover, the loss caused by the open boundaries poses challenges to applications. A multimode DONN architecture based on a more precise eigenmode analysis method is proposed. We have constructed a universal library of input, output, and metaline structures utilizing this method, and realized a multimode DONN composed of the structures from the library. On the designed multimode DONNs with only one layer of the metaline, the classification task of an Iris plants dataset is verified with an accuracy of 90% on the blind test dataset, and the performance of the one-bit binary adder task is also validated. Compared to the previous architectures, the multimode DONN exhibits a more compact design and higher energy efficiency.
optical computing mode multiplexing diffraction optical neural network Advanced Photonics Nexus
2024, 3(2): 026007
1 宁波大学信息科学与工程学院，浙江 宁波 315211
2 浙江大学光学科学与工程学院，浙江 杭州 310058
模式转换器是实现模分复用技术（MDM）的关键部件。基于伴随法对器件边缘进行智能优化，从而在绝缘体上硅（SOI）平台上设计了高性能TE0-TE1模式转换器。经仿真验证，在中心波长1550 nm处，模式转换效率达99.6%，消光比达31.2 dB，而损耗仅为0.01 dB。在1500~1600 nm带宽范围内，TE0-TE1的转换效率保持在96.6%以上，消光比保持在15.7 dB以上，而损耗保持在0.14 dB以下。当器件尺寸变化在±20 nm以内时，器件在1550 nm处的转换效率保持在97.2%以上，消光比保持在16.5 dB以上，插入损耗维持在0.12 dB以下。在片上设计了TE1模式的测试装置，并利用商业流片对转换器进行制备。实验结果表明，在60 nm的带宽范围内，TE0-TE1转换器的转换效率保持在90%以上，插入损耗维持在0.4 dB以下。因此，所提出的转换器具有高转换效率、宽带宽、低插入损耗和高制作容差等特点，为高性能片上模式转换器的高效设计提供了新思路。
集成光学 硅基模式转换器 模分复用 逆设计 伴随法 中国激光
2023, 50(18): 1819001
浙江大学光电科学与工程学院，浙江 杭州 310058
硅光技术凭借其CMOS兼容性和高集成度等突出优势，被认为是最具发展潜力的新一代光子集成主流技术，在全球范围内受到极大关注。近年来，无源/有源硅光器件及其集成芯片研究均取得了重要进展。而随着光通信、光互连、光传感、光测量及光计算等新兴领域的飞速发展，硅光技术迎来了更为广阔的应用空间。与此同时，硅光器件及芯片也面临着更高性能、更高密度和更大规模等重要挑战。本文聚焦于面向波分复用、偏振复用、模式复用及混合复用等应用的高性能无源硅光波导器件，重点阐述了其性能突破及功能拓展，并探讨了硅光波导器件的发展前景。
集成光学 硅光 波分复用 偏振复用 模式复用 高性能 光学学报
2022, 42(17): 1713001
1 江苏法尔胜光电科技有限公司, 江苏 无锡 214434
2 江苏大学 光电子与通信技术研究院, 江苏 镇江 212013
提出了一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器, 三个纤芯包括两个相同的单模纤芯和一个少模纤芯, 在少模纤芯中写入长周期光纤光栅以实现单模纤芯中LP01模与少模纤芯中LP11模间的转换。同时从两个单模纤芯输入LP01模, 能激发少模纤芯中两个简并的LP11,a模和LP11,b模。采用光束传播法分析了该模式复用器/解复用器的耦合特性及串扰。数值模拟结果显示, 若以少模纤芯中LP11模输出能量大于-1dB的波长范围作为该模式复用器/解复用器的工作带宽, 则能够达到23nm, 并且少模纤芯中生成的其他模式的输出能量皆比LP11模的输出能量小-21dB以上。该模式复用器/解复用器能够实现对少模光纤的模式复用与解复用, 并具有极低的串扰。
三芯光纤 少模光纤 长周期光纤光栅 模式复用 串扰 three-core optical fiber few-mode optical fiber long-period fiber grating mode multiplexing cross talk
针对高模式群时延(H-MGD)的少模光纤模分复用系统，提出了一种级联独立成分分析(C-ICA)算法，其基本思想是：采用延时补偿与C-ICA结合的技术方案，运用两次ICA算法同时消除模分复用器和解复用器引起的串扰。利用该算法对2×2模分复用系统进行了解复用，并且将其解复用性能与单次ICA算法解复用进行了比较。仿真结果表明，C-ICA算法能够有效实现H-MGD少模光纤模分复用系统的解复用，在同等条件下其解复用效果明显优于单次ICA解复用。
光通信 模分复用 复数独立成分分析 少模光纤
北京交通大学理学院光信息科学与技术研究所, 发光与光信息技术教育部重点实验室, 北京 100044
基于模式耦合理论，研究了一种3个模式的锥形光纤模式复用/解复用器，可以实现1根少模光纤与3根单模光纤之间的模式复用及解复用，有利于提升光纤传输系统的传输容量。当基模光场分别输入3根直径为10、8.4、7.2 μm的单模光纤时，会在锥形结构中发生耦合并转换为高阶模式场。利用重叠积分计算该复用器输出端口光场与标准模式场的相似度，检测出输入的基模在输出端分别转换为LP01和两个简并的LP11模式,即实现模式复用。当LP01和两个LP11模式分别输入到少模光纤时，从解复用器输出端相应端口输出的光功率最大,即实现模式解复用。最后改变复用器的结构参数来计算该器件的容差比，计算出该器件实现模式转换以及解复用效果最好的拉锥长度分别为3.88 cm和3.8931 cm。
光纤通信 模式复用 模式转换 解复用 模式鉴别
1 State Key Laboratory of Optical Communication Technologies and Networks,Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications, Wuhan 430074, China
2 School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
A few-mode fiber (FMF) is designed to support three spatial modes (LP01, LP11a, and LP11b) and fabricated through plasma chemical vapor deposition (PCVD)and rod-in-tube (RIT) method. Using PDM-DFTS-OFDM- 32QAM modulation, wavelength division multiplexing, mode multiplexing, and coherent detection, we successfully demonstrated 200 Tb/s (375×3×178.125 Gb/s) signal over 1 km FMF using C and L bands with 25 GHz channel spacing. After 1 km FMF transmission, all the tested bit error rates (BERs) are below 20% forward error correction (FEC) threshold (2.0×10–2). Within each sub-channel, we achieved a spectral efficiency of 21.375 bits/Hz in the C and L bands.
few-mode fiber (FMF) few-mode fiber (FMF) mode multiplexing mode multiplexing coherent detection coherent detection Frontiers of Optoelectronics
2015, 8(4): 394
