双光子3D打印超表面光器件研究进展

超表面是一种周期性亚波长人工结构薄层,其与入射电磁波共振耦合所引入的相位突变打破了传统光学对空间光程累计的依赖,表现出独特的电磁学特性。过去10年来,超表面以其优于传统光学元件的超薄厚度、超短调制距离和超高分辨率光波操纵能力受到研究者们的广泛关注。并且作为超材料的二维对应物,超表面更易于被制造和集成到器件中,可以工作在微波到可见光波长范围内。常用于超表面的制造工艺包括紫外光刻、电子束光刻、聚焦离子束光刻和纳米压印等,但超表面的大规模应用仍面临加工精度与大面积、大规模制造和加工成本之间的矛盾。基于飞秒脉冲激光和双光子聚合反应的双光子三维(3D)打印技术可以实现高精度、复杂3D模型和无掩膜的一步制造,具有加工便捷和灵活的优点,以及大面积制造的潜力,被广泛应用于超表面结构研究与制备。文章对基于双光子3D打印技术制备的超表面光器件的近期研究工作进行了综述。文章首先概述了超表面的概念、优势及加工方法,然后介绍了双光子3D打印技术的原理、发展历程和工艺优势,随后分类综述和讨论了表面等离激元超表面、超透镜、超表面纳米显示与图像处理和与光纤端面集成超表面的近期研究工作,最后对基于双光子3D打印技术的超表面光器件进行了评论与展望。

6G移动通信关键技术趋势初探(特邀)

文章根据第六代移动通信系统(6G)的总愿景和不同维度子愿景,分类阐述了有可能实现这些美好愿景的关键技术趋势和挑战。文章从新晶体复合材料、超材料、非正交波形、高频毫米波和太赫兹生成等物理基础性技术,到无线新型互联网基础设施和深海通信网络等网络基础性技术,再到人工智能使能、感知互联和人体通信等新兴应用技术,分门别类地介绍了6G时代充满机遇和挑战的某些候选关键技术。文章引用了部分国际顶级学术期刊的相关内容和研究成果,期望观点尽可能严谨合理,并引起业界对6G移动通信发展趋势的关注。

三维显示业务对后5G/6G网络承载能力研究

文章认为以微纳光场调控及超表面光学技术为代表的手机裸眼3D显示应用,有可能带动移动通信网络实现跨越式的发展。针对全息三维显示产生的庞大海量数据,文章从手机裸眼3D图像的有效像素和空间深度层等几个不同的角度,定量地分析了全息三维显示业务所需要的网络数据带宽和往返时延,以及其他各网络承载能力指标的需求和未来趋势;根据国际标准化组织给出的最大峰值数据传输速率的定义,找出影响第五代(5G)乃至第六代移动通信系统(6G)网络承载能力的多种因素,定量给出了能够实现裸眼3D应用的几个具体指标,比如:聚合的载波数量、参数集的数量、大规模天线阵列的阶数和子载波间隔等,以期得到能满足未来全息三维显示业务的网络承载能力的安全边际。

数字中国指标体系研究初探

文章对数字中国的内涵进行了界定,在党中央提出的“五位一体”概念基础上,从宏观目标、策略量化和度量测度3个层面,梳理了数字中国指标体系的构建逻辑,提出了数字中国的五大核心指标、九大主要指标和五个分项指标体系。同时,利用多种类型功效函数、加权因子分析和聚类分析对数字中国指标体系的基础数据进行无量纲化处理、加权计算和数据统计分析,并对未来数字中国建设提出了一些政策建议。

光通信系统与网络技术多波段大容量光传输系统研究

基于多波段的光传输系统被认为是有效提升光通信传输容量的方法之一,在C和L波段的基础上,利用其他波段进行传输可以充分挖掘现有光纤网络的传输潜力,解决大容量通信网络的瓶颈问题,其关键技术及系统的实现有利于推动相关技术的产业化进程,具有广阔的经济效益。文章对当前全波段光传输技术的研究现状进行了分析和探讨,重点对S、C和L波段的性能差异进行了实验分析研究,采用C和L波段常规器件,使用偏振复用16进制正交幅度调制(PDM-16QAM)格式完成了波长范围覆盖S、C和L,容量可达到122.4 Tbit/s的40 km光传输系统实验。验证了G.652.D光纤的多波段传输能力,为进一步研究多波段光传输技术提供了实验基础。

多芯光纤扇入扇出技术发展现状及展望

基于多芯光纤的空分复用是解决当前光通信传输容量瓶颈的最有效方法之一,多芯光纤扇入扇出(FIFO)技术是实现多芯光纤空分复用系统的关键,它用于实现单个多芯光纤到多个单芯光纤的光耦合功能。文章总结了近十年来多芯光纤FIFO器件和装置的方法,将它们归纳为熔融、光纤束、自由空间光和三维集成波导4种类型,分析并比较了几种类型器件/装置的制作方法和性能,对未来可广泛应用的技术方向进行了展望。

硅光调制器与单模光纤高效耦合技术研究

针对硅光芯片在应用中由于其模场较小存在耦合损耗较大的问题,文章利用一款硅光调制器芯片对其与单模光纤的耦合效率进行了研究。首先对模场匹配理论进行了分析,随后对硅光芯片以及耦合用的单模光纤进行了模场测试,提出了一种提高耦合效率的低成本耦合方式。实验结果表明,该单模光纤与硅光芯片的耦合效率达到70%。利用该方案制作了光组件并进行了四阶脉冲幅度调制(PAM4)眼图测试,得到了较好的眼图。

量子密钥分发集成光学芯片技术进展

集成光学芯片技术的快速发展,对量子密钥分发设备的商用起到了促进作用,因而有必要研究一种务实的量子密钥分发所用的芯片器件发展路径。分析了用量子密钥分发的集成光学芯片的学术界和工业界研究进展,重点介绍了基于硅基光电子平台和三五族光电子平台上的相关研究进展,并对量子密钥分发被集成光学芯片技术赋能后的产品形态给出了观点。

基于硅光可调25 Gbit/s光发射组件的研究

随着光通信技术的快速发展,光纤传输的容量呈几何式增长,对密集波分复用(DWDM)网络系统的管理和调度灵活性要求也在不断提高。波长可调模块可以满足网络管理灵活的要求,在波分复用(WDM)系统和5G网络中将会有广泛应用。而作为模块内的核心元件,可调激光器的研究就显得尤为重要。文章介绍了一种可调激光器和硅光调制器芯片混合集成封装技术,利用一种胶合标准具的设计进行波长控制,节省了半导体制冷器,减小了封装尺寸。其制作的可调激光器件能满足ITU-96通道的波长输出,且满足100 G BASE-LR4国际标准的工作眼图要求。

具有热不敏感低驱动电压特性的112 Gbit/s耦合调制型硅光微环调制器(特邀)

高速率、热不敏感、低驱动电压的硅光子调制器是宽带数据传输、低功耗、高集成密度和稳定运行的光互连系统中必不可缺的核心器件。本文提出并实验验证一种基于耦合调制机理的跑道型硅基微环电光调制器,在峰-峰驱动电压小于1.2 V的条件下,实现112 Gbit/s四级脉冲幅度调制(PAM4)光信号传输。此外,使用氮化硅波导作为谐振腔的主要构成部分,调制器的温度敏感性小于2.5 pm/K,展现出良好的热稳定性,验证了在20℃到45℃温度范围内的112 Gbit/s PAM4信号传输。

光纤通信技术发展综述

光纤通信作为二战以来最有意义的四大发明之一,奠定了网络信息传输的基石,承载了全球90%以上数据流量,但预计其未来20年将遭遇"传输容量危机".本文围绕超高速率、超大容量、超长距离、超宽灵活、超强智能(ultra-high speed, ultra-large capacity, ultra-long distance, ultra-wideband flexibility, and ultra-powerful intelligence, 5U)这5个光纤通信的发展维度开展研究,在回顾了其50多年发展历程的基础上,对近10年来所取得的一系列最新进展进行了全面综述,并就未来10年甚至20年的演进趋势做出展望.