基于錐形漸變耦合結構的可擴展多模彎曲波導

林健，劉雨瀟，符強，李軍，汪鵬君，陳偉偉

（1 寧波大學 信息科學與工程學院， 寧波 315211）

（2 溫州大學 電氣與電子工程學院， 溫州 325035）

（3 寧波大學 科學技術學院， 寧波 315300）

0 引言

近年來，云計算、大數據等業務對高容量互連的需求迅速增長。在傳統電互連面臨瓶頸之際，硅基光互連憑其高速、大帶寬和易集成等特點而備受關注［1-3］。與此同時，為了滿足日益增長的帶寬需求，各種先進的多路復用技術［4-7］應用而生，如空間分復用（Spatial-Division-Multiplexing，SDM）、偏振復用（Polarization-Division-Multiplexing，PDM）、波分復用（Wavelength-Division-Multiplexing，WDM）和模分復用（Mode-Division-Multiplexing，MDM） 等。其中，MDM 技術利用波導支持多種模式傳輸，將信號搭載至不同光模式上傳輸，可成倍提升傳輸容量［8］。

多模彎曲波導是模分復用系統中的關鍵元器件之一，許多學者已對其開展了研究工作。其中，部分學者使用了各種算法來輔助優化多模彎曲波導結構。如2012 年，GABRIELLI L H 等通過變換光學（Transformation Optics，TO）算法對可同時承載3 種最低階橫電（Transverse Electric，TE）模式的傳統多模彎曲波導進行優化［9］。2017 年，SUN C L 等利用粒子群優化（Particle Swarm Optimization，PSO）算法對彎曲波導的輸入及輸出端波導寬度進行優化，實現了TE0和TE1模式的高效傳輸［10］。SUN S 等通過算法進行雙自由曲線模型的逆設計，所制得的多模彎曲波導可支持TE0、TE1、TE2和TE3模式［11］。類似地，還有學者使用其它曲線模型代替傳統90°彎曲波導來完成多模傳輸。如JIANG X H 等提出了使用歐拉曲線代替傳統90°彎曲波導曲線［12］，該多模彎曲波導可支持4 種最低階的橫磁（Transverse Magnetic，TM）模式傳輸。除了使用算法對多模彎曲波導進行優化設計，工藝制造技術的改進也促發了研究者新的嘗試。XU H N 團隊報道了一種表面覆蓋聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl Methacrylate，PMMA）基于超表面結構的多模彎曲波導［13］，可同時支持TM0、TM1、TM2和TM3模式傳輸?！?br>