随着网络技术的发展，传输容量的需求在不断增长。为了应对持续增长的容量需求，模分复用技术亦即少模技术被提出并受到广泛关注。少模技术是利用波导或者光纤中的少数低阶横向模式作为信息载体进行数据传输，可以实现传输容量的显著提升。

　　在少模光通信中，模式转换和复用是其中重要的组成部分。根据制作平台类型，目前模式转换/复用器件主要包括硅基和InP基两种。基于硅基平台的模式转换/复用器，主要基于非对称定向耦合器、绝热耦合器以及Y波导等结构，具有体积小以及与COMS工艺兼容的优势。在片上模式转换、复用、交换等场合，硅基模式操控器件具有显著优势。但由于硅的间接带隙特性，导致片上光源集成存在较大困难。InP基模式转换/复用器件一般采用多模干涉耦合器（MMI）或Y波导型结构，具有容差大、偏振不敏感的优势。更为重要的是，InP基平台可以将激光光源与无源模式转换/复用器件单片集成。在面向中短距传输或片上信息处理的少模系统中，能够集成光源与模式操控器件的少模光发射器是降低系统成本、提高系统性能的关键技术。

　　近年来，中国科学院半导体研究所材料科学重点实验室光子集成技术研究组在InP模分复用技术领域展开了相关研究。首次提出InP基少模光发射芯片结构，并在InP平台上实现了单片集成少模光发射芯片。该发射芯片集成了两通道直调DFB激光器和基于MMI的模式转换复用器。在单个芯片上实现了光载波产生、信号调制、模式转换和模式复用功能，为未来小型化、低成本片上或中短距模分复用系统应用提供了重要集成化技术方案。

　           　图1 少模光子发射芯片示意图  

 图2 波导模式(a) TE0, (b) TE1;两波导模式分别激发的少模光纤模式(c) LP01, (d) LP11

　         　图3 (a)基模信道小信号带宽                (b)一阶模信道小信号带宽

　          　图4 (a) 10Gbps 基模眼图                (b) 10Gbps 一阶模眼图

　　该少模光发射芯片包含两部分：激光产生、调制部分和模式转换/复用部分。激光产生、调制部分为直调DFB半导体激光器，模式转换/复用部分为基于MMI的模式转换/复用器。该集成芯片最终实现了基模（TE0）和一阶模（TE1）的产生与复用，基模与一阶模信道的小信号带宽分别17.4为GHz和14.7 GHz。利用该芯片在两模光纤中成功激发了光纤LP01和LP11光纤模式。并展示了2×10 Gbps光发射功能。

　　 相关研究成果近期发表在Photonics Research期刊上（DOI: 10.1364/PRJ.6.000463）。博士生李召松为论文第一作者，陆丹研究员为通信作者，指导教师为潘教青研究员和陆丹研究员，该工作得到了科技部973项目和国家自然科学基金委项目资助。

　　文章链接：https://www.osapublishing.org/prj/abstract.cfm?uri=prj-6-5-463&origin=search