硅在地殼中儲量僅次于氧，是大自然賜予的最豐富的礦物之一。基于SOI（絕緣層上硅）的硅納米波導具有許多優(yōu)點，如紅外波段本征損耗低，光場限制強，器件尺寸小等等。更為重要的是，基于SOI的硅基光子芯片加工工藝與大規(guī)模集成電路CMOS工藝兼容，為未來大規(guī)模光電子器件集成提供了重要潛在技術途徑。與此同時，由于硅天然是一種高非線性材料，因此基于納米硅波導的非線性光學應用研究也日益得到重視，例如芯片級光頻梳產(chǎn)生，中紅外光源，高速光開關等等，在光通信、生命科學、精密測量、傳感等領域有諸多應用價值。
其中，基于非線性芯片的高速光信號處理技術可以突破電子瓶頸，提供低功耗、超大帶寬的集成光信號處理能力，在大容量低功耗光網(wǎng)絡的開關、路由等功能中有重要應用。基于此，我院徐競副教授小組與武漢郵電科學院光纖通信技術和網(wǎng)絡國家重點實驗室合作，利用集成納米硅波導的非線性效應，針對光通信領域前沿擴容技術——模分復用技術，開展了一系列全光信號處理研究工作。模式復用技術是利用波導中模式正交特性的一種新型復用技術，基于硅基集成波導的模式復用系統(tǒng)不但可以增加通信容量，對于提高芯片的全光信號處理帶寬也有極大的潛力。通過理論設計和數(shù)值仿真得到的參數(shù)，制備和測試了多模全光信號處理芯片，利用兩個正交模式通道實現(xiàn)了102.6 Gb/s 的OFDM-QPSK信號的多模可選擇/并行波長轉換功能，相關工作以題為Mode-selective wavelength conversion of OFDM-QPSK signals in a multimode silicon waveguide發(fā)表在Opt. Express 25, 4493-4499(2017)上，論文第一作者是光電國家實驗室博士生邱英，通訊作者為徐競。多模高級調(diào)制格式的波長轉換對非線性效應的轉換效率和噪聲轉移特性提出了較高要求，該工作初步展示了硅納米波導在多模光信號處理中的潛力。
