我院张敏明教授课题组在研制超高集成度的硅基光器件技术领域取得了新成果。课题组提出了基于反向设计方法和类光子晶体亚波长结构的星型光交叉连接器，为硅光芯片集成度受限的问题提供了一个有效的解决方案。本研究在国际上首次完成了多达6×6路的单节点光交叉连接系统，将传统光交叉连接系统的端口密度提高了一个数量级。
随着硅基光芯片的不断发展，单个芯片上集成的光器件个数越来越多，随之而来的是器件之间光波导的光交叉节点的数量日益增大。当多路光波导需要互相交叉时，由2×2光交叉连接器和连接波导组成的传统的多路交叉连接系统尺寸将很大。例如，一个4×4路交叉连接系统，就需要6个传统2×2光交叉连接器。受限于光交叉连接器的尺寸和连接波导的最小弯曲半径，该系统中单端口所耗片上面积约64μm²。对于更多路的交叉连接体统，其单端口的面积消耗将呈线性增长。
张敏明教授课题组提出了一种单节点星型光交叉连接器的设计方案，结合反向设计算法和该课题组早先提出的类光子晶体结构，将4×4路交叉连接系统微缩于单个器件中，将单端口的面积消耗降低至7.1μm²，并以此类推，同时得到了单节点5×5、6×6路星型光交叉连接器。
设计所得的三个器件都实际制作并完成测试，其各项性能指标均良好。在以1550nm为中心的至少60nm带宽范围内，三个器件的各端口插入损耗均低于1.5 dB，且串扰不高于-18 dB。
相关研究成果以“Inverse-designed ultra-compact star-crossings based on PhC-like subwavelength structures for optical intercross connect”为题发表在Optics Express, 2017,25(15): 18355-18364上，课题组博士生卢鲁璐子为第一作者，张敏明教授为通讯作者。
图1 (a)光在星型光交叉连接器内传输方式的示意图，(b)仿真得到的星型光交叉连接器电场分布
图2制作的4×4、5×5、6×6路星型光交叉连接器的电子显微镜照片
图3器件的测试结果
