密集波分复用技术的新突破

　　随着数据中心与5G通信系统的飞速发展，对超高容量数据传输的需求日益迫切。波分复用（WDM）技术，作为提升光通信链路容量的关键手段，已在现代光通信系统中占据举足轻重的地位。在众多光子技术中，绝缘体上铌酸锂（LNOI）光子芯片凭借其卓越的电光效应，成为满足高带宽、低功耗需求的密集波分复用（DWDM）系统的理想选择。

　　近年来，LNOI电光调制器在带宽、驱动电压及附加损耗（EL）等关键性能指标上取得了显著进展。然而，铌酸锂材料的各向异性特性，使得实现窄通道间隔的高性能滤波器成为一大技术难题，限制了其在超密集波分复用系统中的进一步应用。

创新光子芯片架构的诞生

　　为应对这一挑战，浙江大学戴道锌教授团队提出了一种创新性的光子芯片架构。该设计基于超紧凑的2×2法布里–珀罗（FP）腔体电光调制器，巧妙融合了DWDM滤波器与电光调制器的功能，实现了前所未有的技术突破。

　　这款光子芯片不仅实现了目前LNOI光学发射器中最窄的1.6 nm通道间隔，还具备较大的电光带宽，支持4×80 Gbps的开关键控（OOK）信号及4×100 Gbps的四电平脉冲幅度调制（PAM4）信号传输。其高集成度与显著降低的功耗，为未来大容量光通信和光互连提供了高效紧凑的解决方案，展现出广阔的应用前景。

光子芯片的设计与工作原理

　　研究团队详细阐述了LNOI光子芯片在DWDM发射器中的应用设计与工作原理。图1(a)展示了用于DWDM发射器的LNOI光子芯片的三维示意图，多个法珀腔电光调制器沿铌酸锂y轴方向排列，通过180º波导弯曲结构串联，每个法珀腔配备金属电极用于施加电信号，不同波长的光通过光栅耦合器进出芯片。

　　图1(b)进一步描述了法珀腔调制器的结构，该腔体由一对多模波导光栅（MWG）和一根直波导连接组成，通过反射前向TE₀（TE₁）模式并将其转换为后向TE₁（TE₀）模式，再结合模式（解）复用器将反射光与入射光分开，实现高效调制。

模拟响应与制造优化

　　图2(a)展示了设计的MWG在1530至1580 nm波长范围内的模拟光谱响应，包括反射和透射的强度及相位响应。图2(b)则示例了MWG在1550 nm和1580 nm波长下的光传播情况，展示了其独特的调制特性。

　　在制造过程中，研究团队发现波导宽度（W）是调制效率的关键因素。通过展宽波导，可大幅降低随机工艺误差的敏感性，从而有效减少因制造误差导致的谐振波长偏移。然而，过大的波导宽度会降低调制效率，因此需要精确控制。

　　仿真结果显示，四通道法珀腔调制器直波导长度分别增加0、54、108和162 nm时，可实现谐振波长偏移0、1.6、3.2和4.8 nm，满足DWDM系统中1.6 nm通道间隔的需求。其自由光谱范围（FSR）约为12.9 nm，能够覆盖所有四个通道。

制造与表征成果

　　该光子芯片基于x-cut LNOI晶圆制造，铌酸锂层厚度为400 nm。图5展示了FP腔的SEM图及多模波导光栅（MWG）和模式（解）复用器的结构，体现了芯片的高集成度和结构紧凑性。

　　实验表明，芯片的光谱响应附加损耗仅1.3 dB，四个通道消光比均大于20dB。尽管因制造误差导致部分通道的实验结果与设计值略有偏差，但整体仍成功实现了约1.6nm通道间隔。通过外加电压，可精确调节四通道的谐振波长，使之与DWDM网格精确对准。

　　芯片小信号电光响应测量结果显示，电光调制（EO）3 dB带宽超过67 GHz，相邻通道RF串扰在0-50GHz范围内均低于-10dB，符合设计预期。

高数据速率传输实验与展望

　　图7展示了四个通道高数据速率传输实验的眼图，分别对应40/80 Gbps的OOK信号和100 Gbps（50 GBaud）的PAM4信号。其总数据传输速率可达400 Gbps，同时保持了高消光比和信噪比。

　　研究人员首次提出了一种用于DWDM发射器的紧凑型LNOI光子芯片，通过创新性地采用超紧凑的2 × 2法珀腔电光调制器，成功克服了传统LNOI光学发射器在实现窄通道间隔和高性能滤波器方面的技术瓶颈。这一技术突破为DWDM系统的高效能提供了全新的解决方案，不仅提升了光通信系统的容量与性能，还为未来大容量光互连和超高速通信系统的发展奠定了坚实基础。