メタ構造によるスケーラブルなマルチモードコンバータの実現：直接アクセス追加/ドロップ多重システムにおける概念設計と実証

科学分野:

• フォトニクス;ナノテクノロジー;光通信

背景:

• マルチモードフォトニック技術の進歩には、オンチップマルチプルモードコンバータ（MMOC）が必要です。;既存のMMOCは、トラフィック容量の制限、偏波依存性、スケーラビリティの問題に悩まされています。

研究 の 目的:

• 新規で高度にスケーラブルなMMOC設計フレームワークを提案すること。;高度な光アプリケーションのための高次モードの効率的な操作を可能にすること。

主な方法:

• サブ波長グレーティング（SWG）メタ構造をテーパー処理されたマルチモード導波路に統合すること。;モード励起と位相制御のためのコヒーレント散乱とビーム整形との相乗的な使用。;特定のモード操作要件のためのメタ構造最適化。

主要な成果:

• 大幅な帯域幅（22または50 nm）にわたって、低い挿入損失（< 1.85 dB）とクロストーク（< -12.5 dB）を達成しました。;偏波に依存しない4モード動作を実証しました。;TE0↔TE2およびTE1↔TE3の同時デュアルペアモード交換を先駆けて行い、効率を2倍にしました。;TE0/TE1デュアルモード動作のための直接アクセスモード追加/ドロップシステム（DAMAD）に統合し、IL < 4.5 dBおよびCT < -15.5 dBを達成しました。;32/64 Gbpsでのクリアなアイダイアグラムにより、高速動作能力を確認しました。

結論:

• 提案されたSWGベースのMMOC設計フレームワークは、オンチップモード操作のためのスケーラブルで効率的なソリューションを提供します。;この技術は、高次モードベースの光通信および集積フォトニック回路に革新的な可能性をもたらします。