近日，中心在片上偏振管理的研究中取得重要进展。研究团队提出偏振相位映射的新机制，通过调控两束光之间的相位差，实现了高效的片上偏振调控。利用CMOS标准工艺制备的浅刻蚀沟道波导，仅需5.42um，便可实现偏振与相位差的映射转换。基于该机制，团队在硅基平台实现了所有的片上偏振管理功能，包括旋转，分束，合成，测量，稳定和混频。相关成果以“On-Chip Light Polarization Management by Mapping the Polarization Information to Phase Shift”为题于2023年11月09日发表在Laser & Photonics Reviews期刊上。

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在过去数十年间，通过引入光偏振管理技术，光电子系统在大容量通信，高灵敏传感，地震预则，成像分析等应用场景中实现了突破式的发展。未来，光电子系统将走向全集成化，但迄今为止报道的众多基于集成光电子芯片实现系统级应用的工作中，偏振管理功能，由于缺少成熟的架构，存在器件尺寸大，工艺容忍度低，偏振调控功能复杂，甚至无法使用标准硅光工艺集成等诸多问题，往往只能用片外基于光纤的偏振元件或设备来实现。如何实现高效的片上偏振管理，是推动片上光电子系统实现全集成化的关键瓶颈问题之一。

为解决上述问题，研究团队提出了偏振相位映射的调控机理，将偏振信息编码为两束光的相位差，进而通过相位调控来进行偏振管理，实现了偏振调控机制上的突破。基于所提出的映射机制，研究团队采用标准化的硅光流片工艺，设计制备了偏振相位映射器（Polarization phase mapper, PPM），可以在仅有5.42um长的浅刻蚀沟道波导中完成高效的偏振和相位间的映射变换（如图1所示）。

图1.(a)偏振相位映射器示意图

所设计的偏振相位映射器，不仅克服了传统的偏振管理器件对定制化工艺的要求，更在非常有限的尺寸下，实现了偏振旋转，偏振分束，偏振测量，偏振稳定，偏振合成，偏振复用，偏振混频等功能，如图2所示。

图2. (a-b)偏振合成  (c-e)偏振分析  (f-i)偏振稳定 (j)偏振合成

更进一步，基于PPM，结合波导偏振双折射效应，设计实现了宽带双偏振相干混频器和接收机，可以实现180度的相位混频，C波段相位误差小于 5°，功率不均匀度小于 2 dB。实现了对 108 Gbps 的 16QAM 信号的相干解调接收，并成功应用于实时相干通信系统中，实现了对双偏振 QPSK信号低误码的接收解调和无反馈介入的连续稳定工作（如图3所示）。

图3. (a)双偏振相干接收测试系统  (b)基于PPM的双偏振相干接收机 (c)QPSK/16QAM信号的相干接收解调 (d-e)接收信号的误码率曲线

论文的共同第一作者为北京大学电子学院2017届博士邓清中（现比利时IMEC）、2022届博士金明、中心前博士后秦军（现北京信息科技大学教授）、2023届博士孙鹏斐。邓清中博士、周治平教授和中心王兴军教授为通讯作者。主要合作者包括中心舒浩文研究员，青岛大学鞠诚教授，IMEC的Pieter Neutens博士、Pol Van Dorpe Fellow，国家信息光电子创新中心的周佩奇博士，肖希总经理；中心成员陶源盛，陶子涵，王博，张绪光，石泾波，白博文等人。上述研究得到了国家自然科学基金资助。该工作由北京大学电子学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室作为第一单位完成，也是和鹏城实验室合作的重要成果。

论文原文链接：

https://doi.org/10.1002/lpor.202300501