多模硅基光子學：突破傳統限制，開啟光子集成新篇章？

    在光子學領域，硅基光子學一直以其獨特的優勢引領著集成光電子技術的發展。隨著單模硅光器件逐漸接近性能極限，多模硅基光子學的興起為光子集成技術帶來了新的突破。本文中測光科將探討多模硅基光子學的最新進展及其在光通信和光信息處理中的潛在應用。

多模硅基光子學：超越單模限制

傳統的硅基光子器件設計嚴格遵循單模條件，以避免模式間的串擾。然而，隨著技術的進步，研究者們開始探索多模波導的潛力，以期在不改變現有工藝的前提下，突破性能瓶頸并實現新功能。浙江大學戴道鋅教授團隊的研究表明，通過巧妙調控多模波導中的基模和高階模，可以在保持低損耗的同時，實現更復雜的光子器件功能。

面向模式復用的多模光子器件

在模式復用系統中，關鍵元件如模式復用/解復用器、多模傳輸器件和光纖-芯片多模耦合器件，對于實現高效的光信號處理至關重要。這些器件的設計和優化，使得多模硅基光子學能夠在光通信系統中實現更高的數據傳輸速率和更低的信號串擾。

展寬波導器件：降低損耗與相位誤差

展寬波導器件通過調控模場，實現了超低損耗的基模傳輸，這對于提高光子器件的性能和可靠性具有重要意義。此外，低相位誤差的光子器件，如陣列波導光柵（AWG）和馬赫-曾德爾干涉儀光開關（MZS），在提高信號處理精度方面展現出巨大潛力。

高階模式輔助的光子器件

高階模式的引入為光子器件的設計提供了新的自由度。例如，偏振控制器件能夠實現片上偏振態的靈活調控，而多模布拉格光柵濾波器則能夠在無需環形器的情況下實現高性能的波長選擇性。

未來展望：量子光學與光子集成的新機遇

多模硅基光子學的研究已經從經典領域擴展到量子光學。通過利用多模波導模式間的量子干涉，研究者們已經能夠產生波導模式編碼的糾纏光子對源，這對于量子通信和量子計算等領域具有重要意義。

多模硅基光子學的快速發展，不僅為光通信和光信息處理提供了新的解決方案，也為量子光學和光子集成技術的發展開辟了新的道路。隨著研究的深入，我們有理由相信，多模硅基光子學將在未來光子學領域扮演更加重要的角色。