撰稿|由课题组供稿（文末附招聘启事）
最近，兰州大学物理科学与技术学院田永辉教授课题组与合作者通过在薄膜铌酸锂晶圆表面沉积一层氮化硅，利用CMOS兼容的刻蚀技术仅仅刻蚀氮化硅层形成氮化硅-薄膜铌酸锂混合波导结构。合作团队基于这种混合波导引入了亚波长光栅和多模波导的耦合结构实现了低耦合损耗、高旁瓣抑制比的GACDC。作为该结构的一个应用实例，合作团队级联多个GACDC构建了一个波分复用/解复用器，其信道间隔达到创纪录的3.2 nm(400 GHz)。相关结果在线发表在Laser & Photonics Reviews上。
关键词：薄膜铌酸锂，氮化硅，反向耦合器，波分复用，亚波长光栅
铌酸锂具有优异的电光、声光和光学非线性效应，素有“光学硅”的称号。近年来，薄膜铌酸锂（LNOI）作为新的集成光子材料平台受到了广泛的关注，基于该平台的光子器件库也得到了快速的发展。最近，研究人员已经基于LNOI演示了一系列高性能的有源光子器件，包括电光调制器和二次谐波波长转换器。尽管如此，LNOI的组件工具箱仍然缺乏一些重要的无源光子器件来满足未来高性能集成光子电路的需求。
光栅辅助的反向耦合器（grating-assisted contra-directional coupler, GACDC）是集成光学领域一种重要的光学滤波结构。GACDC可用作一系列无源器件的基本构建模块，包括复用/解复用器、开关、滤波器和分束器等等。此外，基于GACDC结构的器件通常具有平顶的频谱响应、高设计灵活性、可扩展性以及无自由频谱范围（FSR）等优点。因此，GACDC被视作一种重要的功能组件在其他集成光子平台中得到了广泛的研究和应用。然而，在LNOI平台中实现GACDC仍然存在挑战。具体而言，LN相对较低的折射率使得普通波导模式和光栅波导模式之间的有效折射率差很小，这可能导致反向耦合波长位于光栅波导的光子禁带中，强烈的布拉格反射会导致较大的器件插入损耗。
最近，兰州大学物理科学与技术学院田永辉教授课题组与合作者通过在薄膜铌酸锂晶圆表面沉积一层氮化硅，利用CMOS兼容的刻蚀技术仅仅刻蚀氮化硅层形成氮化硅-薄膜铌酸锂混合波导结构。合作团队基于这种混合波导引入了亚波长光栅和多模波导的耦合结构实现了低耦合损耗、高旁瓣抑制比的GACDC。作为该结构的一个应用实例，合作团队级联多个GACDC构建了一个波分复用/解复用器，其信道间隔达到创纪录的3.2 nm(400 GHz)。相关结果在线发表在Laser & Photonics Reviews上。
如图1（a）所示，GACDC由相邻耦合的多模普通波导和光栅波导组成，波导的传播方向为LN晶体Y方向。合作团队通过引入亚波长光栅波导和多模波导，增加了光栅波导中的布洛赫模式和普通波导中的空间模式之间的有效折射率差，成功避免了GACDC的反向耦合波长位于光栅波导的光子禁带中。随后，通过合理地设计多模波导的宽度，抑制了高阶模式的耦合串扰，成功实现了1550 nm附近的单波段、低损耗耦合。除此之外，研究人员还对光栅波导设计了高斯变迹，实现了传输光谱的高旁瓣抑制比（结果见图1（b）、（c））。
图1 （a）GACDC结构示意图，（b）当光栅周期数固定为1800时具有不同变迹指数的GACDC的传输光谱，（c）当变迹指数固定为10时具有不同光栅周期数的GACDC的传输光谱.。
前期，研究人员已经基于LNOI平台开展了一些波分复用/解复用器的研究。但是在这些工作中，波长信道的间隔都设计得较大（通常为20 nm），从而降低了对光学滤波器性能的要求，使得复用器件更加容易实现。然而对于波分复用系统而言，窄的波长信道间隔可以有效地提升频谱效率并增加受色散效应限制的信号传输距离。因此，开发窄信道间隔的波分复用/解复用器仍然显得十分重要。在基于其他平台的工作中（如SOI），研究人员广泛地研究了微环谐振器（MRR）作为光学滤波器用以实现波分复用/解复用器的窄信道间隔。但是由于LN材料的折射率较低，为了降低波导的弯曲损耗，LNOI平台中MRR的半径往往较大，这导致MRR的FSR较窄，从而限制了可复用的波长信道数。
由于其单波段操作特性和光学带宽的设计灵活性，所提出的GACDC有望为LNOI平台中窄信道间隔的波分复用/解复用器提供有力的解决方案。如图2所示，研究团队通过级联多个不同耦合波长的GACDC构建了一个三通道的波分复用/解复用器，利用光栅宽度的变化为波分复用/解复用器提供了非常精细的波长调谐，实现了创纪录的窄信道间隔（3.2 nm，400 GHz）。
图2 （a）基于GACDC的波分复用/解复用器结构示意图，（b）波分复用/解复用器的显微图，（c）ws1=1.4 μm时耦合区域的SEM图，（d）ws2=1.2 μm时耦合区域的SEM图，（e）ws3=1 μm时耦合区域的SEM图。
通过仿真和实验测量得到的器件传输光谱分别如图3（a）和图3（b）所示。测试结果显示，每个信道的插入损耗约为2.5 dB，3 dB带宽约1.8 nm，这使得信道间的串扰低于-20 dB。虽然较窄的信道间隔对光学滤波器的性能提出了更高的要求，但是与此前报道的工作相比，此次实验演示同时展现出窄的信道间隔、低插入损耗和低信道串扰。
图3 （a）波分复用/解复用器的仿真结果,（b）波分复用/解复用器的测试结果。
Subwavelength Grating-Assisted Contra-Directional Couplers in Lithium Niobate on Insulator. Xu Han; Yongheng Jiang; Huifu Xiao; Mingrui Yuan; Thach Giang Nguyen; Andreas Boes; Guanghui Ren*; Yong Zhang; Qinfen Hao; Yikai Su; Arnan Mitchell; Yonghui Tian*Laser & Photonics Reviews DOI: 10.1002/lpor.202300203
链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202300203
合作团队在该领域的其他代表性成果：
[1]Mingyang Ma, Mingrui Yuan, Xudong Zhou, Huifu Xiao, Pengfei Cao, Lin Cheng, Thach Giang Nguyen, Andreas Boes, Guanghui Ren, Yikai Su, Arnan Mitchell, and Yonghui Tian, "Multimode waveguide bends in lithium niobate on insulator," Laser & Photonics Reviews 2200862 (2023).
[2]Yongheng Jiang, Xu Han, Yiyang Li, Huifu Xiao, Haijin Huang, Pu Zhang, Aditya Dubey, Mingrui Yuan, Thach Giang Nguyen, Andreas Boes, Yingtao Li, Guanghui Ren, Jiuzhi Xue, Qinfen Hao, Yikai Su, Arnan Mitchell, and Yonghui Tian, "High-speed optical mode switch in lithium niobate on insulator," ACS Photonics, doi.org/10.1021/acsphotonics.2c01364 (2023).
[3]Xu Han, Li Chen, Yongheng Jiang, Andreas Frigg, Huifu Xiao, Thach Giang Nguyen, Andreas Boes, Jianhong Yang, Guanghui Ren, Yikai Su, Arnan Mitchell, and Yonghui Tian, "Integrated subwavelength gratings on a lithium niobate on insulator platform for mode and polarization manipulation," Laser & Photonics Reviews 16(7), 2200130 (2022).
[4]Xu Han, Yongheng Jiang, Andreas Frigg, Huifu Xiao, Pu Zhang, Thach Giang Nguyen, Andreas Boes, Jianhong Yang, Guanghui Ren, Yikai Su, Arnan Mitchell, and Yonghui Tian, "Mode and polarization-division multiplexing based on silicon nitride loaded lithium niobate on insulator platform," Laser & Photonics Reviews 16(1), 2100529 (2022).
[5]Yongheng Jiang, Xu Han, Haijin Huang, Pu Zhang, Aditya Dubey, Huifu Xiao, Mingrui Yuan, Andreas Frigg, Thach Giang Nguyen, Andreas Boes, Yingtao Li, Guanghui Ren, Yikai Su, Arnan Mitchell, and Yonghui Tian, "Monolithic photonic integrated circuit based on silicon nitride and lithium niobate on insulator hybrid platform," Advanced Photonics Research 3(10), 2200121 (2022).
兰州大学物理学院集成光子芯片研究团队诚聘各类青年英才（长期有效）
兰州大学集成光子芯片实验室长期从事硅基及薄膜铌酸锂集成光子器件方面的科研攻关与学术研究。团队现有教授3人，副教授2人，青年研究员1人，博士后1人，博士硕士研究生30余人。实验室具备业内领先的科研设备及条件，具备最先进的高速集成光子器件开发及测试能力；实验室经费充足，目前承担了科技部重点研发计划课题、国家自然科学基金面上项目、甘肃省重点研发计划、企事业单位委托横向项目等20余项。实验室详细信息，请访问网址了解：ipc.lzu.edu.cn。
具有集成光学、微纳光学、光电器件、光学工程、物理学、微电子学等领域研究背景，其他光学相关方向也欢迎申请。
1.招聘基本条件：已在国内大学或科研院所获得副教授、副研究员（及以上）职称者或在国外大学担任助理教授（及以上）职称者或者优秀博士后出站人员，在专业领域有知名度和影响力，取得本学科高水平学术成果；一般要求35岁及以下副高级职务或45岁以下正高级职务，特别优秀者年龄可适当放宽。
2.薪酬待遇：按照国家规定提供工资、五险一金等福利待遇和学校绩效工资；提供50万-300万元科研启动经费；提供50万-90万元住房补贴、安家费；可申请租住校内周转公寓；安排子女入学、入园。
1.招聘基本条件：年龄原则上不超过35周岁；获得博士学位或做博士后研究工作，从事过博士后研究工作者优先；取得一系列科研成果，能独立开展工作，科研潜力巨大。
2.薪酬待遇：提供50万-150万元科研启动经费；提供每年税前34万元薪酬（含租房补贴4万元）和五险一金；可申请租住校内周转公寓;安排子女入学、入园。聘期5年，聘期考核合格的，可按程序申请聘为四级教授、博士生导师，按照事业编制管理，并提供住房补贴、安家费。
1.招聘基本条件：年龄原则上不超过35周岁；取得博士学位，且博士研究生毕业不超过三年；具有突出的创新能力，良好的科研合作精神，较大的发展潜力；符合博士后科研流动站其他招收要求。
2.薪酬待遇：提供每年税前30万-40万元薪酬；入选国家“博士后创新人才支持计划”等的萃英博士后，薪酬累计可达47万-60+万元；提供周转公寓、医疗保险及体检服务；安排子女入学、入园。在站期间，可申请获得职称任职资格。出站考核合格的，可按人才引进条件和程序转入事业编制岗位，并享受相应住房补贴、安家费、科研启动费等引进人才待遇。
2、代表性成果（论文提供首页），各项阶段学历学位证书、获奖证书、项目批准书、专利授权书等电子版。
e-mail: siphoton@lzu.edu.cn
邮件标题请注明:“应聘岗位-姓名-毕业学校-专业背景”
免责声明：本文旨在传递更多科研资讯及分享，所有其他媒、网来源均注明出处，如涉及版权问题，请作者第一时间后台联系，我们将协调进行处理，所有来稿文责自负，两江仅作分享平台。转载请注明出处，如原创内容转载需授权，请联系下方微信号。
