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我校电子信息学院王纪永特聘教授科研团队与西湖大学仇旻教授科研团队合作，首次实现全光纤集成的GHz电光调制器，成果发表于著名光学学术期刊《Light: Science & Applications》（Nature子刊，2023年影响因子18.28）。本研究受国家自然科学基金委员会、中德科学中心项目的资助与支持。西湖大学工学院博士生研究生张磊、孙歆语为共同第一作者，王纪永、仇旻为共同通讯作者。

 电光调制器是光通信领域的核心器件之一。通过施加外部电信号，以改变光波的振幅、相位、偏振乃至频率，从而将外部调制信号加载到光波上，从而实现电光信号的转换。传统片上集成的电光调制器在接入光通信网络或者在光通信网络协同工作时，往往因为片上光波导与光纤的模场匹配较难，而存在较大的耦合损耗。尽管通过较为先进的耦合工艺，如端面耦合或光栅耦合以降低耦合损耗，但仍存在集成率低和工作带宽窄的局限。此外，现有的耦合方式还需要极其精准的对准操作和封装工艺，极大地增加了片上电光调制器的成本。为了降低光纤-片上波导耦合带来的光能量损耗，同时拓宽超构光纤在电光器件领域的应用，杭州电子科技大学王纪永科研团队联合西湖大学仇旻科研团队，开发了一种直接在商用单模光纤跳线端面上集成电光调制器的加工方法（图1）。该超构光纤电光调制器能够稳定地工作在O、S两个波段，并且最高调制速率达到1 GHz，相关研究成果以《Plasmonic metafibers electro-optic modulators》为题发表在《Light: Science & Applications》 2023, 12, 198。

如图1所示，合作团队开发了在单模光纤跳线端面集成微纳功能结构的一整套加工工艺：电子束曝光（EBL），聚焦离子束刻蚀（FIB），旋涂、物理蒸镀等。利用这套工艺，能够在直径为9um的光纤纤芯区域以较高的稳定性和精确度实现多层无源和有源光电子器件的精准集成。

图1. 光纤端面微纳原位加工工艺及装置

如图2所示，合作团队还利用模式分析方法，对等离激元超构表面的各个谐振模式进行理论分析和定量设计，最终通过合理的设计超构表面结构的周期和电光聚合物的厚度，能够在光通信O波段和S波段同时激发两个高Q值的谐振峰，为可调双波段的振幅型电光调制提供了设计思路。 测试结果表明，当施加±100 V直流偏压时，器件呈现出3 nm的光谱偏移和11 %的调制深度，并且当Vpp为18 V时，调制速率能够达到1 GHz，是目前已知集总电极式光纤电光调制器的最高调制速率。

图2. 超构光纤光学谐振模式分析

该研究工作首次实现在单模光纤跳线端面集成电光调制器。利用光纤跳线通用的连接端口，用单模态光纤-光纤光场耦合替代现有的光纤-波导耦合，无须模场匹配即可实现即插即用、近零耦合损耗的光互联与光调控，为空间光学器件寻找替代、全光纤光学系统研发等先端技术提供了核心解决方案。