片上任意模式模斑转换

片上光子器件在通信、微波光子信号处理、量子信息、传感和计算等许多应用领域显示出巨大的潜力。最近，科研人员提出了在芯片上操作控制自由空间光束的新颖设计理念。将片上元件与自由空间器件相类比，比如镜片，展示了在轨迹和波前的控制方面的极大的优势。例如，基模模斑转换器(SSCs)就采用了聚焦透镜。伊顿透镜已被证明可以使芯片上的光轨迹发生弯曲，麦克斯韦鱼眼透镜的无像差成像特性已被用于构建交叉多模波导(MWG)。然而，所报道的方案只被证明用于基模，而高阶模或非正则模在特定应用中是首选的模式。4-f系统在傅里叶光学中广泛应用于光学信息处理。

       近日，华中科技大学Wei Qi等人在4-f系统以及体光学中的光束扩展器的启发下，设计了一个SSC，其具有两个基于超材料的渐变折射率波导被提出并得到实验论证。所提出的装置能够在保持其轮廓形状的同时扩大其任意模式。与传统的绝热锥SSC相比，在相同的模间串扰下，可减少91.5%的面积。实验证明，正则模的膨胀比为5。此外，对于非规则模式，研究人员在不改变结构的情况下对其功能进行了数值验证。这项工作为片上模斑转换提供了一种通用的解决方案，可进一步拓展片上傅里叶光学的应用前景。相关研究工作发表在《Nanophotonics》上。（丁雷）

文章链接：Wei Qi et al, On-chip arbitrary-mode spot size conversion. Nanophotonics 2020.
       https://doi.org/10.1515/nanoph-2020-0328. 07