研究概述
硅基光子技术为大规模光电子集成带来了新的契机。在硅光器件中引入光子晶体等微纳结构可大幅度提升硅光器件的性能（如我们曾展示的硅基光子晶体调制器等）。这些研究也促使我们深入思考硅基电光、热光器件的一些基础性器件物理问题，如器件功耗与器件基本参数的理论关系等。面对硅光器件实际应用中所面对的良率问题，我们最近从器件物理层面研究了马赫－曾德型硅光调制器的工艺偏差问题。这种看似非常工程化的问题也需要于对器件物理的深入理解。
近期，基于波导超晶格的高密度波导集成为高性能光学相控阵、高密度光互连、空分复用等开辟了道路。高性能光学相控阵在自动驾驶激光雷达、自由空间光通信等技术领域带来了新的机遇。当低成本大规模硅光集成与硅基微纳光子结构相结合，许多其他机会亦将会涌现。对这些机会的把握不但需要创新的想法，切实的应用，往往还需要对（器件）物理的深刻理解，高效的仿真手段和精细的器件加工与实验。
在光子晶体研究中，我们发展了光在光子晶体界面处的反射、透射（折射）系数的解析理论（含界面Miller指数为有理数或无理数的情形），并进一步研究了光子晶体中的慢光效应，超棱镜效应等，得到了超棱镜敏感度、慢光损耗的解析理论。并揭示了光子晶体线色散与角色散的内在联系。
在这些工作中，我们将理论与实验相结合，并融合基础（器件）物理与应用需求以获得对问题的全面理解，探索有实际意义的研究方向与技术途径。如感兴趣，欢迎浏览下面的详细介绍。
高密度波导集成 & 光学相控阵
* 高密度集成是硅光技术的发展趋势。作为硅光芯片的最基本单元－波导，其集成密度尤为关键。
* 主要挑战：波导太密时（亚波长间距时），串扰很大
* 引入波导超晶格减小串扰，实现了半波长间距的高密度波导集成，所有串扰低于-20dB: NatureComm2015, PR2016, Optica2019
* 应用：(1) 光学相控阵; (2) 空分复用 (SDM)、光互连; (3) 高分辨或小型化光谱仪，波分复用器 ……
* 发展了波导超晶格光学相控阵理论,并实验实现了半波长间距的光学相控阵，
* 扫描角度范围150度，主光束能量占比可达83%，旁瓣可达-12dB以下, 波导串扰低于-20dB: PhysRevAppl2021
* 独立多光束、复杂光束的产生: LPR 2026, OE 2025, COL2024
* 基于神经网络的智能化相位校准: PR2022
* 应用：移动无线光通信 (OL2024, LPR 2026)；...
* 新闻: Phys.org, 南大新闻2021, 两江科技评论, Adv. in Eng., 南大新闻2024, COL主编推荐,南大新闻2026
* 专利: US Patent No. 9784914 (2017)
光计算 & 人工智能
* 智能光计算用于光纤传感：AdvPhoton2025
* 光学神经网络：卷积层+全连接层
* 首次成功将光学神经网络与分布式声学传感（DAS）系统结合
* 提升了光纤传感的实时数据处理能力
* 新闻：激光评论
* 单数据流光子张量卷积处理器：JLT2024
* 射频器件数目比多数据流方案减少数倍、成本明显降低
* 高权重精度(9.2bit)：基于与光源单片集成的光放大器（SOA）阵列
* 新冠肺炎肺部CT的3D图像的智能诊断
* 新闻：南大新闻
* 光计算对波长间隔偏差的鲁棒性的研究：OE2023
* 基于人工智能的光学相控阵(OPA)相位校准技术：PhotonRes2022
* OPA相位校准是光束图样反推相位误差的逆问题，可用神经网络求解
* 理论分解出两类相位混淆的物理机制：共轭混淆与周期混淆
* 对两类相位混淆分别提出解决方案，实现高效、精确校准
硅光调制器
* 首个高速光子晶体波导硅光调制器
* 电流密度与频率的关系以及相关功耗的理论分析
* 马赫－曾德型硅光调制器的工艺偏差的分析：偏相关系数、底层理论、提高容差的方法
* 并联双微谐振腔调制器:高消光比(>9 dB @50G)，低电压(Vpp=2.3V)；100Gb/s DAC-less PAM4
* 论文：
* 光子晶体调制器：APL07, SSE07, JSTQE08, ...
* 马赫－曾德型调制器工艺偏差：OE19, NanoMat21
* 综述：JPhysD23
* 新闻:
* Nature Photonics: Research Highlights
* 南大新闻
* NASA Tech Brief, Laser Focus World, more...
* 专利：US Patent No. 7,421,179 (2008), US Patent No. 9,239,477 (2016); 中国专利 2019104182660.
光子晶体：界面物理、慢光、超棱镜
* 波在周期性晶格界面处反射、透射、折射的解析理论（含界面Miller指数为有理数或无理数的情形）：PRB05
* 超棱镜敏感度的解析公式：PRB08
* 慢光损耗的解析公式（提出光子晶体波导中模式截面正交原理）：PRB10
* 含光子晶体波导与谐振腔的对称体系：PRL03
* 光子晶体线色散与角色散的内在联系：JNN10
* 相关实验：JAP07, APL07, APL11, OL12, OE13
硅基热光器件
