戴道锌，王 健，陈思涛

（浙江大学光电科学与技术学院 杭州310058）

1 引言

以CMOS技术为支撑的集成电路（IC）按照摩尔定律趋势已持续发展了半个多世纪，微处理器性能得到了前所未有的提高。而随着CMOS工艺特征尺寸的减小，传统电互连在物理层面的诸多缺点逐渐凸显[1]：电子线路寄生电容的充放电导致功耗成倍地增加；寄生电容引起的时延也成为进一步提升传输速度的巨大障碍（单通道速率<25 Gbit/s）[2]；超密集电子线路引发的电阻增加导致散热也成为一个非常关键问题。为降低功耗和散热、提升处理器运算性能，基于并行计算的多核技术随之兴起。随着处理器芯片数量的日益增长，系统对片间及片上互联的数据传输速度及带宽提出了越来越高的要求。以超级计算机为例，Corona架构的处理器包含256个芯片，以实现10 TFLOP（每秒浮点运算次数，亦称每秒峰值速度）的峰值性能，对于每浮点运算的带宽要求就达到10 Tbit/s[3]。此时，传统电互连已难以满足这种片上数据传输带宽需求。

众所周知，光是一种具有超高频率的电磁波，作为载波可以实现超高速信号传输。为了实现超大容量片上光互连网络，除了采用超高速光调制器/光探测器等技术提升单通道比特率外，引入先进复用技术实现多通道并行传输也是其关键[4,5]。特别地，光具有波长、偏振、模式等多个维度参量，可分别发展波分复用（WDM）、偏振复用（PDM）以及模式复用（MDM）等技术，为实现大容量、高速率、低能耗、低成本的数据传输提供了有力支撑。而且，将多种复用方式综合运用还可形成多维混合复用技术，从而进一步显著提升光互连通道数量和传输容量，这也正是光互联的另一个电互联无可比拟的优势，也正是其未来发展趋势[5]。目前WDM、PDM以及MDM等均已成功应用于长距离数据传输[6]，并不断向短距离数据传输推进。据IBM预计，2020年左右即有望实现片上光互连，突破电互联瓶颈问题，进而取代电互连成为片上和片间数据高速传输的主要方式。

值得注意的是，尽管一些复用技术在长距离光纤通信中运用非常纯熟，但过于复杂昂贵的复用技术并不适用于片上光互连系统。例如，WDM是一种已成功应用到长距离光纤通信系统且发挥着不可替代作用的复用技术。因此，将WDM技术引入片上光互连系统被视为顺理成章，是当前片上光互连的研究重点之一[7]。但考虑到系统成本及复杂度等因素，并不适合于引入过多的波长通道。另一方面，片上光互连中信号传输媒介是具有出色偏振/模式保持能力的平面光波导，使得一些复用技术的实现更为简便，如新近兴起的利用模式正交性实现单波长—多通道传输的模式复用技术。

由此可见，片上光互连复用技术具有诸多独特之处，相关研究已成为领域热点。对于片上多通道复用光互连系统，片上集成（解）复用器是其关键器件之一。在众多光子集成器件材料体系中，硅材料以其CMOS兼容性和高集成度等独特优势赢得了业界青睐，相关研究取得重要进展并形成了“硅光子学”方向，并使得硅基单片大规模光子集成成为可能，为实现低成本、低能耗、多功能的光电子芯片提供有利条件。硅基光子集成器件及芯片将在光通信等领域发挥重要作用已成为业界的共识[8～10]。为此，本文着重总结和讨论了基于硅光子技术实现的超小型片上集成（解）复用器件的进展，主要包括：基于阵列波导光栅、微环阵列等结构的超小型波分复用器件[11～12]；结构简单、易于扩展的基于级联非对称耦合器结构的多通道模式复用器件[13～16]；用于实现模式—偏振、偏振—波长、波长—模式混合复用技术的混合复用器件[17]。

2 片上复用技术与器件

硅纳米线波导超高折射率差，其横截面尺寸一般仅为220 nm×500 nm，具有超强光场限制能力，且最小弯曲半径可达2μm，为实现超小尺寸集成光子器件（包括各种复用器件）提供了基础保障。

2.1 波分复用器

波分复用技术是利用多个不同波长的光，在单根光纤/波导上的多通道数据实现并行传输，极大地拓展了已光互连的通信容量，因而在长距离光通信系统中获得了极大成功，得到了广泛应用。其关键功能是如何将不同波长携带的多路数据合并或分开，对应的关键器件即波分复用器件。

实现波分复用器件的基本原理是利用光束干涉，可分为双光束干涉和多光束干涉两大类。相比于双光束干涉器件（如马赫—曾德尔干涉仪），多光束干涉器件可实现更窄带宽的滤波，易于实现多通道密集波长复用。最常见的多光束干涉波分复用器件主要有阵列波导光栅（AWG）、刻蚀衍射光栅（EDG）、微环谐振器（MRR）等。其中，AWG、EDG从结构和原理上颇为相似，可实现并行多通道；而MRR则可通过级联结构，实现串行多通道。下面主要讨论AWG、MRR两种波分复用器件。

2.1.1 阵列波导光栅

图1（a）和图1（b）分别是通道间隔为400 GHz、200 GHz的常规性硅纳米线AWG及其测试频谱响应结果。从测试结果可见，通道间隔较大的AWG器件性能优良，相邻通道串扰小于-20 dB。随着波长通道间隔减小至200 GHz时，AWG器件尺寸显著增加，相应的器件性能也明显变差（例如其通道串扰增大至约-10 dB）。因此，如何实现具有优良性能的密集型硅纳米线AWG器件是一个挑战。

图1 常规硅纳米线AWG波分复用器件及其测试频谱响应结果

为了解决这一问题，引入级联梳状滤波器的设计是一种值得尝试的办法。利用梳状滤波器将输入的一组通道间隔 为△λch的 信 号 （λ1,λ2,λ3,λ4,...,λN）分 成 奇 数 组（λ1,λ3,λ5,...）和偶数组（λ2,λ4,λ6,...），然后再采用两个通道间隔为2△λch的波分复用器件将奇数组通道、偶数组通道各自分开。这种方法可以显著降低波分复用器件的实现难度。梳状滤波器已经在基于传统大截面SiO2光波导的密集型波分复用模块中有所应用，但鲜有关于硅纳米线梳状滤波器及其与AWG单片集成的报道。

[18]首次实现了基于硅纳米线MZI梳状滤波器与双向型AWG器件的单片集成芯片，实现了通道间隔为200 GHz的18通道密集型波分复用芯片。在此设计中，通过合理选择MZI梳状滤波器的两个干涉臂光程差，使之自由频谱范围（FSR）△λFSR_MZI同与之相级联的AWG的通道间隔△λch_AWG相等，即△λFSR_MZI=△λch_AWG=400 GHz。而通过利用双向型AWG器件，可等效于两个AWG的功能，避免了在芯片中引入两个AWG器件，从而大大减小了芯片尺寸，同时避免了由于工艺偏差而导致的两个独立AWG中心波长对准问题。

图2（a）是所研制的硅纳米线梳状滤波器与AWG的单片集成芯片，其尺寸仅为520μm×190μm。测得的奇数组、偶数组通道频谱响应如图2（b）所示。图2（c）是在同一芯片上的单个MZI梳状滤波器的传输特性。在此，由于奇数组通道、偶数组通道共用同一个阵列波导光栅，因而各通道间隔能够完美对准，实现了通道间隔为200 GHz的密集波分复用功能，其相邻通道串扰约为-18 dB，与同一芯片上的单个400 GHz AWG的性能相当，证明了这种方法的有效性。

图2 MZI梳状滤波器特性

对于AWG波分复用器件，进一步减小其尺寸，不但有利于提高芯片集成度，也有利于提高器件性能。针对这一问题，已有一些关于新型AWG设计的报道，包括反射式AWG。传统反射式AWG通常采用在波导端面蒸镀金属薄膜作为反射镜，此时要求端面表面光滑且具有很好的陡直度，因而其端面处理工艺较为复杂。而对于硅纳米线波导AWG，由于该波导结构的超高折射率差，使得具有高反射率的超小型纯介质微反射镜及阵列成为可能，从而可直接连接于各条阵列波导末端，实现反射式AWG器件。这种采用纯介质微反射镜的设计可大大降低工艺复杂度，同时也使得AWG设计更为灵活，因此反射式硅纳米线AWG获得了广泛的关注[19～21]。

图3（a）是一种采用光子晶体微反射镜的反射式硅纳米线AWG[19]，其尺寸仅为134μm×115μm，各通道的测试频谱响应如图3（b）所示。除光子晶体微反射镜外，还可采用布拉格光栅反射镜[20]、环型微反射镜[21]等结构。理论上讲，这3种微反射镜可在较大的波长范围（>100 nm）内获得高反射率（>90%）。但需要注意的是，对于常用的厚度为220 nm的SOI光波导，由于其TM偏振模具有很强的倏逝场，因而很难实现可用于TM偏振的光子晶体（或布拉格光栅）反射镜。此时，可考虑采用具有合适弯曲半径的微腔反射镜。

图3 反射式AWG器件及频谱响应

2.1.2 微环谐振腔滤波器

微环谐振腔是一种可实现多种功能的经典集成光子器件，有add-drop型和all-pass型两种典型结构，广泛应用于光滤波、光调制等。对于光滤波应用，通常希望实现方型响应谱线的光滤波器，使之具有更大的容差，从而避免环境干扰所引起谐振波长漂移造成的不良影响。为实现方型滤波谱线，可采用多环级联结构，并精心设计各耦合器的耦合系数。例如，对于五环级联滤波器，各耦合系数分别为0.45、0.09、0.05、0.05、0.09、0.45[22]。其关键在于如何获得高达0.45的耦合系数。

在参考文献[22]中，采用的是多模干涉（MMI）耦合器。然而，其代价是引入了额外损耗、增加谐振腔长度（Lcav=2πR+2LMMI，致使其FSR变小），而且MMI耦合器的耦合系数是固定值，无法根据需要进一步调整。为克服这一问题，参考文献[23]引入了一种弯曲定向耦合器替代MMI耦合器，如图4所示。在这种结构中，应优化设计两条耦合波导宽度（W1、W2）使之满足位相匹配条件。此时，即便选取较大的耦合波导间距（如150 nm），也可通过增加耦合区长度来获得足够大的耦合系数。从图4（a）可见，谐振腔长Lcav=2πR，因而可获得FSR最大化（仅由最小弯曲半径决定）。

图4 弯曲定向耦合器[23]

图5 是双环、三环和五环谐振腔滤波器频谱响应测试结果及相应的仿真计算结果。很明显，随着级联微环个数的增加，其频谱响应曲线更趋近于方型，消光比也逐渐提升（分别达到25 dB、30 dB、36 dB）。由于耦合区域附加损耗几乎为0，所研制的多环谐振腔滤波器均具有很低的插入损耗（<1 dB）。

图5 多环谐振腔滤波器频谱响应测试结果及其仿真计算结果

2.2 偏振调控器件

偏振态是光波的一个重要属性。在平面光波导中，一般存在TE、TM两种偏振模式。对于硅纳米线光波导而言，由于硅和包层（空气或SiO2）存在巨大折射率差，其双折射效应极为显著[24]。因此，大多数硅纳米线光波导器件均具有非常严重的偏振敏感特性。另一方面，硅纳米线光波导的超强双折射效应也有利于实现超小尺寸片上偏振调控器件，包括起偏器、偏振分束器、偏振旋转器，可用于偏振复用系统、量子光学系统芯片等。下面着重介绍近年来发展的超小型硅基偏振调控器件。

2.2.1 起偏器

起偏器是实现线偏光的重要元件，一般可利用光波导中模场、本征损耗或者截止条件的偏振相关性来实现。

参考文献[25]提出了一种基于硅纳米线波导光栅的TM起偏器，如图6（a）所示。此波导光栅结构针对于TE偏振模而设计，使得TE模在1 550 nm波段具有高反射率（低透射率）特性。与之不同的是，TM偏振模由于其有效折射率远低于TE偏振模，从而可以一种“布洛赫模”的形式在周期型结构中低损耗传输。图6（b）是TE模、TM模入射时该起偏器透过率随周期数N的增加而变化的实验测试及理论仿真结果。结果表明，TM偏振模的插入损耗很小（仿真结果约为0.2 dB、实测结果<1 dB），且随着周期数的增加几乎不变。而对于TE偏振，其透过率随着周期数的增加而下降。当周期数N<20时，实测结果与仿真结果具有较好的一致性；当周期数继续增加至N=40时，TE偏振透过率的理论值<-60 dB，其实测结果约为-40 dB（原因是受测试系统中输入光偏振态消光比以及探测器灵敏度的限制）。

图6 所研制的起偏器及特性

除了常规硅纳米线波导，也可采用具有更强偏振相关性的混合表面等离子体波导。参考文献[26]提出一种基于顶部带有金属条的表面等离子体纳米波导光栅的TM型起偏器，如图7（a）所示。在该结构中，表面等离子体波导对TM偏振光形成很强的约束，使之沿这由金属条确定的表面等离子体波导传播，而几乎不受光栅结构的影响。因此，TM偏振模具有很高的透射率。与之不同的是，波导光栅对TE偏振模形成强烈的影响。因此，在其布拉格光栅波长附近的带宽范围内，TE偏振模具有高反射率、低透过率特性。图7（b）是不同入射偏振态情形下（TE或TM）所设计起偏器的透过谱。在此例中，相关参数为：金属条宽度为100 nm、光栅周期为430 nm、周期数为11，相应的器件长度约为4.8μm。从图7（b）可见，在中心波长1 550 nm处该起偏器消光比和插入损耗分别为22 dB和1.1 dB，而消光比>20 dB的带宽达约50 nm。

图7 TM型起偏器及特性

图8 基于波导光栅结构的TE型起偏器

类似的，采用波导光栅也同样可以实现TE型起偏器[27]，如图8所示。在该结构中，光栅结构是通过调制硅芯区与顶部金属薄膜之间SiO2薄膜的厚度来实现。很显然，该光栅可以针对TM偏振来设计，使之具有高反射率。相应地，对于TE偏振，该光栅结构几乎没有形成任何影响。根据布拉格光栅方程，当λ=1 550 nm时，光栅相关参数选取为：Lslot=400 nm、Lrib=220 nm。三维有限时域差分（FDTD）方法仿真结果表明，当取周期数P=5时，中心波长处的消光比和插损分别为18 dB和0.76 dB，可见该TE型起偏器具有良好的性能，而且器件尺寸仅约为3.1μm。

2.2.2 偏振分束器

偏振分束器（PBS）是偏振调制系统的关键器件，用于实现TE和TM偏振的分离。人们已经采用MMI、DC、MZI、光子晶体、AWG等多种结构以实现PBS[24]。其中，采用非对称耦合系统/结构是近几年新发展的一种实现PBS的新设计思路，特别以其超大带宽、超小尺寸、设计方便等突出优点而备受关注。其原理是：通过优化设计使得非对称耦合系统中两条波导的某一偏振模满足相位匹配条件，从而选取合适耦合区长度使之完全交叉耦合；而对于另一个偏振模，由于双折射效应，几乎总不满足相位匹配条件，因而可以很好地抑制其交叉耦合。由此可以很好地实现两个偏振模的有效分离。

基于这一思路，已有多种用于实现PBS的非对称耦合结构的报道，包括弯曲非对称耦合结构[28,29]、条形波导—狭缝波导耦合系统[30]、纯介质三波导非对称耦合系统等、基于混合等离子体波导的三波导耦合系统[31]及双波导耦合系统[32]，如图9所示。其中，由于硅基混合表明等离子体波导具有超高的双折射效应且与普通硅纳米线波导具有很大的差异性，因而有利于实现超小型PBS。例如，利用如图9（c）所示的三波导耦合系统可实现尺寸仅为2μm×5.1μm的超小型PBS[31]；而利用基于混合等离子体波导的双波导耦合系统可实现尺寸更小的PBS器件，其尺寸仅约为1.9μm×3.7μm[32]。

2.2.3 偏振旋转器

偏振旋转器（PR）同样是偏振调制系统的关键器件，用于实现平面波导中TE、TM模的相互转化。其实现原理通常是基于在非对称结构中混杂模式的干涉或者渐变演化的机制，具体结构一般可采用具有弯曲、倾斜侧壁或者缺角等特殊结构的光波导。参考文献[33]提出一种全新的超小型偏振旋转器设计。其结构非常简单，仅需去除方型光波导的一个边角，使其支持两个传播常数为β0、β1的混杂模式。当入射线偏振光入射后，将激发这两个混杂模式在缺角光波导中传输并发生干涉。经过一段传输距离Lπ=π/(β0-β1)后，即可实现偏振式转换。参考文献[33]给出的设计实例中，给出了一个长度仅为7μm的超小型偏振旋转器。之后的实验结果表明，基于这一设计的偏振旋转器具有优异性能：在约80 nm的波长范围内，其转换效率可达到-0.51 dB[34]。

图9 基于非对称耦合系统的新型PBS

参考文献[35]提出了一种基于缓变光波导中偏振相关模式演变原理实现偏振旋转的全新方案，如图10所示。此结构基于截面不对称的硅纳米线波导（如选取空气薄层或SiN薄层的SOI纳米线波导），由两部分组成：锥型缓变光波导及非对称耦合结构。在锥型缓变光波导区域，利用特定宽度区域存在杂化模式实现TM0→TE1高阶模的转换，继而通过非对称耦合结构将TE1模式耦合至相邻窄波导的TE0模式，从交叉端口输出。而当TE0模式从输入端口输入时，经过锥型缓变光波导区域时，不发生模式转化，因而仍以TE0模式进入非对称耦合结构，由于两条波导的基模存在显著相位失配，故几乎不发生耦合，最终从直通端输出。

由此可见，参考文献[35]所提出的新结构可同时实现偏振模式分离和转换，是一种偏振分束—转换器件（PSR），适用于很多偏振调控系统。仿真结果表明，该PSR器件带宽达70 nm（消光比>10 dB），波导宽度容差达-10～20 nm，并且通过选择更长的锥型缓变波导，还可进一步提升其带宽和工艺容差。特别是，该结构仅需一步刻蚀即可，设计简便、工艺简单，因而获得了广泛的关注。此外，除截面不对称的硅纳米线波导外，硅脊型纳米光波导也存在类似的模式演变（已被实验证明[36]），可用于偏振模转化器件。另一方面，在设计锥型缓变波导时，应注意这种可能存在的偏振模转换，防止由于这种偏振模转换导致的不良影响[36]。

图10 偏振旋转全新方案

2.3 模式复用器件

模式复用技术采用波导或光纤中不同的模式作为传输信息的通道，其关键器件之一是模式复用器，用于实现基模—高阶模间转换，并将所激发模式加载至干路波导实现多模式复用。模式复用器是近几年集成光子器件领域的研究热点，目前报道的实现方案主要有MMI结构[37]、绝热模式演变耦合结构[38,39]以及非对称耦合结构[40,41]等。其中，MMI型模式复用器结构较为复杂、不易于拓展模式通道数；绝热模式演变耦合型模式复用器设计较为灵活，主要有缓变非对称Y分支、缓变方向耦合器等结构，其缺点是器件整体很长。相比之下，非对称耦合结构尺寸较小、设计更为简单方便，且易于通过级联方式实现多通道模式复用器件。在性能方面，基于非对称耦合结构的模式复用器具有低串扰、低插损、大带宽等特点，获得了广泛关注。

图11 基于非对称耦合结构的模式复用器

参考文献[40]首次给出了一种基于非对称耦和结构的4通道硅纳米线模式复用器设计，如图11所示。该模式复用器由3个级联的非对称耦合器组成，各自激发相应的高阶模，不同宽度的波导之间通过缓变锥型波导相连。参考文献[41]研制了一个包含4×1模式复用器、干路多模波导以及1×4模式解复用器的芯片。图12是当输入光分别端口I1、I2、I3、I4入射时，各输出端口(O1～O4)的频谱响应。光从单模波导端口Ii（i=1、2、3、4）输入时，分别耦合至干路波导的某一个模式并传输一段距离之后，再从相应的输出端口输出。测试结果表明，各模式通道中心波长处的片上损耗（on-chip loss）<0.5 dB、串扰<-20 dB，并具有大带宽特性，使之具有良好的波分复用兼容性，有利于实现模式—波长混合复用技术。

3 混合复用器

3.1 偏振—模式混合复用器

图12 输出端口(O1～O4)的频谱响应

图13 偏振—模式混合复用器

为同时实现模式复用和偏振复用技术，参考文献[42]提出一种级联ADC型的偏振—模式混合复用器（如图13（a）所示）。该设计包括一个PBS（用于TE基模和TM基模）、3个用于高阶TE偏振模的ADC和3个用于高阶TM偏振模的ADC，由此获得4个TE偏振模（TE0、TE1、TE2、TE3)和4个TM偏振模（TM0、TM1、TM2、TM3)的复用或解复用。而为了进一步提高其性能，可以在解复用器的输出端引入起偏器，从而消除其偏振模串扰。例如，参考文献[43]中通过引入波导光栅起偏器，如图13（b）所示。在此设计中，该波导光栅不仅作为一个具有高消光比的起偏器，同时也可用作光纤—芯片耦合器。与参考文献[42]中结果相比，改进型8通道偏振—模式复用器的性能得到显著提高，各通道插入损耗<2 dB、串扰<-18 dB。

3.2 偏振—波长混合复用器

参考文献[44]给出了一种由双向型AWG波分复用器件和偏振分集系统组成的新型偏振—波长混合复用器，由此可以实现双倍的通道数，如图14（a）所示。偏振分集系统由一个基于弯曲耦合结构的PBS和一个基于缺角波导的PR组成，双向型AWG两侧均有N+1条波导（其中位于边缘的波导作为输入波导）。当N个波长（λ1,λ2,λ3,…,λN）、两个偏振态组成的2N通道光信号从输入端入射后，经过由PBS和PR组成的偏振分集系统得到两组偏振态均为TE偏振的信号（λ1,λ2,λ3,…,λN）。这两组光信号分别进入双向型AWG两个输入端口，各波长通道进而由AWG分开，从相应的输出端口输出，即实现双偏振的波分解复用。图14（b）为各通道的频谱响应，其中实线、虚线分别为TE偏振、TM偏振输出通道的测试结果。由于这两组信号共用同一个AWG，通道中心波长自动对准，避免了使用两个AWG存在中心波长难以对准的问题。

3.3 波长—模式混合复用器

图14 所研制偏振—波长混合复用器及测试结果

将多模式、多波长结合起来可以实现一种波分—模式混合复用技术，其关键器件是波长—模式混合复用—解复用器。参考文献[45]给出了由一个基于级联ADC结构的4通道模式解复用器和4个16通道AWG组成的波长—模式混合解复用器，如图15所示。其中，4个AWG具有相同的设计，其波长通道间隔均为3.2 nm。当4个模式（TM0、TM1、TM2和TM3）、16个波长携带的64通道光信号入射后，首先被4通道模式解复用器分成4组（每组均含有16个波长通道），从模式解复用器的4条单模输出波导出射，各自进入一个AWG波分解复用器并被分开，从其输出端口输出。图16是光信号分别从输入端口I1、I2、I3和I4入射时所有64个输出端口处的频谱响应，由上到下依次为AWG#1、AWG#2、AWG#3、AWG#4。由图16可见，光信号从端口Ii（i=1～4）入射时主要从第i个AWG的端口输出，而AWG #j（j≠i）端口的出射光功率为-25～-16 dB，主要是由1×4模式解复用器中模式通道串扰引入。由于基于级联ADC结构的4通道模式解复用器具有大带宽特性，该波长—模式混合解复用器的输出频谱响应与单个AWG相似。

图15 64通道波分—模式复用器示意

图16 测试结果

参考文献[46]提出一种基于N×N双向型AWG的新型设计。在这种设计中，一个N×N双向型AWG等效于2个完全一样的1×N AWG，显著减少了所需AWG数量及其所占面积，同时也降低了多个AWG器件波长对准的复杂度。例如，图17是一个基于波长—模式混合复用的芯片，包含从4×1模式复用器、多模波导到波长—模式混合解复用器的整个链路。其中，波长—模式混合解复用器由一个1×4模式解复用器、2个17×17双向型AWG（16个波长通道）构成，模式复用/解复用器仍采用级联非对称耦合结构。实验测试结果表明，波分—模式复用器的模式解复用器部分引入的模式通道间串扰<-20 dB，而AWG波分复用器部分引入的波长通道间串扰约为-14 dB（与同一芯片上的单个AWG性能相似）。可见，通过多模式、多波长的形式，可以显著提升可用通道数，为获得超大容量光通信/光互连链路提供有效途径。

图17 波长—模式混合复用链路

4 结束语

波分复用、偏振复用、模式复用等复用技术是实现光通信/光互连链路容量低成本扩增的有效技术，受到广泛关注，特别是新近发展的模式复用技术，而将多种复用技术有机融合起来实现多维混合复用技术是未来发展趋势。高性能复用—解复用器件是实现这些复用技术的关键。本文着重总结回顾了基于硅纳米线光波导的超小型复用—解复用器件方面的最新进展，包括波分复用器件、偏振调控器件、模式复用器件以及模式—偏振、偏振—波长、波长—模式混合复用器件等。从目前结果来看，单元器件研究已经取得较好成效，大多具有超小尺寸、性能优良的特点，但仍需进一步提升，从而达到实用化性能要求。在单元器件不断完善的基础上，由于硅纳米线光波导器件具有超小尺寸特征，也有望获得多功能器件的大规模集成，这也正是光子集成发展的大势所趋。

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