近日，我校微纳光电子学研究院雷霆教授、欧洲科学院院士袁小聪教授团队在超高容量光通信领域取得重大突破，首创覆盖O+E+S+C+L+U全波段的超宽带模式复用系统。该系统的核心器件—模式复用器，实现了超过420 nm的创纪录工作带宽，为下一代超高速光通信系统奠定了关键技术基础。相关研究成果以“Ultra-wideband optical diffractive network for mode multiplexing across the entire telecommunication range”为题，发表于《Nature》旗下综合性顶级期刊《Nature Communications》。https://doi.org/10.1038/s41467-025-66929-9
图1. 超宽带模式复用通信传输系统示意图
1、背景简介
随着全球数据流量爆发式增长，光纤通信容量面临严峻挑战。当前，提升容量主要依赖两大技术路径：一是拓展频谱带宽，即发展超宽带波分复用技术，将传输波段从C/L波段扩展至O、E、S、U波段；二是扩展空间维度，发展空分复用技术，尤其是模式复用，即在一根光纤中并行传输多个光模式。然而，现有模式复用器件大多局限于C+L等单个或少数波段范围，无法匹配超宽带波分系统的频谱资源，导致“波长”与“模式”两大维度难以充分协同，成为制约通信容量大幅提升的关键瓶颈。开发一种能在全波段高效工作的模式复用器，是实现超宽带空分复用的核心挑战和前沿焦点。
2、内容提要
针对上述挑战，研究团队提出基于端到端逆向设计的超宽带多层光衍射网络，研制出超宽带模式复用器，该器件在超过420 nm的带宽内实现了高模式纯度与低串扰，并与商用少模光纤良好兼容。团队在直接检测（O/E/U波段）和相干检测（S/C/L波段）等多种典型通信场景下成功完成了信号传输实验，全面证明了该技术的实用性和普适性。
该研究首次实现覆盖标准光纤低损耗窗口所有传输带的模式复用，突破传统器件的带宽设计，为超宽带光子器件开发提供了新范式，推动模式复用技术从“窄带专用”迈向“超宽带通用”的新阶段，为未来构建吞吐量再上新台阶的超大容量光通信系统奠定了关键基础。
我校微纳光电子学研究院纳米光子学研究中心孔阿茹博士与南京信息工程大学任建新教授为共同第一作者，袁小聪教授、雷霆教授与南京信息工程大学刘博教授为共同通讯作者。深圳大学为论文第一完成单位和第一通讯单位。该研究得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究重大项目、科技部重点研发计划、深圳市科创委、深圳大学2035项目的支持。
撰稿：李光 审核：关欣蕊
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