模式转换和模式复用器是未来光通信和光互连技术中的核心器件，近年来已发展成为集成光子学的研究热点之一。现有的模式转换技术包括相位匹配、光束整形和相干散射。目前报道的相关器件，如定向耦合器、非对称Y分支、多通道分支波导、及基于光栅或光子晶体的器件等等，都有自身的优缺点，很难兼顾全转换效率、器件尺寸，制作所需分辨率及制作容差。
武汉光电国家实验室光电子器件与集成功能实验室的陈代高博士生在武汉邮科院肖希博士和光电实验室刘文教授共同指导下，提出基于光束整形的级联分段式波导结构的模式转换器。利用粒子群算法分两步对器件的结构进行优化，将器件分为多段，再用插值法优化器件外形和结构参数，最终使高阶模的各个分量经过不同的有效长度后达到相同的相位，实现高阶模和基模的转换。根据转换前后模式之间宇称奇偶性的异同，分别设计了非对称或对称结构的模式转换器。此外，还通过高阶模向基模的映射过渡，实现了各阶模式之间的任意转换。设计的各个器件在1520nm 至1580nm的平均转化效率均大于97.5%（-0.11dB），而且工艺容差大，在波导宽度和高度变化范围分别为±50nm和±20nm的情况下都能保证良好的性能指标。
　　2015年5月4日，美国光学学会期刊Optics Express（Vol. 23, Issue 9, pp. 11152-11159）发表了该项研究成果“ 具备高工艺容差的宽带低损耗模式转换器”（Low-loss and fabrication tolerant silicon modeorder　converters based on novel compact tapers）。

　　该项研究工作得到国家“ 863计划”（No. 2011AA010304、No. 2011AA010306）的资助。

　　　　图　通过高阶模转换为基模实现各高阶模之间的转换

文章链接：https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-23-9-11152