近日，华中科技大学张新亮团队以《On-chip photonic spatial-temporal descrambler》为题在 Chip 上发表研究论文，报道了一种可同时进行时间和空间维度解扰的全光解扰器，第一作者为张文凯博士，通讯作者为周海龙副教授。

作为光纤通信系统中补偿信号串扰不可或缺的部分，传统数字多入多出（MIMO）信号处理器面临计算复杂度高、功耗大和处理速度相对较低等挑战。光学器件具有低延迟、低功耗、大带宽等优势，全光MIMO的方案被提出来解决这些限制。然而，现有的光学MIMO方案都局限于空间维度，忽略了时间维度。由于不同模式的信号在光纤中传输存在速度差异（群延时），从而引起模间色散，实际通信系统中不可避免的存在时间维度的串扰。

因此，作者设计了一种四通道光子时间-空间解扰器芯片，并使用25 Gbps的OOK信号实验验证了其MIMO功能。输入信号会先经过两个由定向耦合器构成的空间串扰单元以及它们之间的延时单元，从而引入时空串扰。解扰器则由两个基于MZI网格的4×4光学酉矩阵单元，以及具有不同长度的光学延迟线组成，分别用于空间解耦和延迟补偿（图1）。借助我们以往工作中所使用的梯度下降算法，该解扰器可以被优化到目标状态，且无需任何内部信息。图2为单通道时空解扰的优化过程及实验结果，随着迭代的进行，输出信号的消光比和波形将逐渐得到优化。图3展示了四通道解扰的实验结果，该解扰器不仅可以补偿信号的时空串扰，还可以通过配置MZI网络中各个热电极的电压，实现对信号不同路由状态的切换。本研究首次将光学解扰的范围拓展到时间维度，为实现全光MIMO信号处理提供了新的机会。

图1 全光时空解扰器原理图，光电封装后的芯片及其显微镜图

图2 单通道时空解扰的优化过程及实验结果

图3 四通道时空解扰的实验结果