在光纤通信容量逼近传统复用技术极限的背景下，空分复用技术通过开发新的空间维度，被视为突破传输瓶颈的关键路径。然而，其实用化进程长期受限于关键互连器件的复杂性与体积，在集成度、带宽和制造成本上面临严峻挑战。针对这一核心瓶颈，上海交通大学杜江兵教授、何祖源教授团队提出了一种反射式超表面连接器方案，极大地简化了制造流程并降低了成本，并实现了低至-2.9 dB的插入损耗和覆盖S、C、L、U波段的120 nm带宽，支撑了160 Gb/s的高速信号传输。这项工作为空分复用系统提供了一种高性能、高集成度且适合大规模生产的关键器件解决方案，对推动未来超高容量光通信与高密度光子集成技术的发展具有重要价值。
——陈杨教授，中国科学技术大学，Photonics Research青编委
为解决波分复用等传统复用技术容量已达极限的问题，空分复用技术通过增加光纤的空间信道数量，在多路空间上同时传输信号以进一步提高光纤的传输容量，其主要依赖多芯光纤、少模光纤、多芯少模光纤等传输介质。这些光纤需要额外的空分复用/解复用器件与单模光纤连接，例如扇入扇出连接器，模式复用器等。而多芯光纤能够以空分复用的概念提高单根光纤单位面积上的集成密度，是未来一个重要的光纤发展方向。
多芯光纤扇入扇出器件是实现单芯光纤与多芯光纤高效耦合的关键。目前已有的多芯光纤扇入扇出方案有熔融拉锥、透镜耦合、光纤束和聚合物波导耦合等。其中，熔融拉锥、光纤束和聚合物波导耦合成本较高且难以规模化生产，而传统的透镜耦合需要用到多组准直透镜，对准操作复杂且系统体积更为庞大。现有扇入扇出器件体积较大，难以满足光电子器件集成化的需求，导致其小型化进展缓慢，相关报道也十分有限。
为此，CIP杜江兵教授小组提出了一种基于超表面的反射式空分复用器件，在石英基底两侧分别加工超表面和反射镜，通过一次反射可以使入射光在同一个界面上受到两次调制。相关研究成果以“Reflective metasurface connector for high-density and wideband space-division-multiplexing”为题发表于Photonics Research 2025年第12期，被遴选为封面文章，第一作者为博士生赵鹏九。
超表面是一种由亚波长微结构以一定周期排列形成的平面光学器件，可以调控光的振幅、相位、偏振等属性，具有较小的体积，同时具有良好的透过率和调制效率。传统的超表面器件多为单层，光经过时仅受一次调制。目前已发展出在基底两侧加工的双面结构或采用级联的多层结构，这些方案能有效提高器件调制能力，并实现更复杂的复合功能。但由于目前双层超表面器件加工工艺复杂且困难，而级联超表面系统需要额外的对准步骤，相比之下，该团队提出的反射式超表面器件既可以避免双层超表面器件加工时的对准、翻转步骤，只需进行一次曝光，又可以避免级联超表面在系统组装时的对准步骤，是一种对于大规模流片来说成本友好型的方案。该方案只需要进行一次超表面加工工艺，在生产时间和工艺步骤上均能得到简化，并显著降低了工艺难度。按该方案设计加工得到的超表面连接器，实验测得的最小插损为-2.9 dB（@1598.24 nm），器件的3 dB带宽可达120 nm，可以覆盖S、C、L、U波段，并通过实验验证了对160 Gb/s高速信号传输的支持。
“该创新器件实现了超表面器件在扇入扇出功能上的应用，给予其集成化的前景。器件的有效区域能够被精确制造并在适配标准光纤阵列的小尺寸下运行，其光场调控功能也符合设计，调控后几乎对信号质量不产生影响。”通信作者杜江兵教授表示，“该器件设计简便，工艺也相对简单，具有较大的规模化生产潜力。相关技术已申请发明专利。同时该设计理念也为在将来更高密度三维堆叠的光芯片组的片间、层间互联提供了可能路径。”
转自：SJTU光纤国重公众号
