余长源相关研究成果介绍④：想把板间光互连做密就不能只靠普通高斯光束

想把板间光互连做密就不能只靠普通高斯光束

一、研究背景与问题提出

这篇论文讨论的是自由空间板间光互连里的一个老难题。为了把更多光通道压进有限空间，光束最好尽量细；但只要传输距离一拉长，普通高斯光束又会明显发散，束斑变大之后通道间距就很难继续压缩。

作者把这个矛盾说得很直接：在给定互连距离下，既想束斑小，又想发散小，对传统高斯光束来说基本是互相冲突的。因此，想真正提高板间高密度光互连能力，必须换一种光束组织方式，而不是继续围着普通准直光束做微调。

二、核心方法与关键机制

论文提出使用伪无衍射光束阵列来做高密度自由空间互连，这套思路的直接落点就是高密度光互连。所谓伪无衍射，并不是光束永远不散，而是在目标传播距离内尽量保持中心主瓣尺寸稳定，从而同时兼顾小束斑和小发散。

为了把这种光束做成高密度阵列，作者进一步引入叠加体全息方案。由于多个伪无衍射光束在空间上会有部分重叠，普通表面衍射元件不适合直接叠加，而体全息结构能够利用角度和波长选择性分别重建不同光束，从而支持更高的阵列密度。

论文核心方法图：传统高斯光束板间互连与伪无衍射光束阵列互连在束斑尺寸、发散程度和封装密度上的差异比较。

三、实验结果与结论

实验表明，作者构造的伪无衍射光束在四十厘米传播距离内仍能把中心光斑维持在约九十五微米量级，并把相邻通道中心距压到二百五十微米，显著优于相同距离下的普通高斯光束互连方案。

论文还给出了阵列重建和串扰测量结果，说明这种高密度排布并不是只在概念图里成立，而是在实际体全息重建之后仍然具备可用的信号分离度。

四、研究价值与启示

这项工作的价值在于，它为高密度自由空间光互连提供了一种真正突破传统束斑限制的思路。尤其重要的是，较小的中心主瓣还减少了接收端对聚焦透镜的依赖，使封装设计变得更简单。

从方法论上看，这篇论文说明很多系统瓶颈并不一定来自器件本身，而可能来自大家默认使用的物理载体。只要把光束形态本身重新设计，原本互相冲突的封装密度和传播稳定性就有机会同时改善。

作者简介

余长源，香港理工大学电子及资讯工程学系光子信息系统讲座教授、博士生导师，香港理工大学晋江技术创新研究院院长，Optica/OSA Fellow，IEEE Senior Member。主要研究方向包括光子器件、光子子系统、光纤通信与传感系统及生物医学仪器，聚焦光通信信号处理、光纤感测与光电系统应用等问题。

ORCID：0000-0002-3185-0441

DOI：10.1016/S0030-4018(00)00583-6