Silicium fotonicapassieve componenten
Er zijn verschillende belangrijke passieve componenten in siliciumfotonica. Eén daarvan is een oppervlakte-emitterende roosterkoppeling, zoals weergegeven in figuur 1A. Het bestaat uit een sterk rooster in de golfgeleider waarvan de periode ongeveer gelijk is aan de golflengte van de lichtgolf in de golfgeleider. Hierdoor kan het licht loodrecht op het oppervlak worden uitgezonden of ontvangen, waardoor het ideaal is voor metingen op waferniveau en/of koppeling met de vezel. Roosterkoppelingen zijn enigszins uniek voor siliciumfotonica omdat ze een hoog verticaal indexcontrast vereisen. Als u bijvoorbeeld probeert een roosterkoppeling te maken in een conventionele InP-golfgeleider, lekt het licht rechtstreeks in het substraat in plaats van verticaal te worden uitgezonden, omdat de roostergolfgeleider een lagere gemiddelde brekingsindex heeft dan het substraat. Om het in de InP te laten werken, moet er materiaal onder het rooster worden uitgegraven om het op te hangen, zoals weergegeven in figuur 1B.
Figuur 1: oppervlakte-emitterende eendimensionale roosterkoppelingen in silicium (A) en InP (B). In (A) vertegenwoordigen grijs en lichtblauw respectievelijk silicium en silica. In (B) vertegenwoordigen rood en oranje respectievelijk InGaAsP en InP. Figuren (C) en (D) zijn scanning-elektronenmicroscoopbeelden (SEM) van een InP hangende vrijdragende roosterkoppeling.
Een ander belangrijk onderdeel is de spot-size converter (SSC) tussen deoptische golfgeleideren de vezel, die een modus van ongeveer 0,5 x 1 μm2 in de siliciumgolfgeleider omzet naar een modus van ongeveer 10 x 10 μm2 in de vezel. Een typische benadering is het gebruik van een structuur die de inverse taper wordt genoemd, waarbij de golfgeleider geleidelijk smaller wordt tot een kleine punt, wat resulteert in een aanzienlijke uitbreiding van de golfgeleider.optischmodus-patch. Deze modus kan worden vastgelegd door een hangende glazen golfgeleider, zoals weergegeven in figuur 2. Met een dergelijke SSC wordt een koppelverlies van minder dan 1,5 dB gemakkelijk bereikt.
Figuur 2: Patroongrootteconvertor voor golfgeleiders van siliciumdraad. Het siliciummateriaal vormt een omgekeerde conische structuur binnen de hangende glazen golfgeleider. Het siliciumsubstraat is weggeëtst onder de hangende glazen golfgeleider.
De belangrijkste passieve component is de polarisatiebundelsplitter. Enkele voorbeelden van polarisatiesplitsers worden getoond in Figuur 3. De eerste is een Mach-Zender-interferometer (MZI), waarbij elke arm een andere dubbele breking heeft. De tweede is een eenvoudige richtkoppeling. De dubbele breking van de vorm van een typische golfgeleider met siliciumdraad is zeer hoog, dus transversaal magnetisch (TM) gepolariseerd licht kan volledig worden gekoppeld, terwijl transversaal elektrisch (TE) gepolariseerd licht vrijwel kan worden ontkoppeld. De derde is een roosterkoppeling, waarbij de vezel onder een hoek wordt geplaatst, zodat TE-gepolariseerd licht in de ene richting wordt gekoppeld en TM-gepolariseerd licht in de andere richting wordt gekoppeld. De vierde is een tweedimensionale roosterkoppeling. Vezelmodi waarvan de elektrische velden loodrecht staan op de voortplantingsrichting van de golfgeleider, worden gekoppeld aan de overeenkomstige golfgeleider. De vezel kan worden gekanteld en gekoppeld aan twee golfgeleiders, of loodrecht op het oppervlak en gekoppeld aan vier golfgeleiders. Een bijkomend voordeel van tweedimensionale roosterkoppelingen is dat ze fungeren als polarisatierotators, wat betekent dat al het licht op de chip dezelfde polarisatie heeft, maar dat er in de vezel twee orthogonale polarisaties worden gebruikt.
Figuur 3: Meerdere polarisatiesplitters.
Posttijd: 16 juli 2024