Siliciumfotonicapassieve componenten
In siliciumfotonica zijn er verschillende belangrijke passieve componenten. Een daarvan is een oppervlakte-emitterende roosterkoppelaar, zoals weergegeven in figuur 1A. Deze 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, wat ideaal is voor metingen op waferniveau en/of koppeling met de vezel. Roosterkoppelaars zijn enigszins uniek voor siliciumfotonica, omdat ze een hoog verticaal indexcontrast vereisen. Als je bijvoorbeeld een roosterkoppelaar probeert te maken in een conventionele InP-golfgeleider, lekt het licht direct in het substraat in plaats van verticaal te worden uitgezonden, omdat de roostergolfgeleider een lagere gemiddelde brekingsindex heeft dan het substraat. Om het in InP te laten werken, moet er materiaal onder het rooster worden uitgehold om het op te hangen, zoals weergegeven in figuur 1B.
Figuur 1: oppervlakte-emitterende eendimensionale roosterkoppelaars 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 scanningelektronenmicroscoop (SEM)-afbeeldingen van een InP-roosterkoppelaar met zwevende cantilever.
Een ander belangrijk onderdeel is de spot-size converter (SSC) tussen deoptische golfgeleideren de vezel, die een modus van ongeveer 0,5 × 1 μm² in de siliciumgolfgeleider omzet naar een modus van ongeveer 10 × 10 μm² in de vezel. Een typische aanpak is het gebruik van een structuur die de inverse taps toelopende vorm wordt genoemd, waarbij de golfgeleider geleidelijk smaller wordt tot een kleine punt, wat resulteert in een aanzienlijke verbreding van deoptischemoduspatch. Deze modus kan worden opgevangen door een zwevende glazen golfgeleider, zoals weergegeven in figuur 2. Met een dergelijke SSC is een koppelingsverlies van minder dan 1,5 dB gemakkelijk te bereiken.
Figuur 2: Patroongrootteomzetter voor siliciumdraadgolfgeleiders. Het siliciummateriaal vormt een omgekeerde conische structuur in de zwevende glazen golfgeleider. Het siliciumsubstraat is onder de zwevende glazen golfgeleider weggeëtst.
De belangrijkste passieve component is de polarisatiebundelsplitser. 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 richtingskoppelaar. De vormdubbele breking van een typische siliciumdraadgolfgeleider is zeer hoog, waardoor transversaal magnetisch (TM) gepolariseerd licht volledig kan worden gekoppeld, terwijl transversaal elektrisch (TE) gepolariseerd licht vrijwel niet kan worden gekoppeld. De derde is een roosterkoppelaar, waarbij de vezel onder een hoek is geplaatst, zodat TE-gepolariseerd licht in de ene richting wordt gekoppeld en TM-gepolariseerd licht in de andere. De vierde is een tweedimensionale roosterkoppelaar. Vezelmodi waarvan de elektrische velden loodrecht staan op de voortplantingsrichting van de golfgeleider, worden gekoppeld aan de corresponderende 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 roosterkoppelaars is dat ze fungeren als polarisatierotatoren, wat betekent dat al het licht op de chip dezelfde polarisatie heeft, maar dat er twee orthogonale polarisaties in de vezel worden gebruikt.
Figuur 3: Meervoudige polarisatiesplitsers.
Geplaatst op: 16 juli 2024