Siliciumfotonicapassieve componenten
Er zijn verschillende belangrijke passieve componenten in siliciumfotonica. Een daarvan is een oppervlakte-emitterende traliekoppelaar, zoals weergegeven in figuur 1A. Deze bestaat uit een sterk tralie 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 aan de vezel. Traliekoppelaars zijn enigszins uniek voor siliciumfotonica omdat ze een hoog verticaal indexcontrast vereisen. Als u bijvoorbeeld een traliekoppelaar probeert te maken in een conventionele InP-golfgeleider, lekt het licht rechtstreeks in het substraat in plaats van verticaal te worden uitgezonden, omdat de traliegolfgeleider een lagere gemiddelde brekingsindex heeft dan het substraat. Om het in de InP te laten werken, moet er materiaal onder het tralie worden uitgegraven om het te laten zweven, 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 rasterelektronenmicroscoopbeelden (SEM) van een zwevende cantilever-roosterkoppelaar in InP.
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 in een modus van ongeveer 10 × 10 μm2 in de vezel. Een typische aanpak is het gebruik van een structuur genaamd de inverse taper, waarbij de golfgeleider geleidelijk versmalt tot een kleine punt, wat resulteert in een aanzienlijke uitzetting van deoptischMode patch. Deze modus kan worden vastgelegd door een zwevende glazen golfgeleider, zoals weergegeven in figuur 2. Met een dergelijke SSC kan een koppelingsverlies van minder dan 1,5 dB gemakkelijk worden bereikt.
Figuur 2: Patroongrootteconverter 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 polarisatiebundelsplitter. Enkele voorbeelden van polarisatiesplitters worden getoond in Figuur 3. De eerste is een Mach-Zender-interferometer (MZI), waarbij elke arm een verschillende dubbelbreking heeft. De tweede is een eenvoudige richtingskoppelaar. De vormdubbelbreking van een typische siliciumdraadgolfgeleider is zeer hoog, waardoor transversaal magnetisch (TM) gepolariseerd licht volledig kan worden gekoppeld, terwijl transversaal elektrisch (TE) gepolariseerd licht bijna kan worden ontkoppeld. 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 op de voortplantingsrichting van de golfgeleider staan, worden gekoppeld aan de bijbehorende 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. Dat wil zeggen 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.
Plaatsingstijd: 16-07-2024