Пассивные компоненты кремниевой фотоники

Кремниевая фотоникапассивные компоненты

В кремниевой фотонике есть несколько ключевых пассивных компонентов. Одним из них является соединитель с решеткой поверхностного излучения, как показано на рисунке 1А. Он состоит из прочной решетки в волноводе, период которой примерно равен длине световой волны в волноводе. Это позволяет излучать или принимать свет перпендикулярно поверхности, что делает его идеальным для измерений на уровне пластины и/или связи с волокном. Решетчатые ответвители уникальны для кремниевой фотоники тем, что требуют высокого контраста по вертикали. Например, если вы попытаетесь сделать решетчатый ответвитель в обычном волноводе InP, свет будет просачиваться непосредственно в подложку, а не излучаться вертикально, поскольку решетчатый волновод имеет более низкий средний показатель преломления, чем подложка. Чтобы это работало в InP, под решеткой необходимо выкопать материал, чтобы подвесить его, как показано на рисунке 1B.


Рисунок 1: одномерные решетчатые соединители с поверхностной эмиссией из кремния (A) и InP (B). В (А) серый и голубой цвета обозначают кремний и кремнезем соответственно. На (B) красный и оранжевый цвета обозначают InGaAsP и InP соответственно. Рисунки (C) и (D) представляют собой изображения с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) соединителя с подвесной консольной решеткой из InP.

Еще одним ключевым компонентом является преобразователь точечного размера (SSC) междуоптический волноводи волокно, которое преобразует моду размером около 0,5 × 1 мкм2 в кремниевом волноводе в моду размером около 10 × 10 мкм2 в волокне. Типичный подход заключается в использовании структуры, называемой обратным конусом, в которой волновод постепенно сужается до небольшого кончика, что приводит к значительному расширению волновода.оптическийпатч режима. Эту моду можно уловить с помощью подвешенного стеклянного волновода, как показано на рисунке 2. С помощью такого SSC легко достигаются потери связи менее 1,5 дБ.

Рисунок 2: Конвертер размеров диаграммы направленности для кремниевых проводных волноводов. Кремниевый материал образует инверсно-коническую структуру внутри подвешенного стеклянного волновода. Кремниевая подложка вытравлена ​​под подвешенным стеклянным волноводом.

Ключевым пассивным компонентом является поляризационный светоделитель. Некоторые примеры разделителей поляризации показаны на рисунке 3. Первый из них — интерферометр Маха-Цендера (MZI), где каждое плечо имеет различное двойное лучепреломление. Второй — простой направленный соединитель. Двулучепреломление формы типичного кремниевого проводного волновода очень велико, поэтому свет с поперечной магнитной (TM) поляризацией может быть полностью связан, тогда как свет с поперечной электрической (TE) поляризацией может быть практически разобщен. Третий представляет собой решетчатый ответвитель, в котором волокно расположено под углом так, что свет, поляризованный TE, передается в одном направлении, а свет, поляризованный TM, - в другом. Четвертый – двумерная решетчатая стяжка. Моды волокна, электрические поля которых перпендикулярны направлению распространения волновода, связаны с соответствующим волноводом. Волокно можно наклонить и соединить с двумя волноводами или перпендикулярно поверхности и соединить с четырьмя волноводами. Дополнительным преимуществом двумерных решетчатых соединителей является то, что они действуют как вращатели поляризации, а это означает, что весь свет на чипе имеет одинаковую поляризацию, но в волокне используются две ортогональные поляризации.

Рисунок 3: Несколько разветвителей поляризации.


Время публикации: 16 июля 2024 г.