Кремниевая фотоникапассивные компоненты
В кремниевой фотонике существует несколько ключевых пассивных компонентов. Одним из них является поверхностно-излучающий решетчатый соединитель, как показано на рисунке 1А. Он состоит из мощной решетки в волноводе, период которой приблизительно равен длине волны светового излучения 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 соединители несколько уникальны для кремниевой фотоники тем, что требуют высокого вертикального контраста показателей преломления. Например, если попытаться создать решетчатый соединитель в обычном волноводе из InP, свет будет просачиваться непосредственно в подложку, а не излучаться вертикально, поскольку волновод с решеткой имеет более низкий средний показатель преломления, чем подложка. Для того чтобы он работал в InP, необходимо выдолбить материал под решеткой для ее подвешивания, как показано на рисунке 1B.
Рисунок 1: одномерные решетчатые соединители с поверхностным излучением в кремнии (A) и InP (B). На рисунке (A) серый и светло-голубой цвета представляют кремний и диоксид кремния соответственно. На рисунке (B) красный и оранжевый цвета представляют InGaAsP и InP соответственно. Рисунки (C) и (D) — изображения подвесного консольного решетчатого соединителя из InP, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ).
Еще одним ключевым компонентом является преобразователь размера пятна (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.оптическийМодальный патч. Этот мод может быть захвачен с помощью подвешенного стеклянного волновода, как показано на рисунке 2. С таким SSC легко достигается потеря связи менее 1,5 дБ.
Рисунок 2: Преобразователь размера рисунка для кремниевых проволочных волноводов. Кремниевый материал образует инвертированную коническую структуру внутри подвешенного стеклянного волновода. Кремниевая подложка была вытравлена под подвешенным стеклянным волноводом.
Ключевым пассивным компонентом является поляризационный разделитель лучей. Некоторые примеры поляризационных разделителей показаны на рисунке 3. Первый — это интерферометр Маха-Цендера (MZI), где каждое плечо имеет различное двулучепреломление. Второй — это простой направленный ответвитель. Двулучепреломление формы типичного кремниевого проволочного волновода очень велико, поэтому поперечно-магнитно (TM) поляризованный свет может быть полностью связан, в то время как поперечно-электрически (TE) поляризованный свет может быть практически не связан. Третий — это решетчатый ответвитель, в котором волокно расположено под углом так, что TE-поляризованный свет связан в одном направлении, а TM-поляризованный свет — в другом. Четвертый — это двумерный решетчатый ответвитель. Моды волокна, электрические поля которых перпендикулярны направлению распространения в волноводе, связаны с соответствующим волноводом. Волокно может быть наклонено и связано с двумя волноводами или перпендикулярно поверхности и связано с четырьмя волноводами. Дополнительным преимуществом двухмерных решетчатых соединителей является то, что они действуют как поляризационные ротаторы, то есть весь свет на чипе имеет одинаковую поляризацию, но в волокне используются две ортогональные поляризации.
Рисунок 3: Многополяризационные разветвители.
Дата публикации: 16 июля 2024 г.