Siliciumfotonikpassive komponenter
Der er flere vigtige passive komponenter i siliciumfotonik. En af disse er en overfladeemitterende gitterkobler, som vist i figur 1A. Den består af et stærkt gitter i bølgelederen, hvis periode er omtrent lig med bølgelængden af lysbølgen i bølgelederen. Dette gør det muligt for lyset at blive udsendt eller modtaget vinkelret på overfladen, hvilket gør den ideel til målinger på waferniveau og/eller kobling til fiberen. Gitterkoblere er noget unikke for siliciumfotonik, idet de kræver høj vertikal indekskontrast. Hvis man for eksempel forsøger at lave en gitterkobler i en konventionel InP-bølgeleder, lækker lyset direkte ind i substratet i stedet for at blive udsendt vertikalt, fordi gitterbølgelederen har et lavere gennemsnitligt brydningsindeks end substratet. For at det skal fungere i InP, skal materiale udgraves under gitteret for at ophænge det, som vist i figur 1B.
Figur 1: Overfladeemitterende endimensionelle gitterkoblere i silicium (A) og InP (B). I (A) repræsenterer grå og lyseblå henholdsvis silicium og silica. I (B) repræsenterer rød og orange henholdsvis InGaAsP og InP. Figur (C) og (D) er scanningselektronmikroskopbilleder (SEM) af en InP-ophængt cantilever-gitterkobler.
En anden nøglekomponent er spotstørrelseskonverteren (SSC) mellemoptisk bølgelederog fiberen, som konverterer en tilstand på omkring 0,5 × 1 μm2 i siliciumbølgelederen til en tilstand på omkring 10 × 10 μm2 i fiberen. En typisk fremgangsmåde er at bruge en struktur kaldet den inverse konus, hvor bølgelederen gradvist indsnævres til en lille spids, hvilket resulterer i en betydelig udvidelse afoptiskmode patch. Denne mode kan opfanges af en ophængt glasbølgeleder, som vist i figur 2. Med en sådan SSC opnås et koblingstab på mindre end 1,5 dB let.
Figur 2: Mønsterstørrelseskonverter for siliciumtrådbølgeledere. Siliciummaterialet danner en omvendt konisk struktur inde i den ophængte glasbølgeleder. Siliciumsubstratet er blevet ætset væk under den ophængte glasbølgeleder.
Den vigtigste passive komponent er polarisationsstråledeleren. Nogle eksempler på polarisationsdelere er vist i figur 3. Den første er et Mach-Zender-interferometer (MZI), hvor hver arm har en forskellig dobbeltbrydning. Den anden er en simpel retningsbestemt kobler. Formdobbeltbrydningen af en typisk siliciumtrådbølgeleder er meget høj, så transversalt magnetisk (TM) polariseret lys kan kobles fuldt ud, mens transversalt elektrisk (TE) polariseret lys kan være næsten afkoblet. Den tredje er en gitterkobler, hvor fiberen er placeret i en vinkel, så TE-polariseret lys er koblet i den ene retning, og TM-polariseret lys er koblet i den anden. Den fjerde er en todimensionel gitterkobler. Fibertilstande, hvis elektriske felter er vinkelrette på bølgelederudbredelsesretningen, er koblet til den tilsvarende bølgeleder. Fiberen kan vippes og kobles til to bølgeledere eller vinkelret på overfladen og kobles til fire bølgeledere. En yderligere fordel ved todimensionelle gitterkoblere er, at de fungerer som polarisationsrotatorer, hvilket betyder, at alt lys på chippen har den samme polarisering, men to ortogonale polarisationer anvendes i fiberen.
Figur 3: Multiple polarisationsdelere.
Opslagstidspunkt: 16. juli 2024