Silicium fotonikpassive komponenter
Der er flere vigtige passive komponenter i siliciumfotonik. En af disse er en overflade-emitterende gitterkobling, som vist i figur 1A. Den består af et kraftigt gitter i bølgelederen, hvis periode er omtrent lig med bølgelængden af lysbølgen i bølgelederen. Dette tillader lyset at blive udsendt eller modtaget vinkelret på overfladen, hvilket gør det ideelt til målinger på waferniveau og/eller kobling til fiberen. Gitterkoblinger er noget unikke for siliciumfotonik, idet de kræver høj lodret indekskontrast. For eksempel, hvis du forsøger at lave en gitterkobler i en konventionel InP-bølgeleder, lækker lyset direkte ind i substratet i stedet for at blive udsendt lodret, fordi gitterbølgelederen har et lavere gennemsnitligt brydningsindeks end substratet. For at få det til at fungere i InP, skal der udgraves materiale under gitteret for at ophænge det, som vist i figur 1B.
Figur 1: overfladeemitterende endimensionelle gitterkoblinger 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. Figurerne (C) og (D) er scanningselektronmikroskop (SEM) billeder af en InP suspenderet cantilever gitterkobling.
En anden nøglekomponent er spot-size-konverteren (SSC) mellemoptisk bølgelederog fiberen, som omdanner en mode på omkring 0,5 × 1 μm2 i siliciumbølgelederen til en mode på omkring 10 × 10 μm2 i fiberen. En typisk tilgang er at bruge en struktur kaldet den omvendte taper, hvor bølgelederen gradvist indsnævres til en lille spids, hvilket resulterer i en betydelig udvidelse afoptiskmode patch. Denne tilstand kan fanges af en ophængt glasbølgeleder, som vist i figur 2. Med en sådan SSC opnås koblingstabet på mindre end 1,5 dB let.
Figur 2: Mønsterstørrelseskonverter til 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 polarisationssplittere er vist i figur 3. Det første er et Mach-Zender interferometer (MZI), hvor hver arm har en forskellig dobbeltbrydning. Den anden er en simpel retningsbestemt kobling. Formens dobbeltbrydning af en typisk siliciumtrådbølgeleder er meget høj, så tværgående magnetisk (TM) polariseret lys kan kobles fuldt ud, mens tværgående elektrisk (TE) polariseret lys næsten kan afkobles. Den tredje er en gitterkobling, hvori fiberen er placeret i en vinkel, således at TE-polariseret lys kobles i den ene retning og TM-polariseret lys kobles i den anden. Den fjerde er en todimensionel gitterkobling. Fibertilstande, hvis elektriske felter er vinkelrette på retningen af bølgelederudbredelsen, 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 gitterkoblinger er, at de fungerer som polarisationsrotatorer, hvilket betyder, at alt lys på chippen har den samme polarisering, men der bruges to ortogonale polarisationer i fiberen.
Figur 3: Flere polarisationssplittere.
Indlægstid: 16-jul-2024