Kiselfotonikpassiva komponenter
Det finns flera viktiga passiva komponenter inom kiselfotonik. En av dessa är en ytemitterande gitterkopplare, som visas i figur 1A. Den består av ett starkt gitter i vågledaren vars period är ungefär lika med våglängden för ljusvågen i vågledaren. Detta gör att ljuset kan emitteras eller tas emot vinkelrätt mot ytan, vilket gör den idealisk för mätningar på wafernivå och/eller koppling till fibern. Gitterkopplare är något unika för kiselfotonik genom att de kräver hög vertikal indexkontrast. Om man till exempel försöker skapa en gitterkopplare i en konventionell InP-vågledare, läcker ljuset direkt in i substratet istället för att emitteras vertikalt eftersom gittervågledaren har ett lägre genomsnittligt brytningsindex än substratet. För att det ska fungera i InP måste material grävas ut under gittret för att upphänga det, som visas i figur 1B.
Figur 1: Ytemitterande endimensionella gitterkopplare i kisel (A) och InP (B). I (A) representerar grått och ljusblått kisel respektive kiseldioxid. I (B) representerar rött och orange InGaAsP respektive InP. Figurerna (C) och (D) är svepelektronmikroskopbilder (SEM) av en InP-upphängd, utkragande gitterkopplare.
En annan viktig komponent är spotstorleksomvandlaren (SSC) mellanoptisk vågledareoch fibern, som omvandlar ett mod på cirka 0,5 × 1 μm2 i kiselvågledaren till ett mod på cirka 10 × 10 μm2 i fibern. Ett typiskt tillvägagångssätt är att använda en struktur som kallas invers avsmalning, där vågledaren gradvis smalnar av till en liten spets, vilket resulterar i en betydande expansion avoptiskmodpatch. Detta mod kan fångas upp av en upphängd glasvågledare, som visas i figur 2. Med en sådan SSC uppnås enkelt en kopplingsförlust på mindre än 1,5 dB.
Figur 2: Mönsterstorleksomvandlare för kiseltrådsvågledare. Kiselmaterialet bildar en invers konisk struktur inuti den upphängda glasvågledaren. Kiselsubstratet har etsats bort under den upphängda glasvågledaren.
Den viktigaste passiva komponenten är polarisationsstråldelaren. Några exempel på polarisationsdelare visas i figur 3. Den första är en Mach-Zender-interferometer (MZI), där varje arm har en annan dubbelbrytning. Den andra är en enkel riktningskopplare. Formdubbelbrytningen hos en typisk kiseltrådvågledare är mycket hög, så transversellt magnetiskt (TM) polariserat ljus kan kopplas helt, medan transversellt elektriskt (TE) polariserat ljus kan vara nästan okopplat. Den tredje är en gitterkopplare, där fibern är placerad i en vinkel så att TE-polariserat ljus kopplas i en riktning och TM-polariserat ljus kopplas i den andra. Den fjärde är en tvådimensionell gitterkopplare. Fiberlägen vars elektriska fält är vinkelräta mot vågledarens utbredningsriktning är kopplade till motsvarande vågledare. Fibern kan lutas och kopplas till två vågledare, eller vinkelrät mot ytan och kopplas till fyra vågledare. En ytterligare fördel med tvådimensionella gitterkopplare är att de fungerar som polarisationsrotatorer, vilket innebär att allt ljus på chipet har samma polarisering, men två ortogonala polarisationer används i fibern.
Figur 3: Flera polarisationsdelare.
Publiceringstid: 16 juli 2024