Kiselfotonikpassiva komponenter
Det finns flera viktiga passiva komponenter i kiselfotonik. En av dessa är en ytemitterande gitterkoppling, 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 sändas ut eller tas emot vinkelrätt mot ytan, vilket gör det idealiskt för mätningar på wafer-nivå och/eller koppling till fibern. Gitterkopplare är något unika för kiselfotonik genom att de kräver hög vertikal indexkontrast. Om du till exempel försöker göra en gitterkopplare i en konventionell InP-vågledare läcker ljuset direkt in i substratet istället för att sändas ut vertikalt eftersom gittervågledaren har ett lägre genomsnittligt brytningsindex än substratet. För att få det att fungera i InP måste material grävas ut under gallret för att hänga upp det, som visas i figur 1B.
Figur 1: ytemitterande endimensionella gitterkopplingar 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 fribärande gitterkopplare.
En annan nyckelkomponent är spot-size-omvandlaren (SSC) mellanoptisk vågledareoch fibern, som omvandlar ett läge på cirka 0,5 × 1 μm2 i kiselvågledaren till ett läge 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 avoptisklägespatch. Detta läge kan fångas av en upphängd glasvågledare, som visas i figur 2. Med en sådan SSC uppnås kopplingsförlusten på mindre än 1,5 dB lätt.
Figur 2: Mönsterstorleksomvandlare för vågledare av silikontråd. Kiselmaterialet bildar en omvänd konisk struktur inuti den upphängda glasvågledaren. Silikonsubstratet har etsat bort under den upphängda glasvågledaren.
Den passiva nyckelkomponenten är polarisationsstråledelaren. Några exempel på polarisationsdelare visas i figur 3. Den första är en Mach-Zender-interferometer (MZI), där varje arm har olika dubbelbrytning. Den andra är en enkel riktningskoppling. Formens dubbelbrytning av en typisk kiseltrådsvågledare är mycket hög, så transversellt magnetiskt (TM) polariserat ljus kan kopplas helt, medan transversellt elektriskt (TE) polariserat ljus nästan kan kopplas bort. Den tredje är en gitterkopplare, i vilken fibern placeras 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 gitterkoppling. Fibermoder vars elektriska fält är vinkelräta mot riktningen för vågledarutbredningen är kopplade till motsvarande vågledare. Fibern kan lutas och kopplas till två vågledare, eller vinkelrätt 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 polarisation, men två ortogonala polarisationer används i fibern.
Figur 3: Flera polarisationsdelare.
Posttid: 2024-jul-16