Fotonika krzemowaelementy pasywne
W fotonice krzemowej występuje kilka kluczowych elementów pasywnych. Jednym z nich jest sprzęgacz z siatką elektroluminescencyjną emitującą powierzchnię, jak pokazano na rysunku 1A. Składa się on z silnej siatki elektroluminescencyjnej w falowodzie, której okres jest w przybliżeniu równy długości fali światła w falowodzie. Pozwala to na emisję lub odbiór światła prostopadle do powierzchni, co czyni go idealnym do pomiarów na poziomie płytek i/lub sprzężenia ze światłowodem. Sprzęgacze z siatką elektroluminescencyjną są w pewnym sensie unikatowe dla fotoniki krzemowej, ponieważ wymagają wysokiego kontrastu współczynnika pionowego. Na przykład, jeśli spróbujemy wykonać sprzęgacz z siatką elektroluminescencyjną w konwencjonalnym falowodzie InP, światło przedostaje się bezpośrednio do podłoża zamiast być emitowane pionowo, ponieważ siatka elektroluminescencyjna ma niższy średni współczynnik załamania światła niż podłoże. Aby sprzęgacz działał w InP, należy wykopać materiał spod siatki, aby go zawiesić, jak pokazano na rysunku 1B.
Rysunek 1: Jednowymiarowe sprzęgacze kratowe z emisją powierzchniową wykonane z krzemu (A) i InP (B). Na rysunku (A) kolor szary i jasnoniebieski oznaczają odpowiednio krzem i krzemionkę. Na rysunku (B) kolor czerwony i pomarańczowy oznaczają odpowiednio InGaAsP i InP. Rysunki (C) i (D) przedstawiają obrazy z mikroskopu elektronowego skaningowego (SEM) zawieszonego sprzęgacza kratowego z InP.
Kolejnym kluczowym elementem jest konwerter wielkości plamki (SSC) pomiędzyświatłowódi włókno, które konwertuje mod o wielkości około 0,5 × 1 μm2 w krzemowym falowodzie na mod o wielkości około 10 × 10 μm2 we włóknie. Typowe podejście polega na zastosowaniu struktury zwanej odwrotnym stożkiem, w którym falowód stopniowo zwęża się do małej końcówki, co powoduje znaczne rozszerzenieoptycznyPatch modowy. Ten tryb może zostać przechwycony przez zawieszony szklany falowód, jak pokazano na rysunku 2. Dzięki takiemu SSC można łatwo osiągnąć stratę sprzężenia mniejszą niż 1,5 dB.
Rysunek 2: Konwerter wielkości wzoru dla falowodów z drutu krzemowego. Materiał krzemowy tworzy odwróconą strukturę stożkową wewnątrz zawieszonego szklanego falowodu. Podłoże krzemowe zostało wytrawione pod zawieszonym szklanym falowodem.
Kluczowym elementem pasywnym jest dzielnik wiązki polaryzacyjnej. Kilka przykładów dzielników polaryzacyjnych pokazano na rysunku 3. Pierwszym jest interferometr Macha-Zendera (MZI), w którym każde ramię ma inną dwójłomność. Drugim jest prosty sprzęgacz kierunkowy. Dwójłomność kształtu typowego falowodu z drutu krzemowego jest bardzo wysoka, więc światło spolaryzowane poprzecznie magnetycznie (TM) może być w pełni sprzężone, podczas gdy światło spolaryzowane poprzecznie elektrycznie (TE) może być prawie niesprzęgnięte. Trzecim jest sprzęgacz siatkowy, w którym włókno jest umieszczone pod kątem, tak że światło spolaryzowane TE jest sprzężone w jednym kierunku, a światło spolaryzowane TM jest sprzężone w drugim. Czwartym jest dwuwymiarowy sprzęgacz siatkowy. Mody światłowodu, których pola elektryczne są prostopadłe do kierunku propagacji falowodu, są sprzężone z odpowiednim falowodem. Włókno może być pochylone i sprzężone z dwoma falowodami lub prostopadle do powierzchni i sprzężone z czterema falowodami. Dodatkową zaletą sprzęgaczy kratowych dwuwymiarowych jest to, że działają one jak rotatory polaryzacji, co oznacza, że całe światło na chipie ma tę samą polaryzację, ale w włóknie wykorzystywane są dwie ortogonalne polaryzacje.
Rysunek 3: Wielokrotne rozdzielacze polaryzacyjne.
Czas publikacji: 16 lipca 2024 r.