Pasivne komponente silikonske fotonike

Silicijum fotonikapasivne komponente

Postoji nekoliko ključnih pasivnih komponenti u silicijumskoj fotonici. Jedna od njih je rešetkasta spojnica koja emituje površinu, kao što je prikazano na slici 1A. Sastoji se od jake rešetke u talasovodu čiji je period približno jednak talasnoj dužini svetlosnog talasa u talasovodu. Ovo omogućava da se svjetlost emituje ili prima okomito na površinu, što ga čini idealnim za mjerenja na nivou pločice i/ili spajanje na vlakno. Rešetkasti spojnici su donekle jedinstveni za silicijumske fotonike po tome što zahtevaju visok kontrast vertikalnog indeksa. Na primjer, ako pokušate napraviti spojnicu s rešetkama u konvencionalnom InP talasovodu, svjetlost propušta direktno u podlogu umjesto da se emituje okomito jer rešetkasti talasovod ima niži prosječni indeks prelamanja od supstrata. Da bi funkcionisao u InP-u, materijal mora biti iskopan ispod rešetke da bi se suspendovao, kao što je prikazano na slici 1B.

Slika 1: jednodimenzionalni rešetkasti spojnici koji emituju površinu od silicijuma (A) i InP (B). U (A), siva i svijetloplava predstavljaju silicijum i silicijum, respektivno. U (B), crvena i narandžasta predstavljaju InGaAsP i InP, respektivno. Slike (C) i (D) su slike skenirajućeg elektronskog mikroskopa (SEM) InP viseće konzolne rešetke spojnice.

Druga ključna komponenta je konverter veličine tačke (SSC) izmeđuoptički talasovodi vlakno, koje pretvara mod od oko 0,5 × 1 μm2 u silicijumskom talasovodu u mod od oko 10 × 10 μm2 u vlaknu. Tipičan pristup je korištenje strukture zvane inverzni konus, u kojoj se valovod postepeno sužava do malog vrha, što rezultira značajnim širenjemoptičkimod patch. Ovaj mod se može uhvatiti visećim staklenim talasovodom, kao što je prikazano na slici 2. Sa takvim SSC-om, gubitak sprege manji od 1,5 dB se lako postiže.

Slika 2: Konvertor veličine uzorka za talasovode od silikonske žice. Silicijumski materijal formira inverznu konusnu strukturu unutar suspendovanog staklenog talasovoda. Silikonska podloga je urezana ispod visećeg staklenog talasovoda.

Ključna pasivna komponenta je razdjelnik polarizacionog snopa. Neki primjeri polarizacijskih razdjelnika prikazani su na slici 3. Prvi je Mach-Zenderov interferometar (MZI), gdje svaki krak ima različit dvolom. Drugi je jednostavan usmjereni spojnik. Dvolomnost oblika tipičnog talasovoda od silikonske žice je veoma visoka, tako da poprečno magnetno (TM) polarizovano svetlo može biti potpuno spregnuto, dok poprečno električno (TE) polarizovano svetlo može biti gotovo nepovezano. Treći je rešetkasti spojnik, u kojem je vlakno postavljeno pod uglom tako da je TE polarizirano svjetlo spojeno u jednom smjeru, a TM polarizirano svjetlo u drugom. Četvrta je dvodimenzionalna rešetkasta spojnica. Modovi vlakana čija su električna polja okomita na pravac prostiranja talasovoda su spojeni na odgovarajući talasovod. Vlakno može biti nagnuto i spojeno na dva talasovoda, ili okomito na površinu i spojeno na četiri talasovoda. Dodatna prednost dvodimenzionalnih rešetkastih spojnica je ta što djeluju kao polarizacijski rotatori, što znači da sva svjetlost na čipu ima istu polarizaciju, ali se u vlaknu koriste dvije ortogonalne polarizacije.

Slika 3: Višestruki polarizacijski razdjelnici.