Silisiumfotonikkpassive komponenter
Det finnes flere viktige passive komponenter i silisiumfotonikk. En av disse er en overflateemitterende gitterkobler, som vist i figur 1A. Den består av et sterkt gitter i bølgelederen hvis periode er omtrent lik bølgelengden til lysbølgen i bølgelederen. Dette gjør at lyset kan sendes ut eller mottas vinkelrett på overflaten, noe som gjør den ideell for målinger på wafernivå og/eller kobling til fiberen. Gitterkoblere er noe unike for silisiumfotonikk ved at de krever høy vertikal indekskontrast. Hvis du for eksempel prøver å lage en gitterkobler i en konvensjonell InP-bølgeleder, lekker lyset direkte inn i substratet i stedet for å sendes ut vertikalt fordi gitterbølgelederen har en lavere gjennomsnittlig brytningsindeks enn substratet. For at det skal fungere i InP, må materiale graves ut under gitteret for å suspendere det, som vist i figur 1B.
Figur 1: overflateemitterende endimensjonale gitterkoblere i silisium (A) og InP (B). I (A) representerer grå og lyseblå henholdsvis silisium og silika. I (B) representerer rød og oransje henholdsvis InGaAsP og InP. Figur (C) og (D) er skanningselektronmikroskopbilder (SEM) av en InP-opphengt, utkraget gitterkobler.
En annen nøkkelkomponent er spotstørrelseskonverteren (SSC) mellomoptisk bølgelederog fiberen, som konverterer en modus på omtrent 0,5 × 1 μm2 i silisiumbølgelederen til en modus på omtrent 10 × 10 μm2 i fiberen. En typisk tilnærming er å bruke en struktur kalt invers avsmalning, der bølgelederen gradvis smalner inn til en liten spiss, noe som resulterer i en betydelig utvidelse avoptiskmoduspatch. Denne modusen kan fanges opp av en opphengt glassbølgeleder, som vist i figur 2. Med en slik SSC oppnås det enkelt et koblingstap på mindre enn 1,5 dB.
Figur 2: Mønsterstørrelsesomformer for silisiumtrådbølgeledere. Silisiummaterialet danner en invers konisk struktur inne i den opphengte glassbølgelederen. Silisiumsubstratet er etset bort under den opphengte glassbølgelederen.
Den viktigste passive komponenten er polarisasjonsstråledeleren. Noen eksempler på polarisasjonsdelere er vist i figur 3. Den første er et Mach-Zender-interferometer (MZI), hvor hver arm har en ulik dobbeltbrytning. Den andre er en enkel retningsbestemt kobler. Formdobbeltbrytningen til en typisk silisiumtrådbølgeleder er svært høy, slik at transversalt magnetisk (TM) polarisert lys kan kobles fullstendig, mens transversalt elektrisk (TE) polarisert lys kan være nesten frakoblet. Den tredje er en gitterkobler, hvor fiberen er plassert i en vinkel slik at TE-polarisert lys kobles i én retning og TM-polarisert lys kobles i den andre. Den fjerde er en todimensjonal gitterkobler. Fibermoduser hvis elektriske felt er vinkelrett på bølgelederforplantningsretningen er koblet til den tilsvarende bølgelederen. Fiberen kan vippes og kobles til to bølgeledere, eller vinkelrett på overflaten og kobles til fire bølgeledere. En ekstra fordel med todimensjonale gitterkoblere er at de fungerer som polarisasjonsrotatorer, noe som betyr at alt lys på brikken har samme polarisering, men to ortogonale polarisasjoner brukes i fiberen.
Figur 3: Flere polarisasjonssplittere.
Publisert: 16. juli 2024