Παθητικά συστατικά φωτονικής πυριτίου

Φωτονική πυριτίουπαθητικά συστατικά

Υπάρχουν πολλά βασικά παθητικά συστατικά στη φωτονική του πυριτίου. Ένα από αυτά είναι ένας συζεύκτης πλέγματος που εκπέμπει επιφάνεια, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1Α. Αποτελείται από ένα ισχυρό πλέγμα στον κυματοδηγό του οποίου η περίοδος είναι περίπου ίση με το μήκος κύματος του φωτεινού κύματος στον κυματοδηγό. Αυτό επιτρέπει στο φως να εκπέμπεται ή να λαμβάνεται κάθετα στην επιφάνεια, καθιστώντας το ιδανικό για μετρήσεις στάθμης πλακιδίων ή/και σύζευξη με την ίνα. Οι συζευκτήρες πλέγματος είναι κάπως μοναδικοί στη φωτονική πυριτίου καθώς απαιτούν υψηλό κατακόρυφο δείκτη αντίθεσης. Για παράδειγμα, εάν προσπαθήσετε να φτιάξετε έναν συζεύκτη πλέγματος σε έναν συμβατικό κυματοδηγό InP, το φως διαρρέει απευθείας στο υπόστρωμα αντί να εκπέμπεται κάθετα επειδή ο κυματοδηγός πλέγματος έχει χαμηλότερο μέσο δείκτη διάθλασης από το υπόστρωμα. Για να λειτουργήσει στο InP, πρέπει να εκσκαφθεί υλικό κάτω από τη σχάρα για να αναρτηθεί, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1Β.

Σχήμα 1: μονοδιάστατοι συζευκτήρες πλέγματος που εκπέμπουν επιφάνεια σε πυρίτιο (Α) και InP (Β). Στο (Α), το γκρι και το ανοιχτό μπλε αντιπροσωπεύουν το πυρίτιο και το πυρίτιο, αντίστοιχα. Στο (Β), το κόκκινο και το πορτοκαλί αντιπροσωπεύουν τα InGaAsP και InP, αντίστοιχα. Τα σχήματα (C) και (D) είναι εικόνες ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης (SEM) ενός συζεύκτη εσχάρας αναρτημένου προβόλου InP.

Ένα άλλο βασικό συστατικό είναι ο μετατροπέας μεγέθους σημείου (SSC) μεταξύ τουοπτικός κυματοδηγόςκαι την ίνα, η οποία μετατρέπει έναν τρόπο λειτουργίας περίπου 0,5 × 1 μm2 στον κυματοδηγό πυριτίου σε έναν τρόπο λειτουργίας περίπου 10 × 10 μm2 στην ίνα. Μια τυπική προσέγγιση είναι η χρήση μιας δομής που ονομάζεται αντίστροφη κωνικότητα, στην οποία ο κυματοδηγός σταδιακά στενεύει σε ένα μικρό άκρο, γεγονός που οδηγεί σε σημαντική επέκταση τουοπτικόςενημερωμένη έκδοση κώδικα λειτουργίας. Αυτή η λειτουργία μπορεί να καταγραφεί από έναν κυματοδηγό από κρεμαστό γυαλί, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Με ένα τέτοιο SSC, η απώλεια σύζευξης μικρότερη από 1,5 dB επιτυγχάνεται εύκολα.

Εικόνα 2: Μετατροπέας μεγέθους μοτίβου για κυματοδηγούς σύρματος πυριτίου. Το υλικό πυριτίου σχηματίζει μια αντίστροφη κωνική δομή μέσα στον αιωρούμενο γυάλινο κυματοδηγό. Το υπόστρωμα πυριτίου έχει χαραχθεί κάτω από τον αιωρούμενο γυάλινο κυματοδηγό.

Το βασικό παθητικό στοιχείο είναι ο διαχωριστής δέσμης πόλωσης. Μερικά παραδείγματα διαχωριστών πόλωσης φαίνονται στο Σχήμα 3. Το πρώτο είναι ένα συμβολόμετρο Mach-Zender (MZI), όπου κάθε βραχίονας έχει διαφορετική διπλή διάθλαση. Το δεύτερο είναι ένας απλός κατευθυντικός ζεύκτης. Η διπλή διάθλαση σχήματος ενός τυπικού κυματοδηγού σύρματος πυριτίου είναι πολύ υψηλή, επομένως το εγκάρσιο μαγνητικό (TM) πολωμένο φως μπορεί να συζευχθεί πλήρως, ενώ το εγκάρσιο πολωμένο ηλεκτρικό (TE) φως μπορεί σχεδόν να αποσυνδεθεί. Ο τρίτος είναι ένας συζεύκτης πλέγματος, στον οποίο η ίνα τοποθετείται υπό γωνία έτσι ώστε το πολωμένο φως TE να συζευγνύεται προς τη μία κατεύθυνση και το πολωμένο φως TM να συνδέεται στην άλλη. Το τέταρτο είναι ένας δισδιάστατος συζευκτήρας πλέγματος. Τρόποι ινών των οποίων τα ηλεκτρικά πεδία είναι κάθετα προς την κατεύθυνση διάδοσης του κυματοδηγού συνδέονται με τον αντίστοιχο κυματοδηγό. Η ίνα μπορεί να κλίνει και να συζευχθεί με δύο κυματοδηγούς ή κάθετα στην επιφάνεια και να συζευχθεί με τέσσερις κυματοδηγούς. Ένα πρόσθετο πλεονέκτημα των δισδιάστατων συζευκτών πλέγματος είναι ότι λειτουργούν ως στροφείς πόλωσης, που σημαίνει ότι όλο το φως στο τσιπ έχει την ίδια πόλωση, αλλά χρησιμοποιούνται δύο ορθογώνιες πολώσεις στην ίνα.

Εικόνα 3: Πολλαπλοί διαχωριστές πόλωσης.