Fotonica del siliciocomponenti passivi
Esistono diversi componenti passivi chiave nella fotonica al silicio. Uno di questi è un accoppiatore a reticolo a emissione superficiale, come mostrato in Figura 1A. Consiste in un reticolo robusto nella guida d'onda il cui periodo è approssimativamente uguale alla lunghezza d'onda dell'onda luminosa nella guida d'onda. Ciò consente alla luce di essere emessa o ricevuta perpendicolarmente alla superficie, rendendolo ideale per misurazioni a livello di wafer e/o per l'accoppiamento con la fibra. Gli accoppiatori a reticolo sono in qualche modo unici nella fotonica al silicio in quanto richiedono un elevato contrasto di indice verticale. Ad esempio, se si tenta di realizzare un accoppiatore a reticolo in una guida d'onda InP convenzionale, la luce si disperde direttamente nel substrato invece di essere emessa verticalmente perché la guida d'onda a reticolo ha un indice di rifrazione medio inferiore a quello del substrato. Per farlo funzionare nell'InP, è necessario scavare del materiale sotto il reticolo per sospenderlo, come mostrato in Figura 1B.
Figura 1: accoppiatori a reticolo unidimensionali a emissione superficiale in silicio (A) e InP (B). In (A), il grigio e l'azzurro rappresentano rispettivamente silicio e silice. In (B), il rosso e l'arancione rappresentano rispettivamente InGaAsP e InP. Le Figure (C) e (D) sono immagini al microscopio elettronico a scansione (SEM) di un accoppiatore a reticolo a sbalzo sospeso in InP.
Un altro componente chiave è il convertitore di dimensione dello spot (SSC) traguida d'onda otticae la fibra, che converte una modalità di circa 0,5 × 1 μm² nella guida d'onda al silicio in una modalità di circa 10 × 10 μm² nella fibra. Un approccio tipico consiste nell'utilizzare una struttura chiamata rastremazione inversa, in cui la guida d'onda si restringe gradualmente fino a raggiungere una piccola punta, il che si traduce in una significativa espansione della fibra.otticopatch di modalità. Questa modalità può essere catturata da una guida d'onda in vetro sospesa, come mostrato in Figura 2. Con tale SSC, si ottiene facilmente una perdita di accoppiamento inferiore a 1,5 dB.
Figura 2: Convertitore di dimensioni del pattern per guide d'onda in filo di silicio. Il materiale in silicio forma una struttura conica inversa all'interno della guida d'onda in vetro sospesa. Il substrato di silicio è stato inciso sotto la guida d'onda in vetro sospesa.
Il componente passivo chiave è il divisore di fascio di polarizzazione. Alcuni esempi di divisori di polarizzazione sono mostrati in Figura 3. Il primo è un interferometro di Mach-Zender (MZI), in cui ogni braccio presenta una diversa birifrangenza. Il secondo è un semplice accoppiatore direzionale. La birifrangenza di forma di una tipica guida d'onda a filo di silicio è molto elevata, quindi la luce polarizzata magnetica trasversale (TM) può essere completamente accoppiata, mentre la luce polarizzata elettrica trasversale (TE) può essere quasi disaccoppiata. Il terzo è un accoppiatore a reticolo, in cui la fibra è posizionata con un angolo tale che la luce polarizzata TE sia accoppiata in una direzione e la luce polarizzata TM sia accoppiata nell'altra. Il quarto è un accoppiatore a reticolo bidimensionale. I modi della fibra i cui campi elettrici sono perpendicolari alla direzione di propagazione della guida d'onda sono accoppiati alla guida d'onda corrispondente. La fibra può essere inclinata e accoppiata a due guide d'onda, oppure perpendicolare alla superficie e accoppiata a quattro guide d'onda. Un ulteriore vantaggio degli accoppiatori a reticolo bidimensionali è che agiscono come rotatori di polarizzazione, il che significa che tutta la luce sul chip ha la stessa polarizzazione, ma nella fibra vengono utilizzate due polarizzazioni ortogonali.
Figura 3: Più divisori di polarizzazione.
Data di pubblicazione: 16/07/2024