Fotonica al siliciocomponenti passivi
Nella fotonica al silicio sono presenti diversi componenti passivi chiave. Uno di questi è un accoppiatore a reticolo a emissione superficiale, come mostrato in Figura 1A. Esso consiste in un reticolo robusto all'interno della guida d'onda, il cui periodo è approssimativamente uguale alla lunghezza d'onda della luce nella guida d'onda stessa. Ciò consente l'emissione o la ricezione della luce perpendicolarmente alla superficie, rendendolo ideale per misurazioni a livello di wafer e/o per l'accoppiamento con la fibra ottica. Gli accoppiatori a reticolo sono in qualche modo peculiari della fotonica al silicio, in quanto richiedono un elevato contrasto di indice di rifrazione verticale. Ad esempio, se si tenta di realizzare un accoppiatore a reticolo in una guida d'onda convenzionale in InP, la luce fuoriesce direttamente nel substrato anziché essere emessa verticalmente, poiché 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 al di sotto del reticolo per sospenderlo, come mostrato in Figura 1B.
Figura 1: accoppiatori a reticolo unidimensionale a emissione superficiale in silicio (A) e InP (B). In (A), il grigio e l'azzurro chiaro rappresentano rispettivamente il silicio e la 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) tra ilguida d'onda otticae la fibra, che converte un modo di circa 0,5 × 1 μm2 nella guida d'onda in silicio in un modo di circa 10 × 10 μm2 nella fibra. Un approccio tipico è quello di utilizzare una struttura chiamata rastrematura inversa, in cui la guida d'onda si restringe gradualmente fino a una piccola punta, che si traduce in una significativa espansione delotticopatch di modo. Questo modo può essere catturato da una guida d'onda in vetro sospesa, come mostrato in Figura 2. Con un SSC di questo tipo, 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 di silicio forma una struttura conica inversa all'interno della guida d'onda in vetro sospesa. Il substrato di silicio è stato inciso al di sotto della guida d'onda in vetro sospesa.
Il componente passivo chiave è il divisore di fascio polarizzatore. Alcuni esempi di divisori di polarizzazione sono mostrati in Figura 3. Il primo è un interferometro di Mach-Zehnder (MZI), in cui ciascun braccio ha una birifrangenza diversa. Il secondo è un semplice accoppiatore direzionale. La birifrangenza di forma di una tipica guida d'onda in filo di silicio è molto elevata, quindi la luce polarizzata trasversalmente magneticamente (TM) può essere completamente accoppiata, mentre la luce polarizzata trasversalmente elettricamente (TE) può essere quasi disaccoppiata. Il terzo è un accoppiatore a reticolo, in cui la fibra è posizionata ad un angolo in modo 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 bidimensionale 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: Separatori di polarizzazione multipli.
Data di pubblicazione: 16 luglio 2024