Componentes passivos fotônicos de silício

Fotônica de silíciocomponentes passivos

Existem vários componentes passivos importantes na fotônica de silício. Um deles é um acoplador de grade emissora de superfície, conforme mostrado na Figura 1A. Consiste em uma grade forte no guia de ondas cujo período é aproximadamente igual ao comprimento de onda da onda de luz no guia de ondas. Isso permite que a luz seja emitida ou recebida perpendicularmente à superfície, tornando-a ideal para medições de nível de wafer e/ou acoplamento à fibra. Os acopladores de grade são exclusivos da fotônica de silício, pois exigem alto índice de contraste vertical. Por exemplo, se você tentar fazer um acoplador de grade em um guia de onda InP convencional, a luz vazará diretamente no substrato em vez de ser emitida verticalmente porque o guia de onda de grade tem um índice de refração médio mais baixo que o do substrato. Para que funcione no InP, é necessário escavar material abaixo da grade para suspendê-la, conforme Figura 1B.


Figura 1: acopladores de grade unidimensionais emissores de superfície em silício (A) e InP (B). Em (A), cinza e azul claro representam silício e sílica, respectivamente. Em (B), vermelho e laranja representam InGaAsP e InP, respectivamente. As Figuras (C) e (D) são imagens de microscópio eletrônico de varredura (SEM) de um acoplador de grade cantilever suspenso InP.

Outro componente chave é o conversor de tamanho spot (SSC) entre oguia de onda ópticoe a fibra, que converte um modo de cerca de 0,5 × 1 μm2 no guia de ondas de silício para um modo de cerca de 10 × 10 μm2 na fibra. Uma abordagem típica é usar uma estrutura chamada cone inverso, na qual o guia de onda se estreita gradualmente até uma pequena ponta, o que resulta em uma expansão significativa doópticopatch de modo. Este modo pode ser capturado por um guia de ondas de vidro suspenso, conforme mostrado na Figura 2. Com tal SSC, a perda de acoplamento inferior a 1,5dB é facilmente alcançada.

Figura 2: Conversor de tamanho de padrão para guias de onda de fio de silício. O material de silício forma uma estrutura cônica inversa dentro do guia de ondas de vidro suspenso. O substrato de silício foi gravado sob o guia de ondas de vidro suspenso.

O principal componente passivo é o divisor de feixe de polarização. Alguns exemplos de divisores de polarização são mostrados na Figura 3. O primeiro é um interferômetro Mach-Zender (MZI), onde cada braço possui uma birrefringência diferente. O segundo é um acoplador direcional simples. A birrefringência de forma de um guia de ondas de fio de silício típico é muito alta, de modo que a luz polarizada magnética transversal (TM) pode ser totalmente acoplada, enquanto a luz polarizada elétrica transversal (TE) pode ser quase desacoplada. O terceiro é um acoplador de grade, no qual a fibra é colocada em um ângulo de modo que a luz polarizada TE seja acoplada em uma direção e a luz polarizada TM seja acoplada na outra. O quarto é um acoplador de grade bidimensional. Modos de fibra cujos campos elétricos são perpendiculares à direção de propagação do guia de ondas são acoplados ao guia de ondas correspondente. A fibra pode ser inclinada e acoplada a dois guias de onda, ou perpendicular à superfície e acoplada a quatro guias de onda. Uma vantagem adicional dos acopladores de grade bidimensionais é que eles atuam como rotadores de polarização, o que significa que toda a luz no chip tem a mesma polarização, mas duas polarizações ortogonais são usadas na fibra.

Figura 3: Múltiplos divisores de polarização.


Horário da postagem: 16 de julho de 2024