Fotônica de silíciocomponentes passivos
Existem vários componentes passivos essenciais na fotônica de silício. Um deles é o acoplador de grade de emissão superficial, como mostrado na Figura 1A. Ele consiste em uma grade de difração intensa no guia de ondas, cujo período é aproximadamente igual ao comprimento de onda da luz no guia. Isso permite que a luz seja emitida ou recebida perpendicularmente à superfície, tornando-o ideal para medições em nível de wafer e/ou acoplamento à fibra óptica. Os acopladores de grade são um tanto exclusivos da fotônica de silício, pois exigem alto contraste de índice vertical. Por exemplo, se você tentar construir um acoplador de grade em um guia de ondas de InP convencional, a luz vaza diretamente para o substrato em vez de ser emitida verticalmente, porque o guia de ondas da grade tem um índice de refração médio menor que o do substrato. Para que funcione no InP, é necessário remover material sob a grade para suspendê-la, como mostrado na Figura 1B.
Figura 1: acopladores de grade unidimensionais de emissão superficial 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 microscopia eletrônica de varredura (MEV) de um acoplador de grade de cantilever suspenso de InP.
Outro componente fundamental é o conversor de tamanho de ponto (SSC) entre oguia de onda ópticae a fibra, que converte um modo de cerca de 0,5 × 1 μm² no guia de ondas de silício em um modo de cerca de 10 × 10 μm² na fibra. Uma abordagem típica é usar uma estrutura chamada de cone inverso, na qual o guia de ondas 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, como mostrado na Figura 2. Com tal SSC, a perda de acoplamento inferior a 1,5 dB 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 invertida dentro do guia de onda de vidro suspenso. O substrato de silício foi removido por corrosão sob o guia de onda de vidro suspenso.
O principal componente passivo é o divisor de feixe polarizador. Alguns exemplos de divisores polarizadores são mostrados na Figura 3. O primeiro é um interferômetro de Mach-Zehnder (MZI), onde cada braço possui uma birrefringência diferente. O segundo é um acoplador direcional simples. A birrefringência de forma de um guia de onda de fio de silício típico é muito alta, de modo que a luz polarizada transversalmente magnética (TM) pode ser totalmente acoplada, enquanto a luz polarizada transversalmente elétrica (TE) pode ser quase desacoplada. O terceiro é um acoplador de grade, no qual a fibra é posicionada em um ângulo de forma 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. Os modos da fibra cujos campos elétricos são perpendiculares à direção de propagação do guia de onda são acoplados ao guia de onda 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: Divisores de polarização múltiplos.
Data da publicação: 16 de julho de 2024