Componentes passivos de silicon fotônicos

Silicon Photonicscomponentes passivos

Existem vários componentes passivos importantes na Silicon Photonics. Um deles é um acoplador de grade emissor de superfície, como 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 perpendicular à superfície, tornando-a ideal para medições no nível da bolacha e/ou acoplamento à fibra. Os acopladores de grade são um pouco exclusivos da fotônica de silício, pois exigem alto contraste de índice vertical. Por exemplo, se você tentar fazer um acoplador de grade em um guia de ondas INP convencional, a luz vazar diretamente para o substrato em vez de ser emitido verticalmente porque o guia de ondas da grade tem um índice de refração média mais baixo que o substrato. Para fazê -lo funcionar no INP, o material deve ser escavado sob a grade para suspender -o, como mostra a Figura 1b.

Figura 1: Coupladores 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 grades de cantilever em suspensão INP.

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

Figura 2: Conversor de tamanho do padrão para guias de onda de arame 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-MENDER (MZI), onde cada braço tem uma birrefringência diferente. O segundo é um acoplador direcional simples. A birrefringência da forma de um guia de onda de arame de silício típico é muito alta, portanto, a luz polarizada magnética (TM) transversal 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 de TE seja acoplada em uma direção e a luz polarizada da TM é acoplada na outra. O quarto é um acoplador de grade bidimensional. Os modos de fibra cujos campos elétricos são perpendiculares à direção da 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 bidimensional 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.