Fotônica de silíciocomponentes passivos
Existem vários componentes passivos importantes na fotônica de silício. Um deles é um acoplador de grade emissora de superfície, como mostrado na Figura 1A. Ele 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 em nível de wafer e/ou acoplamento à fibra. Os acopladores de grade são um tanto 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 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 fazê-lo funcionar no InP, o material deve ser escavado abaixo da grade para suspendê-la, como mostrado na 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 (MEV) de um acoplador de grade em balanço suspenso de InP.
Outro componente chave é o conversor de tamanho de ponto (SSC) entre oguia de ondas 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 ondas se estreita gradualmente até uma pequena ponta, o que resulta em uma expansão significativa daópticopatch 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 de menos de 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 gravado sob o guia de onda 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 de Mach-Zender (MZI), onde cada braço tem 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 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. Os modos de 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 múltipla.
Horário da publicação: 16 de julho de 2024