Các thành phần thụ động quang tử silicon

Photonics siliconCác thành phần thụ động

Có một số thành phần thụ động quan trọng trong Photonics silicon. Một trong số đó là một bộ ghép cách tử phát ra bề mặt, như trong Hình 1A. Nó bao gồm một cách tử mạnh trong ống dẫn sóng có thời gian xấp xỉ bằng bước sóng của sóng ánh sáng trong ống dẫn sóng. Điều này cho phép ánh sáng được phát ra hoặc nhận vuông góc với bề mặt, làm cho nó lý tưởng cho các phép đo cấp độ wafer và/hoặc khớp nối với sợi. Các khớp nối lưới có phần độc đáo đối với quang tử silicon ở chỗ chúng yêu cầu độ tương phản chỉ số thẳng đứng cao. Ví dụ, nếu bạn cố gắng tạo một bộ ghép nối trong ống dẫn sóng INP thông thường, ánh sáng rò rỉ trực tiếp vào chất nền thay vì được phát ra theo chiều dọc vì ống dẫn sóng lưới có chỉ số khúc xạ trung bình thấp hơn chất nền. Để làm cho nó hoạt động trong INP, vật liệu phải được khai quật bên dưới lưới để treo nó, như trong Hình 1B.

Hình 1: Các khớp nối cách tử một chiều phát ra bề mặt trong silicon (A) và INP (B). Trong (a), màu xám và xanh nhạt đại diện cho silicon và silica, tương ứng. Trong (b), màu đỏ và cam đại diện cho Ingaasp và INP, tương ứng. Hình (c) và (d) đang quét hình ảnh kính hiển vi điện tử (SEM) của một bộ ghép lưới đúc hẫng lơ lửng INP.

Một thành phần quan trọng khác là bộ chuyển đổi kích thước điểm (SSC) giữaống dẫn sóng quangvà sợi, chuyển đổi chế độ khoảng 0,5 × 1 m2 trong ống dẫn sóng silicon thành chế độ khoảng 10 × 10 μm2 trong sợi. Một cách tiếp cận điển hình là sử dụng một cấu trúc gọi là côn nghịch đảo, trong đó ống dẫn sóng dần dần thu hẹp vào một đầu nhỏ, dẫn đến sự mở rộng đáng kể củaquang họcchế độ bản vá. Chế độ này có thể được ghi lại bởi một ống dẫn sóng thủy tinh lơ lửng, như trong Hình 2. Với một SSC như vậy, việc mất kết hợp dưới 1,5dB dễ dàng đạt được.

Hình 2: Bộ chuyển đổi kích thước mẫu cho ống dẫn sóng dây silicon. Vật liệu silicon tạo thành một cấu trúc hình nón nghịch đảo bên trong ống dẫn sóng thủy tinh lơ lửng. Chất nền silicon đã được khắc bên dưới ống dẫn sóng thủy tinh lơ lửng.

Thành phần thụ động quan trọng là bộ chia chùm phân cực. Một số ví dụ về các bộ chia phân cực được thể hiện trong Hình 3. Đầu tiên là giao thoa kế Mach-Zender (MZI), trong đó mỗi cánh tay có sự lưỡng chiết khác nhau. Thứ hai là một bộ ghép định hướng đơn giản. Sự lưỡng chiết hình dạng của ống dẫn sóng dây silicon điển hình là rất cao, do đó ánh sáng phân cực từ từ (TM) ngang có thể được ghép hoàn toàn, trong khi ánh sáng phân cực điện ngang (TE) có thể gần như tách rời. Thứ ba là một khớp nối cách tử, trong đó sợi được đặt ở một góc để ánh sáng phân cực TE được ghép theo một hướng và ánh sáng phân cực TM được ghép nối ở hướng khác. Thứ tư là một khớp nối cách tử hai chiều. Các chế độ sợi có điện trường vuông góc với hướng lan truyền của ống dẫn sóng được ghép nối với ống dẫn sóng tương ứng. Sợi có thể được nghiêng và ghép với hai ống dẫn sóng, hoặc vuông góc với bề mặt và kết hợp với bốn ống dẫn sóng. Một lợi thế bổ sung của các khớp nối cách tử hai chiều là chúng hoạt động như các máy quay phân cực, có nghĩa là tất cả ánh sáng trên chip đều có cùng phân cực, nhưng hai phân cực trực giao được sử dụng trong sợi.

Hình 3: Nhiều bộ chia phân cực.