Linh kiện thụ động quang tử silicon

Photonic siliconthành phần thụ động

Có một số thành phần thụ động chính trong quang tử silicon. Một trong số đó là bộ ghép lưới phát xạ bề mặt, như thể hiện trong Hình 1A. Nó bao gồm một lưới mạnh trong ống dẫn sóng có chu kỳ gần bằng bước sóng của sóng ánh sáng trong ống dẫn sóng. Điều này cho phép ánh sáng được phát ra hoặc nhận được vuông góc với bề mặt, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các phép đo cấp wafer và/hoặc ghép nối với sợi quang. Bộ ghép lưới có phần độc đáo đối với quang tử silicon ở chỗ chúng yêu cầu độ tương phản chiết suất dọc cao. Ví dụ, nếu bạn cố gắng tạo một bộ ghép lưới trong ống dẫn sóng InP thông thường, ánh sáng sẽ rò rỉ trực tiếp vào chất nền thay vì được phát ra theo chiều dọc vì ống dẫn sóng lưới có chiết suất trung bình thấp hơn chất nền. Để làm cho nó hoạt động trong InP, vật liệu phải được đào bên dưới lưới để treo nó, như thể hiện trong Hình 1B.

Hình 1: bộ ghép lưới một chiều phát xạ bề mặt trong silicon (A) và InP (B). Trong (A), màu xám và xanh lam nhạt lần lượt biểu diễn silicon và silica. Trong (B), màu đỏ và cam lần lượt biểu diễn InGaAsP và InP. Hình (C) và (D) là hình ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) của bộ ghép lưới dạng thanh treo InP.

Một thành phần quan trọng khác là bộ chuyển đổi kích thước điểm (SSC) giữaống dẫn sóng quang họcvà sợi, chuyển đổi chế độ khoảng 0,5 × 1 μm2 trong ống dẫn sóng silicon thành chế độ khoảng 10 × 10 μm2 trong sợi. Một cách tiếp cận điển hình là sử dụng cấu trúc được gọi là thuôn ngược, trong đó ống dẫn sóng dần dần Thu hẹp thành một đầu nhỏ, dẫn đến sự giãn nở đáng kể củaquang họcchế độ vá. Chế độ này có thể được thu bằng ống dẫn sóng thủy tinh treo, như thể hiện trong Hình 2. Với SSC như vậy, tổn thất ghép nối nhỏ hơn 1,5dB có thể dễ dàng đạt được.

Hình 2: Bộ chuyển đổi kích thước mẫu cho ống dẫn sóng bằng dây silicon. Vật liệu silicon tạo thành cấu trúc hình nón ngược bên trong ống dẫn sóng bằng kính treo. Chất nền silicon đã được khắc bên dưới ống dẫn sóng bằng kính treo.

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

Hình 3: Bộ chia phân cực đa.