רכיבים פסיביים של סיליקון פוטוניקה

פוטוניקת סיליקוןרכיבים פסיביים

ישנם מספר רכיבים פסיביים מרכזיים בפוטוניקת סיליקון. אחד מהם הוא מצמד סורג פולט פני השטח, כפי שמוצג באיור 1A. הוא מורכב מסורג חזק במוליך הגל שתקופתו שווה בקירוב לאורך הגל של גל האור במוליך הגל. זה מאפשר לפלוט או לקלוט את האור בניצב לפני השטח, מה שהופך אותו לאידיאלי למדידות ברמת רקיק ו/או צימוד לסיב. מצמדי גרגירים הם מעט ייחודיים לפוטוניקת סיליקון בכך שהם דורשים ניגודיות אינדקס אנכית גבוהה. לדוגמה, אם תנסה ליצור מצמד סורגים במוליך גל InP קונבנציונלי, האור דולף ישירות לתוך המצע במקום להיפלט אנכית מכיוון שלמוליך הגל הסורג יש מקדם שבירה ממוצע נמוך יותר מהמצע. כדי לגרום לו לעבוד ב-InP, יש לחפור חומר מתחת לסורג כדי לתלות אותו, כפי שמוצג באיור 1B.

איור 1: מצמדי סורג חד מימדיים פולטי פני השטח בסיליקון (A) ו-InP (B). ב-(A), אפור וכחול בהיר מייצגים סיליקון וסיליקה, בהתאמה. ב-(B), אדום וכתום מייצגים InGaAsP ו- InP, בהתאמה. דמויות (C) ו-(D) הן תמונות מיקרוסקופ אלקטרוני (SEM) סורקות של מצמד סריג שלוחה תלוי InP.

מרכיב מרכזי נוסף הוא ממיר ספוט-גודל (SSC) בין ה-מוליך גל אופטיוהסיב, הממיר מצב של כ-0.5 × 1 מיקרומטר 2 במוליך גלי הסיליקון למצב של כ-10 × 10 מיקרומטר בסיב. גישה טיפוסית היא להשתמש במבנה הנקרא ה-Inverse taper, שבו מוליך הגל מצטמצם בהדרגה לקצה קטן, מה שגורם להרחבה משמעותית שלאוֹפּטִיתיקון מצב. ניתן לתפוס מצב זה על ידי מוביל גל מזכוכית תלוי, כפי שמוצג באיור 2. עם SSC כזה, אובדן הצימוד של פחות מ-1.5dB מושג בקלות.

איור 2: ממיר גודל דפוס עבור מובילי גל חוטי סיליקון. חומר הסיליקון יוצר מבנה חרוטי הפוך בתוך מוביל גל הזכוכית התלוי. מצע הסיליקון נחרט מתחת למוביל גל הזכוכית התלוי.

המרכיב הפאסיבי המרכזי הוא מפצל קרן הקיטוב. כמה דוגמאות של מפצלי קיטוב מוצגות באיור 3. הראשונה היא אינטרפרומטר Mach-Zender (MZI), כאשר לכל זרוע יש שבירה דו-פעמית שונה. השני הוא מצמד כיווני פשוט. השבירה הדו-פעמית של מוליך גל חוטי סיליקון אופייני היא גבוהה מאוד, כך שניתן לקשר אור מקוטב רוחבי מגנטי (TM) במלואו, בעוד שאור מקוטב חשמלי רוחבי (TE) ניתן כמעט לניתוק. השלישי הוא מצמד סורג, שבו הסיב ממוקם בזווית כך שאור מקוטב TE מחובר לכיוון אחד ואור מקוטב TM מצמד בכיוון השני. הרביעי הוא מצמד סורג דו מימדי. מצבי סיבים ששדות החשמל שלהם מאונכים לכיוון התפשטות מוליך הגל מחוברים למוביל הגל המתאים. ניתן להטות את הסיב ולחבר אותו לשני מוליכי גל, או בניצב לפני השטח ולצמוד לארבעה מוליכי גל. יתרון נוסף של מצמדי סורג דו-ממדיים הוא שהם פועלים כמסתובבי קיטוב, כלומר לכל האור בשבב יש את אותו הקיטוב, אבל שני קיטובים אורתוגונליים משמשים בסיב.

איור 3: מפצלי קיטוב מרובים.