רכיבים פסיביים של פוטוניקה מסיליקון

פוטוניקה של סיליקוןרכיבים פסיביים

ישנם מספר רכיבים פסיביים מרכזיים בפוטוניקה של סיליקון. אחד מהם הוא מצמד סורג פולט פני שטח, כפי שמוצג באיור 1A. הוא מורכב מסורג חזק במוליך הגל שתקופתו שווה בקירוב לאורך הגל של גל האור במוליך הגל. זה מאפשר לאור להיפלט או להיקלט בניצב לפני השטח, מה שהופך אותו לאידיאלי למדידות ברמת פרוסת ופלים ו/או צימוד לסיב. מצמדי סורג ייחודיים במידה מסוימת לפוטוניקה של סיליקון בכך שהם דורשים ניגודיות אנכית גבוהה. לדוגמה, אם מנסים ליצור מצמד סורג במוליך גל InP קונבנציונלי, האור דולף ישירות לתוך המצע במקום להיפלט אנכית מכיוון שלמוליך הגל הסורג יש מקדם שבירה ממוצע נמוך יותר מאשר למצע. כדי שזה יעבוד ב-InP, יש לחפור חומר מתחת לסריג כדי לתלות אותו, כפי שמוצג באיור 1B.

איור 1: מצמדים חד-ממדיים בעלי סריגת סיליקון פולטת קרינה משטחית (A) ו-InP (B). ב-(A), אפור וכחול בהיר מייצגים סיליקון וסיליקה, בהתאמה. ב-(B), אדום וכתום מייצגים InGaAsP ו-InP, בהתאמה. איורים (C) ו-(D) הם תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) של מצמד סריגת שלוחה תלוי InP.

רכיב מפתח נוסף הוא ממיר גודל נקודתי (SSC) ביןמוליך גל אופטיוהסיב, אשר ממיר אופן של כ-0.5 × 1 מיקרומטר רבוע במוליך הגל מסיליקון לאופן של כ-10 × 10 מיקרומטר רבוע בסיב. גישה אופיינית היא שימוש במבנה הנקרא התחדדות הפוכה, שבה מוליך הגל מצטמצם בהדרגה לקצה קטן, מה שמביא להתרחבות משמעותית שלאוֹפּטִיתיקון מצב. ניתן ללכוד מצב זה על ידי מוליך גל מזכוכית תלוי, כפי שמוצג באיור 2. עם SSC כזה, ניתן להשיג בקלות אובדן צימוד של פחות מ-1.5dB.

איור 2: ממיר גודל תבנית עבור מוליכי גל מחוטי סיליקון. חומר הסיליקון יוצר מבנה חרוטי הפוך בתוך מוליך הגל מזכוכית התלוי. מצע הסיליקון נחרט מתחת למוליך הגל מזכוכית התלוי.

הרכיב הפסיבי המרכזי הוא מפצל קרן הקיטוב. כמה דוגמאות למפצלי קיטוב מוצגות באיור 3. הראשון הוא אינטרפרומטר מאך-זנדר (MZI), שבו לכל זרוע יש שבירה כפולה שונה. השני הוא מצמד כיווני פשוט. שבירה כפולה של צורת מוליך גלים מסיליקון טיפוסי היא גבוהה מאוד, כך שאור מקוטב מגנטי רוחבי (TM) יכול להיות מצומד באופן מלא, בעוד שאור מקוטב חשמלי רוחבי (TE) יכול להיות כמעט מנותק. השלישי הוא מצמד סורג, שבו הסיב ממוקם בזווית כך שאור מקוטב TE מצומד בכיוון אחד ואור מקוטב TM מצומד בכיוון השני. הרביעי הוא מצמד סורג דו-ממדי. אופני סיבים ששדותיהם החשמליים ניצבים לכיוון התפשטות מוליך הגל מצומדים למוליך הגל המתאים. ניתן להטות את הסיב ולחבר אותו לשני מוליכי גל, או בניצב לפני השטח ולחבר אותו לארבעה מוליכי גל. יתרון נוסף של מצמדי סריגים דו-ממדיים הוא שהם פועלים כמסובבי קיטוב, כלומר לכל האור על השבב יש את אותו הקיטוב, אך נעשה שימוש בשתי קיטובים אורתוגונליים בסיב.

איור 3: מפצלי קיטוב מרובים.