Photonique sur siliciumcomposants passifs
La photonique sur silicium comporte plusieurs composants passifs clés. L'un d'eux est un coupleur à réseau à émission de surface, illustré à la figure 1A. Il est constitué d'un réseau puissant dans le guide d'ondes, dont la période est approximativement égale à la longueur d'onde de l'onde lumineuse dans le guide d'ondes. Cela permet à la lumière d'être émise ou reçue perpendiculairement à la surface, ce qui le rend idéal pour les mesures à l'échelle de la tranche et/ou le couplage à la fibre. Les coupleurs à réseau sont spécifiques à la photonique sur silicium, car ils nécessitent un contraste d'indice vertical élevé. Par exemple, si l'on tente de fabriquer un coupleur à réseau dans un guide d'ondes InP classique, la lumière fuit directement dans le substrat au lieu d'être émise verticalement, car le guide d'ondes à réseau a un indice de réfraction moyen inférieur à celui du substrat. Pour que cela fonctionne dans l'InP, il faut creuser du matériau sous le réseau pour le suspendre, comme illustré à la figure 1B.
Figure 1 : Coupleurs à réseau unidimensionnels à émission de surface en silicium (A) et InP (B). Dans (A), le gris et le bleu clair représentent respectivement le silicium et la silice. Dans (B), le rouge et l'orange représentent respectivement l'InGaAsP et l'InP. Les figures (C) et (D) sont des images au microscope électronique à balayage (MEB) d'un coupleur à réseau cantilever suspendu en InP.
Un autre composant clé est le convertisseur de taille de spot (SSC) entre leguide d'ondes optiqueet la fibre, qui convertit un mode d'environ 0,5 × 1 μm² dans le guide d'ondes en silicium en un mode d'environ 10 × 10 μm² dans la fibre. Une approche typique consiste à utiliser une structure dite à cône inverse, dans laquelle le guide d'ondes se rétrécit progressivement jusqu'à une petite pointe, ce qui entraîne une expansion significative duoptiquePatch de mode. Ce mode peut être capturé par un guide d'ondes en verre suspendu, comme illustré à la figure 2. Avec un tel SSC, une perte de couplage inférieure à 1,5 dB est facilement obtenue.
Figure 2 : Convertisseur de taille de motif pour guides d'ondes à fil de silicium. Le silicium forme une structure conique inversée à l'intérieur du guide d'ondes en verre suspendu. Le substrat de silicium a été gravé sous le guide d'ondes en verre suspendu.
Le composant passif clé est le séparateur de faisceau polarisant. La figure 3 présente quelques exemples de séparateurs de polarisation. Le premier est un interféromètre de Mach-Zender (MZI), dont chaque bras présente une biréfringence différente. Le deuxième est un coupleur directionnel simple. La biréfringence de forme d'un guide d'ondes à fil de silicium classique est très élevée, ce qui permet de coupler entièrement la lumière polarisée magnétique transversale (TM) et de la découpler quasiment entièrement la lumière polarisée électrique transversale (TE). Le troisième est un coupleur à réseau, dans lequel la fibre est placée à un angle tel que la lumière polarisée TE est couplée dans une direction et la lumière polarisée TM dans l'autre. Le quatrième est un coupleur à réseau bidimensionnel. Les modes de la fibre dont les champs électriques sont perpendiculaires à la direction de propagation du guide d'ondes sont couplés au guide d'ondes correspondant. La fibre peut être inclinée et couplée à deux guides d'ondes, ou perpendiculaire à la surface et couplée à quatre guides d'ondes. Un avantage supplémentaire des coupleurs de réseau bidimensionnels est qu’ils agissent comme des rotateurs de polarisation, ce qui signifie que toute la lumière sur la puce a la même polarisation, mais deux polarisations orthogonales sont utilisées dans la fibre.
Figure 3 : Séparateurs de polarisation multiples.
Date de publication : 16 juillet 2024