Photonique sur siliciumcomposants passifs
Plusieurs composants passifs clés sont utilisés en photonique sur silicium. Parmi eux, le coupleur à réseau à émission de surface (SEM), illustré figure 1A, est constitué d'un réseau de diffraction intense intégré au guide d'ondes. Sa période est approximativement égale à la longueur d'onde de la lumière propagée dans le guide. Ceci permet l'émission et la réception de la lumière perpendiculairement à la surface, ce qui est idéal pour les mesures à l'échelle de la plaquette et/ou le couplage à la fibre optique. Les coupleurs à réseau présentent une spécificité en photonique sur silicium : ils nécessitent un fort contraste d'indice vertical. Par exemple, dans un guide d'ondes InP conventionnel, la lumière se propage directement dans le substrat au lieu d'être émise verticalement, car l'indice de réfraction moyen du guide d'ondes est inférieur à celui du substrat. Pour un fonctionnement optimal dans l'InP, il est nécessaire de creuser un trou sous le réseau afin de le suspendre, comme illustré figure 1B.
Figure 1 : Coupleurs à réseau unidimensionnels à émission de surface en silicium (A) et en InP (B). En (A), le gris et le bleu clair représentent respectivement le silicium et la silice. En (B), le rouge et l’orange représentent respectivement l’InGaAsP et l’InP. Les figures (C) et (D) sont des images de microscopie électronique à balayage (MEB) d’un coupleur à réseau en porte-à-faux suspendu en InP.
Un autre élément 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 appelée cône inverse, dans laquelle le guide d'ondes se rétrécit progressivement jusqu'à une pointe fine, ce qui entraîne une expansion significative de la fibre.optiquepatch de mode. Ce mode peut être capturé par un guide d'ondes en verre suspendu, comme illustré sur 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 en 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-Zehnder (MZI), dont chaque bras possède une biréfringence différente. Le deuxième est un simple coupleur directionnel. La biréfringence de forme d'un guide d'ondes en silicium typique étant très élevée, la lumière polarisée transverse magnétique (TM) peut être totalement couplée, tandis que la lumière polarisée transverse électrique (TE) est presque totalement découplée. Le troisième est un coupleur à réseau, dans lequel la fibre est placée selon un angle tel que la lumière polarisée TE soit 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 à réseau bidimensionnel est qu'ils agissent comme des rotateurs de polarisation, ce qui signifie que toute la lumière sur la puce a la même polarisation, mais que deux polarisations orthogonales sont utilisées dans la fibre.
Figure 3 : Séparateurs de polarisation multiples.
Date de publication : 16 juillet 2024