Composants passifs photoniques au silicium

Photonique sur siliciumcomposants passifs

Il existe plusieurs composants passifs clés dans la photonique sur silicium. L'un d'eux est un coupleur de réseau à émission de surface, comme le montre la figure 1A. Il s'agit 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 la rend idéale pour les mesures au niveau de la tranche et/ou le couplage à la fibre. Les coupleurs à réseau sont quelque peu uniques à la photonique sur silicium dans la mesure où ils nécessitent un contraste d'indice vertical élevé. Par exemple, si vous essayez de créer un coupleur à réseau dans un guide d'ondes InP conventionnel, la lumière s'infiltre 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 le faire fonctionner dans l'InP, il faut creuser du matériel sous la grille pour la suspendre, comme le montre la figure 1B.


Figure 1 : coupleurs de réseaux unidimensionnels à émission surfacique en silicium (A) et 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 InGaAsP et InP. Les figures (C) et (D) sont des images au microscope électronique à balayage (MEB) d'un coupleur de réseau en porte-à-faux suspendu InP.

Un autre composant clé est le convertisseur de taille de spot (SSC) entre leguide d'onde 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 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 le montre 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 fil de silicium. Le matériau 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 de polarisation. Quelques exemples de séparateurs de polarisation sont présentés à la figure 3. Le premier est un interféromètre de Mach-Zender (MZI), dans lequel chaque bras a une biréfringence différente. Le second est un simple coupleur directionnel. La biréfringence de forme d'un guide d'ondes typique en fil de silicium est très élevée, de sorte que la lumière polarisée magnétique transversale (TM) peut être entièrement couplée, tandis que la lumière polarisée électrique transversale (TE) peut être presque découplée. Le troisième est un coupleur à réseau, dans lequel la fibre est placée selon un angle de sorte que la lumière polarisée TE soit couplée dans une direction et la lumière polarisée TM soit couplée dans l'autre. Le quatrième est un coupleur de réseau bidimensionnel. Les modes fibre dont les champs électriques sont perpendiculaires à la direction de propagation du guide d'onde sont couplés au guide d'onde 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.


Heure de publication : 16 juillet 2024