실리콘 포토닉스 수동 부품

실리콘 포토닉스수동 부품

실리콘 포토닉스에는 몇 가지 핵심적인 수동 소자가 있습니다. 그중 하나가 그림 1A에 나타낸 표면 방출형 격자 커플러입니다. 이 커플러는 도파관 내에 빛의 파장과 거의 같은 주기를 갖는 강력한 격자로 구성됩니다. 이를 통해 빛이 표면에 수직으로 방출되거나 수신될 수 있으므로 웨이퍼 레벨 측정 및/또는 광섬유와의 결합에 이상적입니다. 격자 커플러는 높은 수직 굴절률 대비를 요구한다는 점에서 실리콘 포토닉스에 다소 독특한 소자입니다. 예를 들어, 일반적인 InP 도파관에 격자 커플러를 만들려고 하면 격자 도파관의 평균 굴절률이 기판보다 낮기 때문에 빛이 수직으로 방출되지 않고 기판으로 직접 새어 들어갑니다. InP에서 격자 커플러를 제대로 작동시키려면 그림 1B와 같이 격자 아래에 재료를 파내어 격자를 지지해야 합니다.

그림 1: 실리콘(A) 및 InP(B) 표면 방출형 1차원 격자 커플러. (A)에서 회색과 연한 파란색은 각각 실리콘과 실리카를 나타낸다. (B)에서 빨간색과 주황색은 각각 InGaAsP와 InP를 나타낸다. 그림 (C)와 (D)는 InP 현수형 캔틸레버 격자 커플러의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다.

또 다른 핵심 구성 요소는 스팟 사이즈 변환기(SSC)입니다.광 도파관그리고 이 광섬유는 실리콘 도파관에서 약 0.5 × 1 μm²의 모드를 광섬유에서 약 10 × 10 μm²의 모드로 변환합니다. 일반적인 접근 방식은 역 테이퍼 구조라고 하는 것을 사용하는 것인데, 이 구조에서는 도파관이 끝부분으로 갈수록 점차 좁아지면서 광섬유의 모드가 크게 확장됩니다.광학모드 패치. 이 모드는 그림 2에 나타낸 바와 같이 현수형 유리 도파관으로 포착할 수 있습니다. 이러한 SSC를 사용하면 1.5dB 미만의 결합 손실을 쉽게 달성할 수 있습니다.

그림 2: 실리콘 와이어 도파관용 패턴 크기 변환기. 실리콘 재료는 현수 유리 도파관 내부에 역원추형 구조를 형성합니다. 현수 유리 도파관 아래의 실리콘 기판은 에칭 처리되었습니다.

핵심 수동 소자는 편광 빔 분할기입니다. 그림 3에는 몇 가지 편광 분할기의 예가 나와 있습니다. 첫 번째는 각 암이 서로 다른 복굴절률을 갖는 마흐-젠더 간섭계(MZI)입니다. 두 번째는 간단한 방향성 결합기입니다. 일반적인 실리콘 와이어 도파관의 형상 복굴절률이 매우 높기 때문에 횡방향 자기(TM) 편광은 완전히 결합되는 반면, 횡방향 전기(TE) 편광은 거의 결합되지 않습니다. 세 번째는 격자 결합기로, 광섬유를 특정 각도로 배치하여 TE 편광은 한 방향으로, TM 편광은 다른 방향으로 결합되도록 합니다. 네 번째는 2차원 격자 결합기입니다. 전기장이 도파관 진행 방향에 수직인 광섬유 모드는 해당 도파관에 결합됩니다. 광섬유를 기울여 두 개의 도파관에 결합하거나, 표면에 수직으로 배치하여 네 개의 도파관에 결합할 수 있습니다. 2차원 격자 커플러의 또 다른 장점은 편광 회전기 역할을 한다는 것입니다. 즉, 칩 상의 모든 빛은 동일한 편광을 갖지만, 광섬유에서는 서로 직교하는 두 개의 편광이 사용됩니다.

그림 3: 다중 편광 분리기.