실리콘 포토닉스 수동 부품

실리콘 포토닉스수동 부품

실리콘 포토닉스에는 몇 가지 핵심 수동 부품이 있습니다. 그 중 하나는 그림 1A에 표시된 표면 방출 격자 커플러입니다. 이는 도파관의 광파 파장과 주기가 거의 동일한 도파관의 강한 격자로 구성됩니다. 이를 통해 빛이 표면에 수직으로 방출되거나 수신될 수 있으므로 웨이퍼 수준 측정 및/또는 광섬유에 대한 결합에 이상적입니다. 격자 커플러는 높은 수직 굴절률 대비가 필요하다는 점에서 실리콘 포토닉스에 다소 독특합니다. 예를 들어, 기존 InP 도파관에서 격자 커플러를 만들려고 하면 격자 도파관의 평균 굴절률이 기판보다 낮기 때문에 빛이 수직으로 방출되는 대신 기판으로 직접 누출됩니다. InP에서 작동하려면 그림 1B와 같이 재료를 격자 아래에서 굴착하여 매달아야 합니다.

그림 1: 실리콘(A)과 InP(B)의 표면 방출 1차원 격자 커플러. (A)에서 회색과 연한 파란색은 각각 실리콘과 실리카를 나타냅니다. (B)에서 빨간색과 주황색은 각각 InGaAsP와 InP를 나타냅니다. 그림 (C)와 (D)는 InP 현수 캔틸레버 격자 커플러의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지입니다.

또 다른 핵심 구성 요소는 스폿 크기 변환기(SSC)입니다.광 도파관및 실리콘 도파관의 약 0.5×1μm2 모드를 광섬유의 약 10×10μm2 모드로 변환하는 광섬유. 일반적인 접근 방식은 역 테이퍼(Inverse Taper)라는 구조를 사용하는 것입니다. 이 구조에서는 도파관이 점차 작은 팁으로 좁아져 결과적으로 도파관이 크게 확장됩니다.광학모드 패치. 이 모드는 그림 2에 표시된 것처럼 매달린 유리 도파관으로 캡처할 수 있습니다. 이러한 SSC를 사용하면 1.5dB 미만의 결합 손실을 쉽게 달성할 수 있습니다.

그림 2: 실리콘 와이어 도파관의 패턴 크기 변환기. 실리콘 소재는 매달린 유리 도파관 내부에 역원추형 구조를 형성합니다. 실리콘 기판은 매달린 유리 도파관 아래에서 에칭되어 제거되었습니다.

핵심 수동 부품은 편광 빔 스플리터입니다. 편광 분리기의 몇 가지 예가 그림 3에 나와 있습니다. 첫 번째는 MZI(Mach-Zender 간섭계)로, 각 팔은 서로 다른 복굴절을 갖습니다. 두 번째는 간단한 방향성 결합기입니다. 일반적인 실리콘 와이어 도파관의 형상 복굴절은 매우 높기 때문에 횡자기(TM) 편광은 완전히 결합될 수 있는 반면, 횡 전기(TE) 편광은 거의 분리될 수 있습니다. 세 번째는 그레이팅 커플러(Grated Coupler)로, TE 편광은 한 방향으로, TM 편광은 다른 방향으로 결합되도록 광섬유를 각도로 배치한 것입니다. 네 번째는 2차원 격자 커플러이다. 전기장이 도파관 전파 방향에 수직인 광섬유 모드는 해당 도파관에 결합됩니다. 광섬유는 기울어져 두 개의 도파관에 결합되거나 표면에 수직으로 4개의 도파관에 결합될 수 있습니다. 2차원 격자 커플러의 또 다른 장점은 편광 회전자 역할을 한다는 것입니다. 즉, 칩의 모든 빛은 동일한 편광을 갖지만 광섬유에서는 두 개의 직교 편광이 사용됩니다.

그림 3: 다중 편광 분리기.