Schienenähnliche Wellenleiter vereinfachen die Miniaturisierung von photonischen Komponenten auf Siliziumwafern

Anonim

Optische Hochgeschwindigkeitsschaltungen und Sensoren erfordern im Allgemeinen eine strenge Kontrolle über die Lichtpolarisation, um Verluste und Übersprechen in photonischen Bauelementen wie Wellenleitern zu minimieren. Ein A * STAR-Team sagt nun voraus, dass Rauschen, das von nicht perfekten Polarisationen herrührt, durch Mikrostrukturen eliminiert werden kann, die als "Schlitz" -Wellenleiter bekannt sind.

Entdeckt vor etwas mehr als einem Jahrzehnt fangen Schlitzwellenleiter elektromagnetische Felder in einem schmalen Bereich zwischen zwei mikrogefertigten Materialstreifen wie Silizium ein. Unterschiede in den Brechungsindizes zwischen den Schlitzen und Schienen helfen dabei, das Licht mit optischer Intensität und Leistung, die bei typischen Wellenleitern nicht zu sehen ist, in den Schlitz zu fokussieren. Diese Eigenschaften verleihen Sensoren eine verbesserte Empfindlichkeit und erzeugen nützliche Verstärkungseffekte.

Eine Schwierigkeit bei photonischen Wellenleitern besteht jedoch darin, ankommende Strahlung in elektrische und magnetische Polarisationskomponenten innerhalb von Räumen im Nanometerbereich aufzuteilen. "Es wird unvermeidlich eine Kontamination durch die Lichtquelle oder Defekte entlang der Wellenleiter geben", sagt Jun Rong Ong vom Institut für Hochleistungsrechnen von A * STAR. "Unerwünschte Polarisation wirkt als Rauschen, und dies verschlechtert die Leistung des Geräts."

Ong, zusammen mit seinen Kollegen Valerian Chen und Ching Eng Png, stellte die Hypothese auf, dass ein spezieller Zustand, der als "Nulldoppelbrechung" bekannt ist, die Notwendigkeit für spezielle Splittervorrichtungen zunichte machen könnte, die derzeit in photonischen Wellenleitern verwendet werden. Doppelbrechung beschreibt, wie Licht mit einer Mischung von Polarisationen in zwei Richtungen brechen kann, wenn es Kristalle mit spezifischen Formen durchläuft. Das Team führte eine systematische theoretische Analyse durch, um zu bestimmen, ob Änderungen der Höhe, des Winkels und der Schlitzgröße des Wellenleiters die Doppelbrechung von dem Wellenleiter entfernen könnten, wobei nur ein einziger Strahl zurückbleibt.

"Durch die Doppelbrechung können wir die unvermeidliche Mischung beider Polarisationen gleichzeitig verarbeiten", erklärt Ong. "Damit könnte der Platzbedarf des Geräts effektiv halbiert werden."

Die Simulationen des Trios zeigten, dass viele Strukturparameter keine Doppelbrechung im Wellenleiter erzeugen konnten, aber einige waren effektiver als andere. Überraschenderweise entdeckten sie, dass die zwei Schienen nicht symmetrisch sein müssen - sie haben ungleiche Breiten, die ermöglichen, dass eine Seite eine größere Lichtmenge begrenzt, und ergeben eine bessere Kontrolle über den Brechungsindex des Wellenleiters. Umgekehrt erwiesen sich symmetrische Schienen als am effektivsten, wenn das Team Wellenleiter mit gebogenen Ausrichtungen zum Kurvenfahren testete.

Gegenwärtig können die Toleranzen, die benötigt werden, um die Nulldoppelbrechungswellenleiter der Forscher zu erzeugen, nur durch Elektronenstrahllithographie, einem relativ langsamen Prozess, realisiert werden. Sie sind jedoch zuversichtlich, dass praktische Demonstrationen dieser Technologie in Reichweite sind.

"Es wäre nützlich zu untersuchen, ob kurze Bauteile, die weniger als ein paar hundert Mikrometer groß sind, im Wafer-Maßstab polarisationsunabhängig sein können", sagt Ong. "Dies könnte zu Anwendungen mit echten Auswirkungen führen."

menu
menu