Componentes pasivos de fotónica de silicio.

Fotónica de siliciocomponentes pasivos

Hay varios componentes pasivos clave en la fotónica de silicio. Uno de ellos es un acoplador de rejilla que emite superficie, como se muestra en la Figura 1A. Consiste en una fuerte rejilla en la guía de ondas cuyo período es aproximadamente igual a la longitud de onda de la onda luminosa en la guía de ondas. Esto permite que la luz se emita o reciba perpendicular a la superficie, lo que la hace ideal para mediciones a nivel de oblea y/o acoplamiento a la fibra. Los acopladores de rejilla son algo exclusivos de la fotónica de silicio porque requieren un alto contraste de índice vertical. Por ejemplo, si intenta hacer un acoplador de rejilla en una guía de ondas InP convencional, la luz se filtra directamente al sustrato en lugar de emitirse verticalmente porque la guía de ondas de rejilla tiene un índice de refracción promedio más bajo que el sustrato. Para que funcione en el InP, se debe excavar material debajo de la rejilla para suspenderla, como se muestra en la Figura 1B.

Figura 1: acopladores de rejilla unidimensionales de emisión superficial en silicio (A) e InP (B). En (A), el gris y el azul claro representan silicio y sílice, respectivamente. En (B), el rojo y el naranja representan InGaAsP e InP, respectivamente. Las figuras (C) y (D) son imágenes de microscopio electrónico de barrido (SEM) de un acoplador de rejilla en voladizo suspendido de InP.

Otro componente clave es el convertidor de tamaño spot (SSC) entre elguía de ondas ópticay la fibra, que convierte un modo de aproximadamente 0,5 × 1 μm2 en la guía de ondas de silicio en un modo de aproximadamente 10 × 10 μm2 en la fibra. Un enfoque típico es utilizar una estructura llamada cono inverso, en la que la guía de ondas se estrecha gradualmente hasta una pequeña punta, lo que resulta en una expansión significativa de laópticoparche de modo. Este modo puede capturarse mediante una guía de ondas de vidrio suspendida, como se muestra en la Figura 2. Con un SSC de este tipo, se logra fácilmente una pérdida de acoplamiento de menos de 1,5 dB.

Figura 2: Convertidor de tamaño de patrón para guías de ondas de alambre de silicio. El material de silicio forma una estructura cónica inversa dentro de la guía de ondas de vidrio suspendida. El sustrato de silicio ha sido grabado debajo de la guía de ondas de vidrio suspendida.

El componente pasivo clave es el divisor del haz de polarización. En la Figura 3 se muestran algunos ejemplos de divisores de polarización. El primero es un interferómetro Mach-Zender (MZI), donde cada brazo tiene una birrefringencia diferente. El segundo es un acoplador direccional simple. La birrefringencia de forma de una guía de ondas de alambre de silicio típica es muy alta, por lo que la luz polarizada magnética transversal (TM) se puede acoplar completamente, mientras que la luz polarizada eléctrica transversal (TE) se puede casi desacoplar. El tercero es un acoplador de rejilla, en el que la fibra se coloca en un ángulo de modo que la luz polarizada TE se acople en una dirección y la luz polarizada TM se acople en la otra. El cuarto es un acoplador de rejilla bidimensional. Los modos de fibra cuyos campos eléctricos son perpendiculares a la dirección de propagación de la guía de ondas se acoplan a la guía de ondas correspondiente. La fibra puede estar inclinada y acoplada a dos guías de ondas, o perpendicular a la superficie y acoplada a cuatro guías de ondas. Una ventaja adicional de los acopladores de rejilla bidimensionales es que actúan como rotadores de polarización, lo que significa que toda la luz en el chip tiene la misma polarización, pero se utilizan dos polarizaciones ortogonales en la fibra.

Figura 3: Múltiples divisores de polarización.