On-chip transzformációs optika multimódusú hullámvezető görbékhez - la kommunikáció
Tárgyak
Összegzés
Bevezetés
Elvileg az intermodális keverés nem fordul elő egy teljesen egyenes hullámvezetőben történő többmódú terjedés esetén, de ha görbéket (vagy a vezetőszerkezet egyéb zavarait) vezetik be, akkor a módok közötti keverés jelentős lehet. A hullámvezető egyenes útjától való bármilyen eltérés sok más módon gerjesztést okoz, az egyenes és az ívelt szakaszok közötti modális eltérés miatt. Az így létrehozott modális átfedés korlátozná az adatátviteli sebességet, amelyet ez a hullámvezető képes támogatni 1 .
Itt mutatjuk be az útválasztási jelzést egy ultra-alacsony intermodális csatolású multimódusú hullámvezető görbében, amelyet transzformációs optika (TO) felhasználásával terveztünk 2, 3. A kialakítás egy virtuális tér görbületén alapszik, amely az egyenes multimódusú hullámvezetőt 90 ° -os görbében tartalmazza, így a fény úgy mozog a görbe mentén, mint az eredeti egyenes hullámvezetőnél, vagyis minimális kapcsolással az üzemmódok között. Fontos megjegyezni, hogy nemcsak a modális eloszlás megmarad a görbe mentén, hanem a módok közötti fáziskapcsolat is kulcsfontosságú tényező minden fázisérzékeny alkalmazásnál.
Eredmények
Modális tartomány multimódusú hullámvezetőkben
Az ábra a mágneses mező (| H | 2) nagyságát mutatja négyzetben egy hagyományos multimódus görbén, amikor a bemeneti multimódusú hullámvezető első három módjával gerjesztjük ( nak nek - c, illetőleg). A bemeneti módok (kék keresztmetszetek, a jobb felső végpontokon) sok más üzemmódhoz vannak kapcsolva, amint azt a kimenetek keresztmetszeti diagramjai bizonyítják (piros, a bal alsó végpontokon). A hullámvezetők szélessége 4 µm, a görbék sugara 78,8 µm. A szimulációkat az FEniCS 4 megoldó segítségével hajtottuk végre .
Teljes méretű kép
Többmódú görbe kialakítása TO-n keresztül
A kapott optimalizált többmódusú görbe effektív görbületi sugara a hullámvezető szélességének 19,7-szerese. 4 µm széles hullámvezető használata 78,8 µm sugarat eredményez, amelyet összehasonlítás céljából az 1. ábra szimulációiban is használtunk. A 2. ábrán bemutatjuk a bemeneti hullámvezető első három terjedési módját, amelyek szinte zökkenőmentesen haladnak az optimalizált görbén. Az optimalizált görbe effektív indexprofilja a 3a. Ábrán látható.
Az ábra a mágneses tér (| H | 2) négyzetének nagyságát mutatja azokban az esetekben, amikor a görbét gerjesztjük a bemeneti multimódusú hullámvezető első három módjával ( nak nek - c, illetőleg). A bemeneti módok (kék keresztmetszetek, a jobb felső végpontokon) megmaradnak a görbék mentén, minimális kapcsolást mutatva a módok között a kimeneteknél (piros, a bal alsó végpontokon). A hullámvezetők szélessége 4 μm, a görbék sugara 78,8 μm.
Teljes méretű kép
Optimalizált törésmutató profil ( nak nek ) a multimódusos hajtáshoz és a megfelelő szilíciumréteg vastagsághoz ( ) a könyök megvalósításához. ( c ) A törésmutató és a profilok vastagságának keresztmetszete a végpontokon (kék) és a görbe közepén (piros). ( d ) A gyártott gradiens indexgörbe (10 μm skála) pásztázó elektronmikroszkópos képei. A panelen látható a szürkeárnyalatos folyamat által elért simaság és, közelképek a görbe belsejéből (5 μm skála) és a panelről F, kapcsolat egy hagyományos multimódusú hullámvezetővel a kimeneten (4 μm skála). ( g ) Egy gyártott görbe atomerő-mikroszkópos letapogatása, amely megmutatja a szilíciumréteg vastagsági profilját.
Teljes méretű kép
Fokozatos indexű eszközök gyártása
Ennek a multimódusú görbének a gyártását szürkeárnyalatos elektronnyaláb-litográfiával hajtjuk végre, szigetelő szilícium ostyán, 3 µm-es eltemetett SiO 2-réteggel és 500 nm-es Si-réteggel. A függőleges födémszerkezetünk effektív terjedési indexének felhasználásával létrehozzuk a szükséges nem egységes törésmutató közeget, amely az eltemetett SiO 2 rétegből, a Si vezető rétegből és egy SiO 2 burkolatrétegből áll, amely a plazmával fokozott kémiai gőzlerakódáson helyezkedik el. Ennek a szerkezetnek a tényleges terjedési indexét a Si, 16, 17, 18, 19, 20 réteg vastagsága szabályozza, így a TO optimalizálás indextérképét (3a. Ábra) gyártandó vastagságtérképpé alakítják. szürkeárnyalatos litográfiával (3b. ábra). A szürkeárnyalatos litográfiát dózismodulációval hajtják végre, hogy a fotonikus eszközt vertikális felbontással modellezzék
10 nm. Megjegyezzük, hogy bár hasonló eljárásokat alkalmaznak diffrakciós optikai elemek, mikroelektromechanikus szerkezetek és alacsonyabb kontrasztú, 21, 22, 23, 24, 25 gradiens indexű, viszonylag gyenge 80 nm-es magasságváltozással rendelkező lencsék gyártásában tízmikronos távolságokon, esetünkben a folyamat 400 nm-es erős magasságváltozásokat tesz lehetővé kevesebb, mint 1 μm alatt, miközben az ellenállási magasságprofil pontos szabályozása megmarad a nanométeres skálán. A 3. ábra a szürkeárnyalatos mintázatú eszközt mutatja sima felületi profillal Si-ben.