シリコンフォトニクス受動部品

シリコンフォトニクス受動部品

シリコンフォトニクスにはいくつかの重要な受動部品があります。図 1A に示すように、そのうちの 1 つは面発光回折格子カプラです。これは、導波路内の光波の波長にほぼ等しい周期を持つ導波路内の強力な回折格子で構成されています。これにより、光を表面に対して垂直に発光または受信できるため、ウェーハレベルの測定やファイバーへの結合に最適です。回折格子カプラは、高い垂直屈折率コントラストを必要とするという点で、シリコン フォトニクスにやや独特です。たとえば、従来の InP 導波路内に回折格子カプラを作成しようとすると、回折格子導波路の平均屈折率が基板よりも低いため、光は垂直に放射されずに基板に直接漏れます。これを InP で機能させるには、図 1B に示すように、格子の下に材料を掘削して格子を吊り下げる必要があります。

図 1: シリコン (A) および InP (B) の表面発光 1 次元回折格子カプラー。 (A) では、灰色と水色がそれぞれシリコンとシリカを表しています。 (B) では、赤とオレンジがそれぞれ InGaAsP と InP を表します。図 (C) と (D) は、InP 吊り下げカンチレバー回折格子カプラーの走査型電子顕微鏡 (SEM) 画像です。

もう 1 つの重要なコンポーネントは、光導波路ファイバーは、シリコン導波路内の約 0.5 × 1 μm2 のモードをファイバー内の約 10 × 10 μm2 のモードに変換します。典型的なアプローチは、逆テーパーと呼ばれる構造を使用することです。この構造では、導波管が小さな先端に向かって徐々に狭くなり、その結果、導波管の大幅な拡張が生じます。光学的モードパッチ。このモードは、図 2 に示すように、吊り下げられたガラス導波路によって捕捉できます。このような SSC を使用すると、1.5dB 未満の結合損失が容易に達成されます。

図 2: シリコン ワイヤ導波路のパターン サイズ コンバーター。シリコン材料は、吊り下げられたガラス導波路の内部に逆円錐構造を形成します。シリコン基板は、吊り下げられたガラス導波路の下でエッチングにより除去されています。

重要な受動部品は偏光ビームスプリッターです。偏光スプリッターのいくつかの例を図 3 に示します。最初の例はマッハツェンダー干渉計 (MZI) で、各アームが異なる複屈折を持っています。 2 つ目は単純な方向性結合器です。一般的なシリコン ワイヤ導波路の形状複屈折は非常に高いため、横磁気 (TM) 偏光は完全に結合されますが、横電気 (TE) 偏光はほとんど結合されません。 3 つ目はグレーティング カプラで、TE 偏光が一方の方向に結合され、TM 偏光が他方の方向に結合されるようにファイバが角度を付けて配置されています。 4 番目は 2 次元グレーティング カプラです。電界が導波路の伝播方向に対して垂直であるファイバ モードは、対応する導波路に結合されます。ファイバーを傾けて 2 つの導波路に結合することも、表面に垂直にして 4 つの導波路に結合することもできます。 2 次元グレーティング カプラーの追加の利点は、偏光回転子として機能することです。つまり、チップ上のすべての光は同じ偏光を持ちますが、ファイバー内では 2 つの直交する偏光が使用されます。

図 3: 複数の偏波スプリッター。