シリコンフォトニクスパッシブコンポーネント

シリコンフォトニクスパッシブコンポーネント

シリコンフォトニクスにはいくつかの重要なパッシブコンポーネントがあります。これらの1つは、図1aに示すように、表面発光グレーティングカプラーです。これは、期間が導波路の光波の波長にほぼ等しい導波路の強い格子で構成されています。これにより、光を表面に垂直に放出または受信することができ、ウェーハレベルの測定や繊維へのカップリングに最適です。グレーティングカプラーは、シリコンフォトニクスに幾分ユニークになります。たとえば、従来のINP導波路で格子カプラーを作ろうとすると、格子導波路の平均屈折率が基板よりも低いため、光は垂直に放出されるのではなく、基板に直接漏れます。図1Bに示すように、INPで機能させるには、格子の下に材料を掘削して吊り下げる必要があります。

図1：シリコン（A）およびINP（B）で表面発光1次元グレーティングカプラー。 （a）では、グレーとライトブルーはそれぞれシリコンとシリカを表しています。 （b）では、赤とオレンジはそれぞれインガスプとINPを表しています。図（c）および（d）は、INP懸濁片持ちのカンチレバー格子カプラーの走査型電子顕微鏡（SEM）画像です。

別の重要なコンポーネントは、間のスポットサイズコンバーター（SSC）です光学波路繊維は、シリコン導波路の約0.5×1μm2のモードを繊維の約10×10μm2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。そこでは、導波路が徐々に小さな先端に狭くなり、その結果、光学モードパッチ。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キャプチャできます。このようなSSCでは、1.5dB未満のカップリング損失が簡単に達成されます。

図2：シリコンワイヤー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内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にエッチングされています。

重要なパッシブコンポーネントは、偏光ビームスプリッターです。偏光スプリッターの例を図3に示します。1つ目はマッハゼンダー干渉計（MZI）で、各アームには異なる複屈折があります。 2つ目は、シンプルな方向カプラーです。典型的なシリコンワイヤ導波路の形状の複屈折は非常に高いため、横方向の磁気（TM）偏光を完全に結合できますが、横方向の電気（TE）偏光はほとんど除去できます。 3番目は格子カプラーです。このカプラーでは、繊維が角度に配置されているため、TE偏光が一方の方向に結合され、TM偏光がもう一方の方向に結合されます。 4番目は2次元のグレーティングカプラーです。電界が導波管伝播の方向に垂直な繊維モードは、対応する導波路に結合されます。繊維は、2つの導波路に傾斜して結合するか、表面に垂直で4つの導波路に結合することができます。 2次元グレーティングカプラーの追加の利点は、偏光回転器として作用することです。つまり、チップ上のすべての光は同じ偏光を持っていますが、2つの直交偏光が繊維で使用されています。

図3：複数の偏光スプリッター。