المكونات السلبية للفوتونيات السيليكونية

الفوتونيات السيليكونيةالمكونات السلبية

تتضمن تقنية الفوتونيات السيليكونية عدة مكونات سلبية رئيسية. أحدها هو مُقترن محزز باعث للضوء من السطح، كما هو موضح في الشكل 1أ. يتكون هذا المُقترن من محزز قوي داخل الدليل الموجي، وتكون دورته مساوية تقريبًا لطول موجة الضوء في الدليل الموجي. يسمح هذا بانبعاث الضوء أو استقباله عموديًا على السطح، مما يجعله مثاليًا للقياسات على مستوى الرقاقة و/أو للربط بالألياف الضوئية. تتميز مُقترنات المحزز في الفوتونيات السيليكونية بكونها تتطلب تباينًا عاليًا في معامل الانكسار الرأسي. على سبيل المثال، عند محاولة صنع مُقترن محزز في دليل موجي تقليدي من فوسفيد الإنديوم (InP)، يتسرب الضوء مباشرةً إلى الركيزة بدلًا من انبعاثه رأسيًا، لأن معامل انكسار دليل المحزز أقل من معامل انكسار الركيزة. ولجعله يعمل في فوسفيد الإنديوم، يجب حفر مادة أسفل المحزز لتعليقه، كما هو موضح في الشكل 1ب.

الشكل 1: مُقترنات محززة أحادية البعد ذات انبعاث سطحي في السيليكون (أ) وInP (ب). في (أ)، يُمثل اللون الرمادي السيليكون، بينما يُمثل اللون الأزرق الفاتح السيليكا. في (ب)، يُمثل اللون الأحمر InGaAsP، بينما يُمثل اللون البرتقالي InP. الشكلان (ج) و(د) عبارة عن صور مجهرية إلكترونية ماسحة (SEM) لمُقترن محزز معلق من InP.

ومن المكونات الرئيسية الأخرى محول حجم البقعة (SSC) بينالموجه الضوئيوالألياف، التي تحول نمطًا يبلغ حوالي 0.5 × 1 ميكرومتر مربع في الموجه السيليكونية إلى نمط يبلغ حوالي 10 × 10 ميكرومتر مربع في الألياف. يتمثل أحد الأساليب الشائعة في استخدام بنية تسمى المخروط العكسي، حيث يضيق الموجه تدريجيًا إلى طرف صغير، مما يؤدي إلى توسع كبير فيبصرينمط الرقعة. يمكن التقاط هذا النمط بواسطة دليل موجي زجاجي معلق، كما هو موضح في الشكل 2. باستخدام هذا النوع من SSC، يمكن بسهولة تحقيق فقدان اقتران أقل من 1.5 ديسيبل.

الشكل 2: محول حجم النمط لموجهات الأسلاك السيليكونية. تشكل مادة السيليكون بنية مخروطية معكوسة داخل موجه الزجاج المعلق. تم حفر ركيزة السيليكون أسفل موجه الزجاج المعلق.

المكون السلبي الرئيسي هو مُقسِّم حزمة الاستقطاب. يوضح الشكل 3 بعض الأمثلة على مُقسِّمات الاستقطاب. الأول هو مقياس تداخل ماخ-زيندر (MZI)، حيث يتميز كل ذراع بانكسار ضوئي مختلف. الثاني هو مُقترن اتجاهي بسيط. يتميز الانكسار الضوئي لشكل دليل الموجة السلكي السيليكوني النموذجي بأنه عالٍ جدًا، لذا يمكن اقتران الضوء المستقطب مغناطيسيًا عرضيًا (TM) بشكل كامل، بينما يمكن فصل الضوء المستقطب كهربائيًا عرضيًا (TE) بشكل شبه كامل. الثالث هو مُقترن محزز، حيث توضع الألياف بزاوية بحيث يقترن الضوء المستقطب TE في اتجاه والضوء المستقطب TM في الاتجاه الآخر. الرابع هو مُقترن محزز ثنائي الأبعاد. يتم اقتران أنماط الألياف التي تكون مجالاتها الكهربائية عمودية على اتجاه انتشار دليل الموجة بدليل الموجة المقابل. يمكن إمالة الألياف واقترانها بدليلي موجة، أو وضعها عموديًا على السطح واقترانها بأربعة أدلة موجة. تتمثل إحدى المزايا الإضافية لمقرنات الشبكة ثنائية الأبعاد في أنها تعمل كمدورات استقطاب، مما يعني أن جميع الضوء على الشريحة له نفس الاستقطاب، ولكن يتم استخدام استقطابين متعامدين في الألياف.

الشكل 3: مقسمات الاستقطاب المتعددة.