eng
Выпуск #7-8/2023
Д.М.Моховиков, А.А.Гуляева, И.В.Кулинич, А.А.Таловская, А.С.Мырзахметов
ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЙ КОНВЕРТОР ПОЛЯРИЗАЦИИ НА ОСНОВЕ SiN
ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЙ КОНВЕРТОР ПОЛЯРИЗАЦИИ НА ОСНОВЕ SiN
Просмотры: 698
DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.7-8.456.461
В данной работе представлены результаты исследования влияния геометрических параметров конструкции интегрально-оптического (ИО) конвертора поляризации, реализованный на основе гребенчатой волноводной структуры на нитриде кремния на изоляторе (НКНИ), на эффективность поворота поляризации и выходную оптическую мощность устройства. В результате чего была разработана математическая модель ИО конвертора поляризации с эффективностью поворота поляризации >96 % и выходной мощностью >98 %. Также была предложена конструкция ИО конвертора поляризации, с зеркально отраженной секцией поворота поляризации, что позволяет уменьшить влияние технологической ошибки воспроизводимости геометрии устройства до ±215 нм.
В данной работе представлены результаты исследования влияния геометрических параметров конструкции интегрально-оптического (ИО) конвертора поляризации, реализованный на основе гребенчатой волноводной структуры на нитриде кремния на изоляторе (НКНИ), на эффективность поворота поляризации и выходную оптическую мощность устройства. В результате чего была разработана математическая модель ИО конвертора поляризации с эффективностью поворота поляризации >96 % и выходной мощностью >98 %. Также была предложена конструкция ИО конвертора поляризации, с зеркально отраженной секцией поворота поляризации, что позволяет уменьшить влияние технологической ошибки воспроизводимости геометрии устройства до ±215 нм.
Теги: io polarization converter rib optical waveguide silicon nitride гребенчатый оптический волновод ио конвертор поляризации нитрид кремния
Получено: 21.09.2023 г. | Принято: 25.09.2023 г. | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.7-8.456.461
Научная статья
ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЙ КОНВЕРТОР
ПОЛЯРИЗАЦИИ НА ОСНОВЕ SᵢN
Д.М.Моховиков1, инженер, ORCID: 0009-0003-8402-1027 / exelenser@gmail.com
А.А.Гуляева1, 2, инженер, ORCID: 0000-0002-2434-0902
И.В.Кулинич1, к.т.н., ст. науч. сотр., ORCID: 0009-0001-0768-3495
А.А.Таловская1, инженер, ORCID: 0009-0001-6796-1135
А.С.Мырзахметов1, инженер, ORCID: 0009-0007-8194-1169
Аннотация. В данной работе представлены результаты исследования влияния геометрических параметров конструкции интегрально-оптического (ИО) конвертора поляризации, реализованный на основе гребенчатой волноводной структуры на нитриде кремния на изоляторе (НКНИ), на эффективность поворота поляризации и выходную оптическую мощность устройства. В результате чего была разработана математическая модель ИО конвертора поляризации с эффективностью поворота поляризации >96 % и выходной мощностью >98 %. Также была предложена конструкция ИО конвертора поляризации, с зеркально отраженной секцией поворота поляризации, что позволяет уменьшить влияние технологической ошибки воспроизводимости геометрии устройства до ±215 нм.
Ключевые слова: ИО конвертор поляризации, гребенчатый оптический волновод, нитрид кремния
Для цитирования: Д.М. Моховиков, А.А. Гуляева, И.В. Кулинич, А.А. Таловская, А.С. Мырзахметов. Интегрально-оптический конвертор поляризации на основе SiN. НАНОИНДУСТРИЯ. 2023. Т. 16, № 7–8. С. 456–461. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.7-8.456.461
Received: 21.09.2023 | Accepted: 25.09.2023 | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.7-8.456.461
Original paper
THE INTEGRAL-OPTICAL POLARIZATION CONVERTER
BASED ON SᵢN
D.M.Mohovikov1, Engineer, ORCID: 0009-0003-8402-1027 / exelenser@gmail.com
A.A.Guliaeva1, 2, Engineer, ORCID: 0000-0002-2434-0902
I.V.Kulinich1, Cand. of Sci. (Tech), Senior Researcher, ORCID: 0009-0001-0768-3495
A.A.Talovskaya1, Engineer, ORCID: 0009-0001-6796-1135
A.S.Myrzakhmetov1, Engineer, ORCID: 0009-0007-8194-1169
Abstract. This paper presents the results of the study of the influence of geometrical design parameters of an integrated-optical (IO) polarization converter, realized based on a comb waveguide structure on silicon nitride on insulator (SNOI), on the polarization rotation efficiency and output optical power of the device. As a result, a mathematical model of an IO polarization converter with polarization rotation efficiency >96 % and output power >98 % was developed. The design of the polarization converter IO with a mirror-reflected polarization rotation section was also proposed, which allows reducing the influence of technological error of the device geometry reproducibility to ±215 nm.
Keywords: IO polarization converter, rib optical waveguide, silicon nitride
For citation: D.M. Mohovikov, A.A. Guliaeva, I.V. Kulinich, A.A. Talovskaya, A.S. Myrzakhmetov. The integral-optical polarization converter based on SiN. NANOINDUSTRY. 2023. V. 16, no. 7–8. PP. 456–461. https://doi.org/
10.22184/1993-8578.2023.16.7-8.456.461.
ВВЕДЕНИЕ
Потребность в более быстрых и энергоэффективных широкополосных сетях определяет направление мировой исследовательской политики в области оптической передачи данных [1]. Для создания сетей, способных обеспечить работу с растущим трафиком, в современных сетях телекоммуникаций повсеместно внедряются фотонные интегральные схемы (ФИС), в которых потребляемая мощность может быть снижена как минимум на 50 % в сравнении с традиционными интегральными схемами [2].
На сегодняшний день, в связи с увеличением степени интеграции элементов ФИС, возникает проблема высокой чувствительности к поляризации, которая решается при помощи схем разнесения или конвертации поляризации [3]. В следствие чего ведется активная разработка пассивных компонентов, позволяющих удовлетворить высокие требования к поляризационной чувствительности схем [4, 5].
Конвертацию поляризации осуществляют при помощи специальных пассивных устройств – конверторов, которые выполнены в виде ассиметричных гребенчатых волноводов с различной формой поперечного сечения [6–8], длинной от 20 до 150 мкм, обеспечивающих преобразование TE/TM с эффективностью >90 %, а также в виде конусных волноводов [9, 10] длинной от 200 до 1500 мкм, с аналогичной эффективностью преобразования.
Основной проблемой является воспроизведение геометрии ИО конверторов поляризации, так как требуется высокая точность литографии, большое количество технологических операций, а также низкая шероховатость как стенок волноводов, так и поверхности подложки [11]. При сравнении ИО конверторов, полученных на различных фотонных платформах, активно выделяются конверторы поляризации на базе технологии НКНИ [12, 13], отличающиеся низкими вносимыми потерями менее 1 дБ, высокой эффективностью конвертации поляризации >95 % и широким спектром рабочих длин волн, а что самое главное – менее требовательными к литографическому процессу, при возможности интеграции с любыми фотонными платформами на базе тонкопленочного LiNbO3, кремния на изоляторе (КНИ) и InP в сравнении с КНИ-конверторами, обладающими схожими характеристиками, с вносимыми потерями от ~1 до 5 дБ [14, 15].
Таким образом, разработка отечественной технологии НКНИ-конверторов позволит расширить возможности проектирования и производства российских DWDM-систем на любой фотонной платформе.
Поэтому целью работы являлось разработать интегрально-оптический конвертор поляризации на основе НКНИ.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для разработки ИО конвертора была построена его математическая модель в специализированном ПО для расчета и проектирования ФИС– ANSYS Lumerical.
Моделирование выполнялось при помощи метода конечных элементов (МКЭ), который используется при анализе различных фотонных устройств исходя из их геометрии и свойств материалов, входящих в их состав. Основной математический аппарат данного метода сосредоточен на профилях мод, частотах среза и эффективных показателях преломления, благодаря чему возможна оптимизация геометрии волновода в интегральной фотонной системе [16].
Модель ИО конвертора – это волноводная гребенчатая структура на основе НКНИ, состоящая из прямоугольного гребенчатого волновода на входе, ассиметричного гребенчатого волновода, выполняющего функцию поворота поляризации и прямоугольного гребенчатого волновода на выходе (рис.1).
В данной модели плоско поляризованный свет (λ = 1,55 мкм) распространяется в гребне волновода на основе SiN (n = 2), затем, проходя через секцию поворота (ассиметричный волновод), световая волна испытывает поворот поляризации на 90 градусов и выходит из прямоугольного гребенчатого волновода.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Для осуществления поворота поляризации с максимальной эффективностью (100 %) и с максимальной выходной мощностью (100 %) необходимо разработать конструкцию входного гребенчатого волновода, в котором коэффициент удержания TE-моды ΓTE будет составлять 100 %, а коэффициент удержания TM-моды Γ™ – 0%. А также необходимо разработать конструкцию секции поворота поляризации (ассиметричного гребенчатого волновода), в котором ΓTE и Γ™ будет составлять 50 % для каждой моды.
Прямоугольный волновод
В ходе работы был проведен модовый анализ одномодового гребенчатого волновода для различных ширин гребня w, при этом h = w (рис.2).
Результаты проведенного модового анализа показали, что сближение значений эффективных показателей преломления для TE0 и TM0 наблюдается при значениях ширины w и высоты h гребня волновода от 800 нм.
Однако, так как максимальная толщина пленки SiN ограничена технологическими возможностями научно-образовательного центра "Нанотехнологии" ТУСУР и составляет 800 нм, далее при h = 800 нм было проведено исследование влияния ширины гребня волновода w на коэффициент удержания TE0- и TM0-мод. Результаты исследования показали, что ΓTE = 100 %, а Γ™ = 0 % наблюдаются при ширине гребня волновода w = 850 нм.
Секция поворота
Далее были проведены исследования влияния геометрических параметров ассиметричного гребенчатого волновода на эффективность поворота поляризации, который обеспечивается перетеканием оптической мощности из TE0- в TM0-моду. В результате исследований были определены геометрические параметры секции поворота с максимальной эффективностью поворота поляризации. На рис.3 представлены геометрические параметры поперечного сечения ассиметричного волновода, а результаты расчета представлены в табл.1.
Несмотря на высокую эффективность поворота поляризации (96,3 %) и выходную мощность (98,32 %) полученной конструкции ИО конвертора, при проведении технологической оценки воспроизводимости его геометрии, было обнаружено, что технологический допуск данной конструкции составляет ±60 нм, при увеличении которого эффективность работы устройства значительно падает.
Расширение диапазона технологической ошибки достигается увеличением длины секции конвертации в 2 раза, при этом 25 % длины ассиметричного волновода необходимо зеркально отразить (рис.4).
При использовании зеркально отраженной секции конвертации поляризации возможно увеличение допустимой технологической ошибки до 215 нм, при которой наблюдается эффективность конвертации поляризации 96,3 %, а выходная мощность устройства достигает 98,32 %. При этом длина секции конвертора поляризации L составляет 114 мкм.
ВЫВОДЫ
В результате проделанной работы была разработана модель интегрально-оптического конвертора поляризации на основе SixNy/SiO2, обеспечивающего высокую пиковую эффективность конвертации поляризации, достигающую 96,3 %, и выходной мощностью, достигающей 98,32 %, с допустимой технологической ошибкой ±215 нм при длине секции конвертора 114 мкм. Создание прототипа, обеспечивающего схожие характеристики, позволит использовать перспективную технологию НКНИ в более широком спектре устройств фотонной промышленности.
БЛАГОДАРНОСТИ
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема № FEWM-2022-0004 "Исследование и разработка способов изготовления интегральных оптических волноводов и элементов на их основе").
ИНФОРМАЦИЯ О РЕЦЕНЗИРОВАНИИ
Редакция благодарит анонимного рецензента (рецензентов) за их вклад в рецензирование этой работы, а также за размещение статей на сайте журнала и передачу их в электронном виде в НЭБ eLIBRARY.RU.
Декларация о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в данной статье.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Co-packaged datacenter optics: Opportunities and challenges / Minkenberg C. et al. // IET Optoelectron. 2021. Vol. 15, no. 2. PP. 77–91.
Review of Silicon Photonics Technology and Platform Development / Siew S.Y. et al. // J. Light. Technol. 2021. Vol. 39, no. 13. PP. 4374–4389.
Silicon On-Chip PDM and WDM Technologies Via Plasmonics and Subwavelength Grating /
Zhou Z. et al. // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. IEEE, 2019. Vol. 25, no. 2. PP. 1–13.
Mode and Polarization-Division Multiplexing Based on Silicon Nitride Loaded Lithium Niobate on Insulator Platform / Han X. et al. // Laser Photon. Re. V. 2022. Vol. 16, no. 1. P. 2100529.
GHz-Bandwidth InP-HBT AMUX/ADEMUX Circuits for Beyond-1-Tb/s/ch Digital Coherent Optical Transceivers / Nagatani M. et al. // 2022 IEEE Custom Integrated Circuits Conference (CICC). IEEE, 2022. PP. 1–8.
Kumari B., Varshney R.K., Pal B.P. Design of a promising silicon slot waveguide-based ultra-short low loss efficient polarization rotator for the mid-IR // Optik (Stuttg). 2019. Vol. 180. PP. 71–83.
On-chip polarization rotator for type I second harmonic generation / Stanton E.J. et al. // APL Photonics. 2019. Vol. 4, no. 12. P. 126105.
On-Chip Polarization Rotators / Hou Z. et al. // Adv. Opt. Mater. 2019. Vol. 7, no. 10. P. 1900129.
Silicon nitride waveguide polarization rotator and polarization beam splitter for chip-scale atomic systems / Gallacher K. et al. // APL Photonics. 2022. Vol. 7, no. 4. P. 046101.
Low-loss and fabrication tolerant silicon mode-order converters based on novel compact tapers /
Chen D. et al. // Opt. Express. 2015. Vol. 23, no. 9. P. 11152.
Broadband Polarization Rotator and Splitter Based on 70 nm-Etched Waveguides on SOI Platform / Tian Y. et al. // Photonics. 2022. Vol. 9, № 10. P. 758.
Ultracompact polarization converter with a dual subwavelength trench built in a silicon-on-insulator waveguide / Velasco A.V. et al. // Opt. Lett. 2012. Vol. 37, no. 3. P. 365.
Socci L., Sorianello V., Romagnoli M. 300 nm bandwidth adiabatic SOI polarization splitter-rotators exploiting continuous symmetry breaking // Opt. Express. 2015. Vol. 23, no. 15. P. 19261.
Reconfigurable and low-power consumption polarization rotating beam splitter with EIT-like effect based on SOI ridge waveguide / Deng C. et al // Opt. Commun. 2021. Vol. 495. P. 127054.
El-Aassar O., Rebeiz G.M. A DC-to-108-GHz CMOS SOI Distributed Power Amplifier and Modulator Driver Leveraging Multi-Drive Complementary Stacked Cells // IEEE J. Solid-State Circuits. 2019. Vol. 54, no. 12. PP. 3437–3451.
Heterogeneous Si/III-V integration and the optical vertical interconnect access/ Wang Q. et al. // Opt. Express. 2012. Vol. 20, no. 15. P. 16745.
Научная статья
ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЙ КОНВЕРТОР
ПОЛЯРИЗАЦИИ НА ОСНОВЕ SᵢN
Д.М.Моховиков1, инженер, ORCID: 0009-0003-8402-1027 / exelenser@gmail.com
А.А.Гуляева1, 2, инженер, ORCID: 0000-0002-2434-0902
И.В.Кулинич1, к.т.н., ст. науч. сотр., ORCID: 0009-0001-0768-3495
А.А.Таловская1, инженер, ORCID: 0009-0001-6796-1135
А.С.Мырзахметов1, инженер, ORCID: 0009-0007-8194-1169
Аннотация. В данной работе представлены результаты исследования влияния геометрических параметров конструкции интегрально-оптического (ИО) конвертора поляризации, реализованный на основе гребенчатой волноводной структуры на нитриде кремния на изоляторе (НКНИ), на эффективность поворота поляризации и выходную оптическую мощность устройства. В результате чего была разработана математическая модель ИО конвертора поляризации с эффективностью поворота поляризации >96 % и выходной мощностью >98 %. Также была предложена конструкция ИО конвертора поляризации, с зеркально отраженной секцией поворота поляризации, что позволяет уменьшить влияние технологической ошибки воспроизводимости геометрии устройства до ±215 нм.
Ключевые слова: ИО конвертор поляризации, гребенчатый оптический волновод, нитрид кремния
Для цитирования: Д.М. Моховиков, А.А. Гуляева, И.В. Кулинич, А.А. Таловская, А.С. Мырзахметов. Интегрально-оптический конвертор поляризации на основе SiN. НАНОИНДУСТРИЯ. 2023. Т. 16, № 7–8. С. 456–461. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.7-8.456.461
Received: 21.09.2023 | Accepted: 25.09.2023 | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.7-8.456.461
Original paper
THE INTEGRAL-OPTICAL POLARIZATION CONVERTER
BASED ON SᵢN
D.M.Mohovikov1, Engineer, ORCID: 0009-0003-8402-1027 / exelenser@gmail.com
A.A.Guliaeva1, 2, Engineer, ORCID: 0000-0002-2434-0902
I.V.Kulinich1, Cand. of Sci. (Tech), Senior Researcher, ORCID: 0009-0001-0768-3495
A.A.Talovskaya1, Engineer, ORCID: 0009-0001-6796-1135
A.S.Myrzakhmetov1, Engineer, ORCID: 0009-0007-8194-1169
Abstract. This paper presents the results of the study of the influence of geometrical design parameters of an integrated-optical (IO) polarization converter, realized based on a comb waveguide structure on silicon nitride on insulator (SNOI), on the polarization rotation efficiency and output optical power of the device. As a result, a mathematical model of an IO polarization converter with polarization rotation efficiency >96 % and output power >98 % was developed. The design of the polarization converter IO with a mirror-reflected polarization rotation section was also proposed, which allows reducing the influence of technological error of the device geometry reproducibility to ±215 nm.
Keywords: IO polarization converter, rib optical waveguide, silicon nitride
For citation: D.M. Mohovikov, A.A. Guliaeva, I.V. Kulinich, A.A. Talovskaya, A.S. Myrzakhmetov. The integral-optical polarization converter based on SiN. NANOINDUSTRY. 2023. V. 16, no. 7–8. PP. 456–461. https://doi.org/
10.22184/1993-8578.2023.16.7-8.456.461.
ВВЕДЕНИЕ
Потребность в более быстрых и энергоэффективных широкополосных сетях определяет направление мировой исследовательской политики в области оптической передачи данных [1]. Для создания сетей, способных обеспечить работу с растущим трафиком, в современных сетях телекоммуникаций повсеместно внедряются фотонные интегральные схемы (ФИС), в которых потребляемая мощность может быть снижена как минимум на 50 % в сравнении с традиционными интегральными схемами [2].
На сегодняшний день, в связи с увеличением степени интеграции элементов ФИС, возникает проблема высокой чувствительности к поляризации, которая решается при помощи схем разнесения или конвертации поляризации [3]. В следствие чего ведется активная разработка пассивных компонентов, позволяющих удовлетворить высокие требования к поляризационной чувствительности схем [4, 5].
Конвертацию поляризации осуществляют при помощи специальных пассивных устройств – конверторов, которые выполнены в виде ассиметричных гребенчатых волноводов с различной формой поперечного сечения [6–8], длинной от 20 до 150 мкм, обеспечивающих преобразование TE/TM с эффективностью >90 %, а также в виде конусных волноводов [9, 10] длинной от 200 до 1500 мкм, с аналогичной эффективностью преобразования.
Основной проблемой является воспроизведение геометрии ИО конверторов поляризации, так как требуется высокая точность литографии, большое количество технологических операций, а также низкая шероховатость как стенок волноводов, так и поверхности подложки [11]. При сравнении ИО конверторов, полученных на различных фотонных платформах, активно выделяются конверторы поляризации на базе технологии НКНИ [12, 13], отличающиеся низкими вносимыми потерями менее 1 дБ, высокой эффективностью конвертации поляризации >95 % и широким спектром рабочих длин волн, а что самое главное – менее требовательными к литографическому процессу, при возможности интеграции с любыми фотонными платформами на базе тонкопленочного LiNbO3, кремния на изоляторе (КНИ) и InP в сравнении с КНИ-конверторами, обладающими схожими характеристиками, с вносимыми потерями от ~1 до 5 дБ [14, 15].
Таким образом, разработка отечественной технологии НКНИ-конверторов позволит расширить возможности проектирования и производства российских DWDM-систем на любой фотонной платформе.
Поэтому целью работы являлось разработать интегрально-оптический конвертор поляризации на основе НКНИ.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для разработки ИО конвертора была построена его математическая модель в специализированном ПО для расчета и проектирования ФИС– ANSYS Lumerical.
Моделирование выполнялось при помощи метода конечных элементов (МКЭ), который используется при анализе различных фотонных устройств исходя из их геометрии и свойств материалов, входящих в их состав. Основной математический аппарат данного метода сосредоточен на профилях мод, частотах среза и эффективных показателях преломления, благодаря чему возможна оптимизация геометрии волновода в интегральной фотонной системе [16].
Модель ИО конвертора – это волноводная гребенчатая структура на основе НКНИ, состоящая из прямоугольного гребенчатого волновода на входе, ассиметричного гребенчатого волновода, выполняющего функцию поворота поляризации и прямоугольного гребенчатого волновода на выходе (рис.1).
В данной модели плоско поляризованный свет (λ = 1,55 мкм) распространяется в гребне волновода на основе SiN (n = 2), затем, проходя через секцию поворота (ассиметричный волновод), световая волна испытывает поворот поляризации на 90 градусов и выходит из прямоугольного гребенчатого волновода.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Для осуществления поворота поляризации с максимальной эффективностью (100 %) и с максимальной выходной мощностью (100 %) необходимо разработать конструкцию входного гребенчатого волновода, в котором коэффициент удержания TE-моды ΓTE будет составлять 100 %, а коэффициент удержания TM-моды Γ™ – 0%. А также необходимо разработать конструкцию секции поворота поляризации (ассиметричного гребенчатого волновода), в котором ΓTE и Γ™ будет составлять 50 % для каждой моды.
Прямоугольный волновод
В ходе работы был проведен модовый анализ одномодового гребенчатого волновода для различных ширин гребня w, при этом h = w (рис.2).
Результаты проведенного модового анализа показали, что сближение значений эффективных показателей преломления для TE0 и TM0 наблюдается при значениях ширины w и высоты h гребня волновода от 800 нм.
Однако, так как максимальная толщина пленки SiN ограничена технологическими возможностями научно-образовательного центра "Нанотехнологии" ТУСУР и составляет 800 нм, далее при h = 800 нм было проведено исследование влияния ширины гребня волновода w на коэффициент удержания TE0- и TM0-мод. Результаты исследования показали, что ΓTE = 100 %, а Γ™ = 0 % наблюдаются при ширине гребня волновода w = 850 нм.
Секция поворота
Далее были проведены исследования влияния геометрических параметров ассиметричного гребенчатого волновода на эффективность поворота поляризации, который обеспечивается перетеканием оптической мощности из TE0- в TM0-моду. В результате исследований были определены геометрические параметры секции поворота с максимальной эффективностью поворота поляризации. На рис.3 представлены геометрические параметры поперечного сечения ассиметричного волновода, а результаты расчета представлены в табл.1.
Несмотря на высокую эффективность поворота поляризации (96,3 %) и выходную мощность (98,32 %) полученной конструкции ИО конвертора, при проведении технологической оценки воспроизводимости его геометрии, было обнаружено, что технологический допуск данной конструкции составляет ±60 нм, при увеличении которого эффективность работы устройства значительно падает.
Расширение диапазона технологической ошибки достигается увеличением длины секции конвертации в 2 раза, при этом 25 % длины ассиметричного волновода необходимо зеркально отразить (рис.4).
При использовании зеркально отраженной секции конвертации поляризации возможно увеличение допустимой технологической ошибки до 215 нм, при которой наблюдается эффективность конвертации поляризации 96,3 %, а выходная мощность устройства достигает 98,32 %. При этом длина секции конвертора поляризации L составляет 114 мкм.
ВЫВОДЫ
В результате проделанной работы была разработана модель интегрально-оптического конвертора поляризации на основе SixNy/SiO2, обеспечивающего высокую пиковую эффективность конвертации поляризации, достигающую 96,3 %, и выходной мощностью, достигающей 98,32 %, с допустимой технологической ошибкой ±215 нм при длине секции конвертора 114 мкм. Создание прототипа, обеспечивающего схожие характеристики, позволит использовать перспективную технологию НКНИ в более широком спектре устройств фотонной промышленности.
БЛАГОДАРНОСТИ
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема № FEWM-2022-0004 "Исследование и разработка способов изготовления интегральных оптических волноводов и элементов на их основе").
ИНФОРМАЦИЯ О РЕЦЕНЗИРОВАНИИ
Редакция благодарит анонимного рецензента (рецензентов) за их вклад в рецензирование этой работы, а также за размещение статей на сайте журнала и передачу их в электронном виде в НЭБ eLIBRARY.RU.
Декларация о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в данной статье.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Co-packaged datacenter optics: Opportunities and challenges / Minkenberg C. et al. // IET Optoelectron. 2021. Vol. 15, no. 2. PP. 77–91.
Review of Silicon Photonics Technology and Platform Development / Siew S.Y. et al. // J. Light. Technol. 2021. Vol. 39, no. 13. PP. 4374–4389.
Silicon On-Chip PDM and WDM Technologies Via Plasmonics and Subwavelength Grating /
Zhou Z. et al. // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. IEEE, 2019. Vol. 25, no. 2. PP. 1–13.
Mode and Polarization-Division Multiplexing Based on Silicon Nitride Loaded Lithium Niobate on Insulator Platform / Han X. et al. // Laser Photon. Re. V. 2022. Vol. 16, no. 1. P. 2100529.
GHz-Bandwidth InP-HBT AMUX/ADEMUX Circuits for Beyond-1-Tb/s/ch Digital Coherent Optical Transceivers / Nagatani M. et al. // 2022 IEEE Custom Integrated Circuits Conference (CICC). IEEE, 2022. PP. 1–8.
Kumari B., Varshney R.K., Pal B.P. Design of a promising silicon slot waveguide-based ultra-short low loss efficient polarization rotator for the mid-IR // Optik (Stuttg). 2019. Vol. 180. PP. 71–83.
On-chip polarization rotator for type I second harmonic generation / Stanton E.J. et al. // APL Photonics. 2019. Vol. 4, no. 12. P. 126105.
On-Chip Polarization Rotators / Hou Z. et al. // Adv. Opt. Mater. 2019. Vol. 7, no. 10. P. 1900129.
Silicon nitride waveguide polarization rotator and polarization beam splitter for chip-scale atomic systems / Gallacher K. et al. // APL Photonics. 2022. Vol. 7, no. 4. P. 046101.
Low-loss and fabrication tolerant silicon mode-order converters based on novel compact tapers /
Chen D. et al. // Opt. Express. 2015. Vol. 23, no. 9. P. 11152.
Broadband Polarization Rotator and Splitter Based on 70 nm-Etched Waveguides on SOI Platform / Tian Y. et al. // Photonics. 2022. Vol. 9, № 10. P. 758.
Ultracompact polarization converter with a dual subwavelength trench built in a silicon-on-insulator waveguide / Velasco A.V. et al. // Opt. Lett. 2012. Vol. 37, no. 3. P. 365.
Socci L., Sorianello V., Romagnoli M. 300 nm bandwidth adiabatic SOI polarization splitter-rotators exploiting continuous symmetry breaking // Opt. Express. 2015. Vol. 23, no. 15. P. 19261.
Reconfigurable and low-power consumption polarization rotating beam splitter with EIT-like effect based on SOI ridge waveguide / Deng C. et al // Opt. Commun. 2021. Vol. 495. P. 127054.
El-Aassar O., Rebeiz G.M. A DC-to-108-GHz CMOS SOI Distributed Power Amplifier and Modulator Driver Leveraging Multi-Drive Complementary Stacked Cells // IEEE J. Solid-State Circuits. 2019. Vol. 54, no. 12. PP. 3437–3451.
Heterogeneous Si/III-V integration and the optical vertical interconnect access/ Wang Q. et al. // Opt. Express. 2012. Vol. 20, no. 15. P. 16745.
Отзывы читателей
