Новости

Jun 07, 2024

Реконфигурируемое волокно

Scientific Reports, том 12, номер статьи: 7252 (2022) Цитировать эту статью 2584 Доступ 2 Цитирования 1 Подробности об альтметрических метриках В кремниевой фотонике, устройствах связи волокна с волноводом на основе решеток

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 7252 (2022) Цитировать эту статью

2584 Доступа

2 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В кремниевой фотонике соединители волокна с волноводом на основе решеток обеспечивают связь вне плоскости, что облегчает тестирование на уровне пластины; однако их ограниченная пропускная способность и эффективность ограничивают их использование в широкополосных приложениях. В качестве альтернативы, соединители с торцевым пламенем преодолевают эти ограничения, но требуют предварительного процесса нарезки, что делает их непригодными для тестирования на уровне пластины. Чтобы решить этот компромисс, предлагается реконфигурируемый модуль связи волокна с волноводом, который позволяет осуществлять связь как с помощью решетки, так и с торцевым воспламенением в одной и той же фотонной схеме. В предлагаемом модуле используется переключаемый направленный ответвитель, включающий тонкий слой материала с фазовым переходом, состояние которого изначально аморфно, чтобы активировать ответвитель и, следовательно, облегчить связь с помощью решетки для тестирования на уровне пластины. Состояние можно изменить на кристаллическое с помощью процесса низкотемпературного отжига, чтобы деактивировать направленный ответвитель, тем самым облегчая широкополосное соединение на уровне кристалла через соединители с торцевым пламенем. Все компоненты, включая соединенные переключаемые направленные ответвители, а также решетки и концевые соединители, были индивидуально разработаны посредством тщательного моделирования. Впоследствии они были собраны для создания предлагаемого реконфигурируемого модуля связи, который был смоделирован и проанализирован для проверки работы селективного соединения. Предлагаемый модуль обеспечивает низкие избыточные потери (менее 1,2 дБ) и высокий коэффициент затухания (более 13 дБ) во всем C-диапазоне при работе как с решетчатым, так и с торцевым входом. Ожидается, что предлагаемый реконфигурируемый модуль связи станет практическим решением для гибкого ускорения проверки интегральных фотонных схем в масштабе пластины.

Фотонные интегральные схемы (PIC) для квантовых вычислений, управления лучом, оптической связи и многих других приложений были тщательно исследованы и разработаны за последнее десятилетие1,2,3,4,5,6. С точки зрения практической проверки и работы фотонных схем в качестве широко рекомендуемых схем волоконно-волнового соединения в основном рассматриваются решеточный ответвитель (GAC) и концевой ответвитель на основе преобразователя размера пятна (SSC). легкая муфта7,8,9,10,11,12. GAC в первую очередь предназначены для внеплоскостного соединения, тогда как SSC подходят для соединения торцов в плоскости7,8. Тестирование на уровне пластин, которое возможно только с помощью GAC, имеет важное значение для обеспечения наилучшего выхода PIC во время производства. Однако для GAC ограниченная полоса пропускания, более низкая эффективность связи и более высокая чувствительность к поляризации делают их менее желательными7,9. С другой стороны, SSC обеспечивают выдающуюся эффективность связи, более широкую полосу пропускания и лучшую устойчивость к поляризации7,13, но неизбежно влекут за собой дополнительный процесс нарезки/полировки чипов; что делает их непригодными для тестирования на уровне пластин. В связи с растущим спросом на высокоинтегрированные фотонные чипы и быстро увеличивающимся размером фотонных пластин тестирование на уровне пластин стало, по понятным причинам, незаменимым для ускорения процесса разработки чипов. В этом контексте выбор между GAC и SSC требует компромисса между качеством изготовления и удобством использования PIC. Следовательно, метод, включающий оба соединителя в одну схему, будет очень полезен для достижения лучшего качества изготовления, а также для более широкого применения.

За последние несколько десятилетий по отдельности было проведено несколько исследований торцевых и решетчатых муфт; однако, насколько нам известно, не сообщалось о работе, в которой обсуждался бы встроенный соединитель, который мог бы обеспечивать как соединение в плоскости с использованием соединителя с торцевым воспламенением, так и соединение вне плоскости с использованием GAC в одной и той же цепи. Для одновременной интеграции ГАК и ССК в одну схему необходим механизм, переключающий входы и выходы. Использование общедоступных фотонных переключателей, основанных на термооптических и электрооптических эффектах, нецелесообразно, так как их работа предполагает непрерывную подачу энергии для их работы3. С появлением оптических материалов с фазовым переходом (PCM) энергонезависимое переключение может выполняться без постоянного источника питания14,15,16,17,18. Использование PCM позволяет одновременно интегрировать GAC и SSC в одну схему, тем самым обеспечивая связь света как на уровне пластины, так и на уровне чипа. Исследование, о котором сообщила группа Ю. Чжана, продемонстрировало переходный ответвитель, способный отводить небольшую часть света от волновода, который можно отключить, регулируя состояние PCM, для возможных применений при тестировании на уровне пластины19. Однако он ограничивается улавливанием лишь небольшой части света, что не способствует полномасштабному тестированию схем на уровне пластины. Полномасштабная характеристика, которая может касаться входной/выходной мощности, а не небольшой ее части, является неотъемлемой частью полного использования преимуществ тестирования на уровне пластин. В этом контексте категорически необходима реконфигурируемая схема связи, которая обеспечивает полномасштабное тестирование как на уровне пластины, так и на уровне чипа, чтобы выполнить быструю и гибкую проверку PIC в производстве.