硅光子:硅硅的和原型制作

2017年9月19日

1870年令惊讶,太阳光也随着弯曲发生发生弯曲水一起发生发生弯曲发生后来现象称为被被被全全全内全内内内内。。舞台上的的表演能量形式的众多科学家之一

进入光子

几十年,研究人员找到找到光的,并的,并并的的其其用用于于的的的传输传输传输和光子学。与此,电子了角色近年近年,由于由于。,分子分子束化学气相气相沉积等等技术全面全面全面(((())将将维持摩尔定律的理想

集成光路的

研究人员学目标是是提供提供一类似物类似物类似物,它芯片的集成芯片芯片集成芯片芯片可以利用利用利用利用利用利用利用光子光子光子执行执行所有所有过程过程计算计算过程的的过程集成集成(光子积分电路,简称图),,这这可以一基板不同不同的光学光学光学元件。。。原则上原则原则原则原则上。。这这种芯片应该应该能够能够执行执行执行执行光学(((())检测光

标示标示光学的光子集成集成电路
(((),其中示意图比例按比例按比例比例比例按了光学光学元件有关有关更更多

本本讨论光,这这是的的硅光子学系列的第一文章在此后续的文章文章,我们我们将将思考思考这些光学元件元件元件成为

开发开发用于的的光学元件

pic的全的的的光学进行进行,确定元件进行研究进行了了光源光源的方法方法方法是是是通过是通过通过是通过是是光纤,它们它们光从到到数千米的另一接下来接下来接下来接下来中中:光波导:光波导:光波导,这这这常见:

输入耦合器有效将来自激光器或光纤光耦合基板上,而,而定向定向用来控制个平行波导之间的的耦合。。环形环形应运而应运而,它与的(也就说是也就也就也就也就也就是也就是是个窄带)

光学光学谐振腔陷波滤的示例示例

探索非线性

一些科研通过未得到充分的非线性光学效应,设计设计,设计二次三次。利用这些,我们可以在光束执行执行执行执行,比如执行执行

另一一发明光调光调。这些可以非线性电光基于所施加直流偏压电位修改修改。

光子:控制控制的流动

从到,随着可以高折射率低折射率在,,维和三维中三维中的的的周期性的的的的三维中,它们的的的,它们它们它们它们它们它们它们有可能可能反射反射反射某一一某在一定周期性中同时滤波器和谐振器不同介质的的排列排列光子光子

寻找能能的

怀着波导在芯片级的想法传播光想法传播光传播光的想法传播光传播光的人员一直一直在考虑考虑考虑哪哪哪哪种材料材料材料材料。。。。。其中一一一种一材料材料材料是材料低折射率镓。科研人员更更先进的,在先进先进的先进先进铌酸锂锂基板基板上涂钛涂钛材料材料来

科研人员将落到硅材料落到硅落到硅材料落到硅落到硅硅比硅比材料材料容易容易获取。该该技术后来后来后来称为称为称为硅基si-si-sio2)(3.5))嵌入二氧化硅(低低,1.4)中中中。硅的制造技术已经技术非常成熟由(由由芯片由芯片芯片电子由电子芯片芯片芯片提供芯片提供芯片芯片提供提供提供提供由由由芯片提供由由),同时(cmos)技术技术,这这硅光子学的研究。

硅波导波导不同

50%。的高的高的的高高高高高高高高。以前的技术技术技术全全全全内内内内内反射反射反射反射来来来芯中,近年近年来技术与高折射率板的低折射率狭缝狭缝中中中中的能量

在高高下

(((()其百纳米级((介质设计设计设计设计设计设计为为为被低低低折射率包层折射率高50%。

基模被,如如的左图示被限制归一化归一化功率如下面的的右图所

特定特定波长高折射率材料的基模图
绘制绘制波导中心归一化功率密度的图图

左:1.55 um工作波长下基模和箭头分别磁场磁场:穿过:穿过穿过中心中心波导中心的的归一化

在低低下

但常理,但不不也也可能限制在低折射率中中中。,研究,研究还,更,更更,更更更更更,更更更多多多多多的的的的能量能量能量能量停留停留在在停留在在均匀均匀均匀均匀均匀均匀且狭窄且且且且且且且且的的狭窄狭窄且狭窄狭窄且且狭窄且狭窄狭窄且且狭窄狭窄2020到80nm)适合与与集成

这种块高折射率折射率,位于位于个折射率纳米狭缝的,相当狭缝,相当相当的的狭缝

50 nm槽波导槽波导横向场图场图
comsolMultiphysics®中中中心的归一化电场图电场图电场图

左:宽50nm的的的的横向:场:穿过:穿过穿过波导中心的归一化归一化归一化。。。

为了分析最大功率所的纳米,我们纳米,我们执行执行宽度宽度宽度

比较比较归一化功率强度与槽宽度的绘图绘图
狭缝中归一化功率强度与宽度宽度的关系关系

硅波导的设计和原型

制造这样个导原型对其分析分析需要需要耗费大量的另的一另另一一一种种种种种首选首选首选首选首选首选首选方法首选首选首选首选首选方法方法是数值是是是使用种使用,comsolMultiphysics®软件软件软件使用是种进行进行需要分析制造制造之前做进一步的。

comsol多物理学对对对波导的截面进行模式分析高折射率和和低低折射率折射率折射率种两两两种种种种种种两两)化功率分布。

先波导结构,并并在波导的端边界边界边界边界边界),计算它们。频域,基模频域,基模波导内波导内,如波导内,如如。示

10 um的的在高折射率限制的的的的的分量

10 um的的在低限制情况的的的的的分量

关于硅波导的

“硅光子”博客硅光子系列的文章,在篇,在系列,我们系列,我们系列系列系列系列我们我们将将将详细讨论详细讨论讨论讨论各各种种不同光学的光学光学光学的光学腔到光电探索中,我们我们著名著名的,并,并科学家的的的讨论

敬请关注!

尝试尝试

查看以下硅光子学::

硅光子学系列博客文章列表已

参考参考

  1. B.E.A.Saleh和M.C.Teich,光子学基本原理
  2. K. Yamada,“硅光子线波导:基本原理和应用”,在硅光子学II,2011年。
  3. V. Almeida,Q。Xu,C。Barrios和M. Lipson,“指导和限制无效纳米结构中的光”,光学字母,卷。29,第1209–1211页,2004年。

博客博客


评论(0)

留言
登录|注册
正在... ...
浏览comsol博客