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Updated: Jan 8, 2026

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Published on: April 4, 2017

Acoplador de borde multitip de baja pérdida y gran ancho de banda para integración de chips heterogénea con gran

Zhaohui Liu, Jingjing Sun, Zihao Li

|December 19, 2025

Resumen

Este estudio presenta un nuevo acoplador de borde multitip de cuatro segmentos (FS-MTEC) para la integración eficiente de chips láser de gran diámetro de campo modal (MFD) con fotónica de silicio. El FS-MTEC logra baja pérdida de acoplamiento y amplio ancho de banda, mejorando la integración de chips heterogénea.

Área de la Ciencia:

Fotónica e Ingeniería Óptica
Ciencia e Ingeniería de Materiales
Física de Dispositivos Semiconductores

Sus antecedentes:

La integración de chips de ganancia láser de gran diámetro de campo modal (MFD) y guía de onda ancha con chips fotónicos de silicio enfrenta desafíos debido a las altas pérdidas de acoplamiento.
Los acopladores de borde existentes a menudo se optimizan para dispositivos monomodo o de MFD pequeño, lo que limita su aplicación para láseres de MFD grande.

Objetivo del estudio:

Proponer y demostrar un nuevo acoplador de borde multitip de cuatro segmentos (FS-MTEC) para la integración heterogénea eficiente de chips láser de gran MFD y guía de onda ancha con chips fotónicos basados en silicio.
Lograr alta eficiencia de acoplamiento y baja pérdida para chips láser de gran MFD, superando las limitaciones de integración actuales.

Principales métodos:

Se utilizó una plataforma de Si3N4 sobre aislante (SINOI) para el diseño del FS-MTEC.
Se empleó una estructura de matriz multitip en el extremo de acoplamiento para adaptar la distribución del campo modal.
Se diseñó una sección de transición de guía de onda ahusada de tres segmentos para suprimir las perturbaciones modales y la difracción.
Se realizaron simulaciones de dominio de tiempo de diferencia finita tridimensional (3D-FDTD) para la optimización y el análisis del rendimiento.
Se realizaron análisis de tolerancia de fabricación y Monte Carlo para evaluar la robustez del dispositivo.

Principales resultados:

Se logró una eficiencia de superposición modal del 95% con chips de ganancia láser (MFD elíptico de 50 µm × 2.5 µm).
Eficiencias de acoplamiento de modo TE y TM simuladas del 88% y 92% respectivamente a 1550 nm.
Pérdidas de acoplamiento resultantes de 0.56 dB (TE) y 0.40 dB (TM), comparables a los acopladores monomodo.
Se demostró una operación ultrabanda (<1 dB de pérdida) desde la banda O hasta la banda L.
Se exhibió alta tolerancia al desalineamiento horizontal (±8.5 µm para ≤1 dB de pérdida adicional).
Los análisis de tolerancia de fabricación y Monte Carlo confirmaron la robustez del dispositivo.

Conclusiones:

El FS-MTEC propuesto aborda eficazmente las altas pérdidas de acoplamiento en la integración de chips láser de gran MFD y guía de onda ancha con fotónica de silicio.
El dispositivo ofrece un excelente rendimiento de acoplamiento, operación ultrabanda y robustez, lo que lo hace adecuado para la integración de chips heterogénea.
Este trabajo presenta una nueva estrategia prometedora para la integración avanzada de chips fotónicos, permitiendo aplicaciones más amplias de láseres de MFD grande.

Palabras clave:

acoplador de borde fotónica de silicio gran diámetro de campo modal integración de chips heterogénea baja pérdida gran ancho de banda

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