Diseño inverso de guías de onda de silicio deformadas para conversión cíclica multimodo

Área de la Ciencia:

• Fotónica y Ingeniería Óptica.
• La óptica integrada es una óptica integrada.
• La nanofotónica es la nanofotónica.

Sus antecedentes:

• La multiplexación por división de modos (MDM) es crucial para aumentar la capacidad de los circuitos fotónicos integrados (PIC).
• Los dispositivos de manipulación de modo compactos y eficientes son componentes esenciales para las guías de onda del bus en los sistemas MDM.
• Los métodos actuales para la conversión de modo a menudo se enfrentan a limitaciones en tamaño y eficiencia.

Objetivo del estudio:

• Para presentar el diseño inverso de dos convertidores cíclicos de modo ultracompacto para PIC.
• Para demostrar la conversión mutua eficiente entre diferentes modos ópticos (TE0/TE1 y TE0/TE1/TE2).
• Explorar el potencial del diseño inverso en guías de onda de silicio multimodo deformadas para la manipulación de modo avanzado.

Principales métodos:

• Utilizó una combinación del método de elementos finitos, la parametrización de deformación basada en polinomios de Bernstein y el método basado en gradientes de asíntotas móviles para el diseño inverso.
• Se empleó una estrategia de optimización en dos etapas para el convertidor cíclico de modo triple.
• El rendimiento del dispositivo validado utilizando simulaciones tridimensionales de dominio de tiempo de diferencias finitas (3D-FDTD) en una plataforma de silicio sobre aislante (SOI).

Principales resultados:

• Se lograron dos convertidores cíclicos de modo ultracompacto con una longitud de sólo 7 μm.
• Se ha demostrado un convertidor cíclico de doble modo (DMCC) con altas eficiencias de conversión (-0,053 dB para TE0-a-TE1, -0,043 dB para TE1-a-TE0) y pureza de modo (99,3%).
• Realizó un convertidor cíclico de triple modo (TMCC) con una conversión cíclica eficiente (por ejemplo, -0.67 dB para TE0 a TE1) y altas puridades de modo (hasta 98.3%).
• Robustez demostrada a las desviaciones de fabricación de ±10 nm.

Conclusiones:

• El diseño inverso es un enfoque poderoso para crear convertidores cíclicos de modo eficiente y ultracompacto en guías de onda de silicio.
• Los dispositivos DMCC y TMCC desarrollados avanzan significativamente las capacidades de manipulación de modo para MDM en PICs.
• Estos hallazgos allanan el camino para sistemas de comunicación óptica de mayor capacidad.