高効率、低反射、S+C+Lバンド対応シリコンフォトニクスMPWプラットフォーム用グレーティングカプラ

科学分野:

• フォトニクスおよび光学工学;半導体デバイス製造;集積光学

背景:

• グレーティングカプラは、垂直光ファイバ-チップ接続を容易にしますが、帯域幅の制限に直面することがよくあります。;シリコンフォトニクスマルチプロジェクトウェーハ（MPW）プラットフォームは、高度なデバイス設計に利用できる浅いエッチングプロセスを提供します。;既存のグレーティングカプラ設計は、新しい光学通信アプリケーションに必要な帯域幅と加工許容度を欠いている可能性があります。

研究 の 目的:

• シリコンフォトニクスMPWプラットフォームを利用したコンパクトな集光グレーティングカプラの設計と実現。;従来のグレーティングカプラ設計に固有の帯域幅の制限を克服すること。;ウェーハスケールテストアプリケーションのための高性能と加工許容度を実証すること。

主な方法:

• 効率的な半逆設計法を用いて、最小特徴サイズが100nmおよび200nmの2つの集光グレーティングカプラを作成しました。;シリコンフォトニクスMPWプラットフォームで利用可能な浅いエッチングプロセスを利用しました。;180nm深紫外線（DUV）MPWプロセスを使用してデバイスを作製しました。

主要な成果:

• 理論上のピーク結合効率は-2.1および-2.5dBを達成しました。;S+C+Lバンド全体で-12.4dBおよび-13.3dBを超える結合効率を示しました。;作製されたデバイスは、Cバンド内で115.5nmの帯域幅にわたって-10dBを超える結合効率を示しました。;Cバンド内で±20nmの導波路幅偏差に対して1dB以内の結合効率オフセットが観察されました。

結論:

• 開発されたグレーティングカプラは、MPW互換性、帯域幅、加工許容度、および低反射において大きな利点を提供します。;これらのデバイスは、シリコンフォトニックチップのウェーハスケールインラインテストに非常に適しています。;グレーティングカプラは、高度なS+C+Lバンド光学通信システムに大きな可能性を秘めています。