高效率的自聚焦元材料格合器在化与无形覆盖层的化

科学领域:

• 光子学是指光子学的使用方法.
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• 材料科学 材料科学 材料科学

背景情况:

• 高效的光纤芯片合对于集成光子学至关重要.
• 化 (SiN) 波导在当前的格联接器设计中面临着挑战,原因是指数对比度中等.
• 现有的SiN网格合器需要更长的结构,导致光线与光纤的合效率低下.

研究的目的:

• 为化 (SiN) 光子集成电路开发一种新的网格合器架构.
• 为了克服SiN中等指数对比度的局限性,用于高效的表面格子合器.
• 为了增强基于SiN的光子设备在标准光纤中的光合.

主要方法:

• 使用无形 (α-Si) 覆盖来打破垂直对称性并增加方向性.
• 实现了亚波长元材料的apodization,以优化场域与光纤模式的重叠.
• 采用严格的3D有限差异时间域 (FDTD) 模拟和遗传算法优化.
• 设计了衍射束的相位,以将场聚焦到SMF-28光纤中.

主要成果:

• 实现了高方向性85%和90%的场重叠与9.2微米光纤模式大小.
• 预测的峰值合效率为-1.3dB,带宽为31nm的1dB.
• 设计了一个紧的合器,其占地面积为26.8 × 32.7 μm2,在O频段 (1.31 μm) 工作.

结论:

• 新的α-Si/SiN网格合器架构显著提高了SiN光子的合效率.
• 这一进步使SiN集成电路能够开发出紧且高效的光学接口.
• 潜在的应用包括光通信,传感和量子光子学.