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Jul 07, 2023

Fibra reconfigurável

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 7252 (2022) Citar este artigo 2584 Acessos 2 Citações 1 Detalhes de métricas altmétricas Em fotônica de silício, acopladores de fibra para guia de onda assistidos por grade

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 7252 (2022) Citar este artigo

2584 Acessos

2 citações

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

Na fotônica de silício, os acopladores de fibra para guia de ondas assistidos por grade fornecem acoplamento fora do plano para facilitar os testes em nível de wafer; no entanto, a sua largura de banda e eficiência limitadas restringem a sua utilização em aplicações de banda larga. Alternativamente, os acopladores finais superam essas restrições, mas exigem um processo de corte em cubos antes do uso, o que os torna inadequados para testes em nível de wafer. Para resolver esse compromisso, um módulo de acoplamento reconfigurável de fibra para guia de ondas é proposto e projetado para permitir o acoplamento assistido por grade e o acoplamento final no mesmo circuito fotônico. O módulo proposto implanta um acoplador direcional comutável que incorpora uma fina camada de material de mudança de fase, cujo estado é inicialmente amorfo para tornar o acoplador ativado e, portanto, facilitar o acoplamento assistido por grade para testes em nível de wafer. O estado pode ser alterado para cristalino através de um processo de recozimento de baixa temperatura para desativar o acoplador direcional, facilitando assim o acoplamento de banda larga em nível de chip através de acopladores finais. Todos os componentes que abrangem os acopladores direcionais comutáveis ​​conjuntos, bem como os acopladores de grade e de extremidade de fogo foram projetados individualmente através de simulações rigorosas. Posteriormente, foram montados para estabelecer o módulo de acoplamento reconfigurável proposto, que foi simulado e analisado para validar a operação do acoplamento seletivo. O módulo proposto dá origem a uma baixa perda de excesso abaixo de 1,2 dB e uma alta taxa de extinção acima de 13 dB em toda a banda C, quando operando sob entrada assistida por grade ou entrada final. Prevê-se que o módulo de acoplamento reconfigurável proposto seja uma solução prática para agilizar de forma flexível a inspeção de circuitos fotônicos integrados em escala wafer.

Circuitos integrados fotônicos (PICs) para computação quântica, direcionamento de feixe, comunicações ópticas e muitas outras aplicações foram extensivamente pesquisados ​​e desenvolvidos na última década1,2,3,4,5,6. Do ponto de vista da inspeção prática e operação dos circuitos fotônicos, um acoplador assistido por grade (GAC) e um acoplador final baseado em um conversor de tamanho de ponto (SSC) são considerados principalmente como os esquemas popularmente recomendados para fibra para guia de ondas. acoplamento leve7,8,9,10,11,12. Os GACs são voltados principalmente para acoplamento fora do plano, enquanto os SSCs são adequados para acoplamento final no plano . Os testes no nível do wafer, que só são possíveis com a ajuda dos GACs, são essenciais para garantir o melhor rendimento do PIC durante a fabricação. No entanto, para os GACs, a largura de banda limitada, a menor eficiência de acoplamento e a maior sensibilidade à polarização os tornam menos desejáveis7,9. Por outro lado, os SSCs dão origem a uma excelente eficiência de acoplamento, largura de banda mais ampla e melhor tolerância à polarização, mas implicam inevitavelmente um processo adicional de corte/polimento dos chips; tornando-os, assim, inadequados para testes em nível de wafer. Com a crescente demanda por chips fotônicos altamente integrados e o tamanho cada vez maior dos wafers fotônicos, os testes em nível de wafer tornaram-se compreensivelmente indispensáveis ​​para agilizar o processo de desenvolvimento de chips. Neste contexto, a escolha entre o GAC e o SSC incita um compromisso entre a qualidade de fabricação e a usabilidade do PIC. Portanto, um método que incorpore ambos os acopladores no mesmo circuito seria altamente benéfico para alcançar melhor qualidade de fabricação, bem como uma aplicabilidade mais ampla.

Nas últimas décadas, vários estudos sobre acopladores finais e de grade foram conduzidos separadamente; no entanto, até onde sabemos, não houve nenhum trabalho relatado discutindo um acoplador integrado que possa atender tanto ao acoplamento no plano recorrendo a um acoplador final quanto ao acoplamento fora do plano utilizando um GAC no mesmo circuito. Para integrar o GAC e o SSC no mesmo circuito simultaneamente, é necessário um mecanismo que comute as entradas e saídas. É inviável utilizar os interruptores fotônicos comumente disponíveis que dependem de efeitos termo-ópticos e eletro-ópticos, uma vez que seu funcionamento implica um fornecimento contínuo de energia para seu funcionamento3. Com o advento dos materiais ópticos de mudança de fase (PCMs), a comutação não volátil pode ser executada sem fonte de alimentação contínua . A adoção de PCMs torna possível integrar simultaneamente GAC e SSC em um único circuito, proporcionando assim acoplamento de luz em nível de wafer e em nível de chip. Um estudo relatado pelo grupo Y. Zhang demonstrou um acoplador transitório capaz de captar uma pequena porção de luz de um guia de ondas, que poderia ser desativado ajustando o estado do PCM, para prováveis ​​aplicações em testes de nível de wafer . No entanto, está limitado a captar apenas uma pequena porção de luz, não facilitando o teste de nível de wafer em escala real dos circuitos. A caracterização em escala real, que pode lidar com uma potência de entrada/saída em vez de uma pequena porção dela, é essencial para aproveitar ao máximo os testes em nível de wafer. Neste contexto, um esquema de acoplamento reconfigurável que forneça testes em escala real de wafer e em escala de chip é categoricamente procurado para executar uma inspeção rápida e flexível de PICs em produção.