Language
Divisor de feixe de polarização de banda larga ultracurto baseado em um guia de onda plasmônico híbrido combinado

blog

LarLar / blog / Divisor de feixe de polarização de banda larga ultracurto baseado em um guia de onda plasmônico híbrido combinado
search

May 26, 2023

Mais assinaturas para medida de maconha recreativa em Ohio enviadas

May 27, 2023

Rosen destaca esforço contínuo para pousar alto

May 28, 2023

O que é um amplificador óptico?

May 29, 2023

O governador Hochul mira no novo COVID

May 30, 2023

Mercado de Amplificadores Ópticos 2023 Oportunidades de Crescimento e Perspectivas Futuras

Envie sua consulta
ENVIAR

Jul 19, 2023

Divisor de feixe de polarização de banda larga ultracurto baseado em um guia de onda plasmônico híbrido combinado

Scientific Reports volume 6, Artigo número: 19609 (2016) Citar este artigo 3044 Acessos 47 Citações 1 Detalhes da Altmetric Metrics Propomos um divisor de feixe de polarização de banda larga ultracompacto (PBS)

Scientific Reports volume 6, Artigo número: 19609 (2016) Citar este artigo

3044 Acessos

47 citações

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

Propomos um divisor de feixe de polarização de banda larga ultracompacto (PBS) baseado em um guia de ondas plasmônico híbrido combinado (HPW). O PBS proposto separa os modos elétrico transversal (TE) e magnético transversal (TM) usando um HPW inferior dobrado com lacunas verticais em nanoescala e um HPW superior reto com uma lacuna horizontal em nanoescala, respectivamente, sem depender de uma região de acoplamento adicional. Este projeto reduz consideravelmente o comprimento do PBS para a escala submícron (920 nm, o PBS mais curto relatado até o momento), ao mesmo tempo que oferece taxas de extinção de polarização (PERs) de ~ 19 dB (~ 18 dB) e perdas de inserção (ILs) de ~ 0,6 dB (~0,3 dB) para o modo TE (TM) em uma banda extremamente larga de 400 nm (de λ = 1300 nm a 1700 nm, cobrindo inteiramente a segunda e terceira janelas de telecomunicações). O comprimento do PBS projetado pode ser reduzido ainda mais para 620 nm, ao mesmo tempo que oferece PERs de 15 dB, criando um circuito integrado densamente fotônico. Considerando a tolerância de fabricação, o PBS projetado permite grandes desvios geométricos de ± 20 nm, ao mesmo tempo que restringe as variações de PER a 1 dB, exceto aquelas nas lacunas em nanoescala menores que 10 nm. Além disso, também abordamos as eficiências de acoplamento de entrada e saída do PBS proposto.

Para atender às crescentes demandas de transmissão de sistemas de comunicação óptica, a multiplexação por divisão de polarização (PDM) desempenha um papel fundamental na manipulação de sinais ópticos para circuitos integrados fotônicos (PICs) em escala de chip 1,2,3,4,5. Os divisores de feixe de polarização (PBSs), que separam os modos elétrico transversal (TE) e magnético transversal (TM), são componentes essenciais para o PDM4 e permitem que os dois modos de polarização sejam processados ​​de forma independente, dobrando a largura de banda do tráfego. Numerosos critérios usados ​​para avaliar PBSs incluem dimensões de dispositivos, taxas de extinção de polarização (PERs), perdas de inserção (ILs), larguras de banda operacionais, tolerâncias de fabricação e complexidades estruturais. Entre estes, minimizar as dimensões do PBS e manter o desempenho satisfatório do dispositivo é desejável para a construção de receptores coerentes e é de vital importância para o desenvolvimento de PICs ultradensos de próxima geração. Ao longo dos anos, muitos tipos de PBSs5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26 ,27,28,29,30,31,32,33,34,35 foram relatados que utilizaram vários designs e incluíram dispositivos de evolução de modo adiabático (AME)6,7, acopladores direcionais (DC)8,9,10, 11,12,13,14,15,16,17,18,19,20, dispositivos de interferência multimodo (MMI) 21,22,23,24,25, interferômetros Mach – Zehnder (MZI) 26,27,28, cristais fotônicos (PhC)29,30,31 e estruturas gradeadas31,32,33. A maioria dos PBSs6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,28,32,33,34 adotaram silício- plataformas no isolador (SOI) para diminuir efetivamente as dimensões do dispositivo, utilizando as propriedades de contraste de alto índice dessas plataformas.

Para alcançar PERs satisfatórios, os PBS baseados em AME devem ser muito longos (> 200 μm) devido às suas geometrias de evolução lenta, mas têm tolerância de fabricação e requisitos de operação de banda larga menos rigorosos. Embora os comprimentos dos dispositivos de PBSs baseados em DC possam ser reduzidos para vários a dezenas de micrômetros com PERs razoáveis ​​(10–20 dB ), as larguras de banda operacionais são mais estreitas do que as dos PBSs baseados em AME devido à necessidade de utilizar modos de correspondência de fase com um acoplamento sintonizado com precisão. Os PBS baseados em MMI têm um processo de fabricação mais simples e maior tolerância de fabricação do que os PBS baseados em AME; entretanto, as dimensões dos dispositivos MMI convencionais35,36 são determinadas pelo múltiplo comum dos comprimentos de autoimagem37 dos modos TE e TM, resultando em dispositivos muito longos (>1000 μm). Para encurtar os comprimentos dos PBSs baseados em MMI, alguns projetos inovadores foram relatados recentemente, incluindo interferência de dois modos (~ 8,8 μm), interferência de dois modos 2 × 2 (~ 0,94 μm apenas para o comprimento da seção MMI, exceto o todo PBS, os comprimentos para a parte de entrada/saída devem ser incluídos), metal-isolante-metal (MIM) embutido22 (~44 μm), guia de onda plasmônico híbrido (HPW)24 (~2,5 μm) e em cascata25 (<950 μm ) MMI. Até o momento, o menor PBS relatado foi obtido para um MMI que utilizou guia de onda plasmônico híbrido (HPW) e alcançou comprimento submícron com PER> 10 dB em uma largura de banda de 80 nm. Os PBS baseados em MZI, além de exigirem materiais altamente birrefringentes, tinham comprimentos de dispositivos muito longos (300–3000 μm). Outras opções que podem produzir comprimentos de dispositivos de dezenas de micrômetros são dispositivos que usam PBSs baseados em PhC e PBSs baseados em grades . As desvantagens do primeiro são a complexidade de fabricação e a perda relativamente grande devido ao espalhamento; estes últimos, além de terem um processo de fabricação igualmente complicado, também são difíceis de integrar em PICs.

20 dB). However, the device lengths were longer than those13,14 of asymmetrical DC structures. The shortest three-dimensional DC-based PBS with an HPW structure19 (~2.5 μm) adopted a copper nanorod array placed between two silicon waveguides. Using the localized surface plasmon resonance between the silicon waveguides, the TE mode was effectively coupled to the cross-channel, significantly reducing the device length and yielding a PER of ~15 dB./p> 18 dB and IL < 0.6 dB at R = 800 nm), the dimensions of the proposed PBS must be about 920 nm × 920 nm × 455 nm (the smallest PBS yet designed) and thus, the proposed design has great potential to realize high-density PICs with good performance. Another pivotal characteristic for assessing a PBS is its operating bandwidth with satisfactory PER and IL. Considering the used material dispersions48,49, Fig. 5(c,d) show PER and IL versus the operating wavelength λ between 1,300 nm and 1,700 nm. The results show that the proposed PBS can be operated over a broad bandwidth of 400 nm with PER > 17 dB and IL < 0.6 dB for both modes. With operation over a narrower bandwidth of 200 nm (from 1400 nm to 1600 nm), the PERs can be improved to greater than 18 dB. From Fig. 5(c,d), we observe that the PERs and ILs of the designed PBS are wavelength-insensitive, because of the lack of phase-matched conditions with precise coupling that are required in DC- and MMI-based PBSs. Finally, the fabrication tolerance was also investigated to identify the geometric parameters that significantly affect the performance of the present design. The degradations of the PERs and ILs with variations in w1, w3, h1, h2 and h4 were all within 1 dB and 0.2 dB, respectively, even when these parameters were varied by up to ±20 nm. This stability results from the majority of the energies of the hybrid SPP modes being concentrated in the thin SiO2 layers (i.e., those with the geometric parameters of h3 and w2). Consequently, we first studied the PERs and ILs while varying h3 (Δh3) and the results are shown in Fig. 6(a,b). The considered values of Δh3 range from −2 nm to 5 nm, because the originally designed thickness h3 was only 5 nm. For the TM mode, the values of PERTM and ILTM were moderately influenced by Δh3. It can be understood that a large portion of the energy resides in the upper Si region, in addition to that concentrated in the thin SiO2 gap. In contrast, as expected, PERTE and ILTE are approximately constant as h3 varies. The other critical geometrical parameter is the width (w2) of the vertical SiO2 regions supporting the TE mode. The calculated PERs and ILs are shown in Fig. 6(c,d), respectively. Clearly, PERTM and ILTM are slightly influenced by Δw2, as expected. In contrast to PERTM, PERTE is significantly influenced by Δw2, as shown in Fig. 6(c). This difference results from greater values of w2 causing looser energy confinement in the TE mode. Therefore, more energy is coupled to port 2 because of larger bending radiation. This causes PERTE to be reduced significantly. In contrast, shrinking the width of SiO2 increases PERTE due to better energy confinement. From the above discussions of the fabrication tolerances, the width w2 results in the most significant influence on PERTE. As a result, we conclude that the ability to precisely control the critical parameter w2 determines the PERTE performance of the proposed PBS. Fortunately, the other geometrical parameters besides w2 have more moderate influences on the PERs and ILs. The results confirm the high fabrication tolerances of the proposed PBS, except for with respect to Δw2. For further improving the PERs of TE and TM simultaneously to better values larger than 20 dB, we can decrease the thicknesses of SiO2 layers between Si and Ag. For instance, the PERs of the TE mode are 21.0 dB and 22.1 dB at the conditions of w2 = 4 nm and 3 nm, respectively, as shown in Fig. 6 (c). As for the TM mode, the PER is 20.2 dB at the condition of h3 = 2 nm, which is not involved in Fig. 6(a). Certainly, the fabrication precision will be severer. However, if only the higher PERTE is concerned, increasing the radius of curvature of the bent waveguide to 1100 nm can reach 20.85 dB./p>15 dB. These results indicate that the proposed PBS has the potential to realize high-density PICs with satisfactory performances./p>