EO-Modulator unter Verwendung von Zufälligkeit in photonischen Kristall-Liniendefekt-Wellenleitern.

Die Silizium-Photonik ist ein Forschungsgebiet, das Silizium als Material nutzt, um Licht zu leiten und optische Signale zu verarbeiten. Im Vergleich zu Glas, das für optische Fasern verwendet wird, hat Silizium einen höheren Brechungsindex, so dass das Licht auf einen kleineren Raum beschränkt werden kann, was es ermöglicht, Geräte kleiner zu bauen und mit weniger Energie zu betreiben. Photonische Kristalle gehören zu den Elementen der Silizium-Photonik und haben eine besondere periodische Struktur, die einen noch stärkeren Lichteinschluss ermöglicht, als es Siliziummaterialien von Natur aus bieten. Mit photonischen Kristallen wurden bereits verschiedene Bauelemente realisiert, darunter Wellenleiter, Schalter, Detektoren und Oszillatoren.

Photonische Kristalle ermöglichen zwar eine Miniaturisierung, sind aber anfällig für Herstellungsfehler. Der absolute Betrag des Herstellungsfehlers ist prozessspezifisch, d. h. je kleiner das herzustellende Gerät ist, desto größer ist die Auswirkung des Fehlers. Der jüngste Trend bei der Herstellung photonischer Kristalle, die Photolithographie anstelle der herkömmlichen EB-Lithographie einzusetzen, die zwar für die Massenproduktion geeignet ist, aber eine geringere Herstellungsgenauigkeit aufweist, hat auch Bedenken hinsichtlich der Handhabung von Herstellungsfehlern aufgeworfen.

In dieser Studie wurde versucht zu zeigen, dass die Auswirkungen von Herstellungsfehlern in photonischen Kristallen strukturell kontrolliert und mit hoher Ausbeute genutzt werden können. EO-Modulatoren werden als mögliche Anwendung gezeigt, und der Betrieb bei GHz wurde bestätigt.

Wir haben uns für die in Abb. 1(a) gezeigte Struktur entschieden, einen so genannten photonischen Kristall-Linie-Defekt-Wellenleiter. Das Licht breitet sich in der Mitte aus, wo es kein Loch gibt. Um die Auswirkungen von Herstellungsfehlern zu kontrollieren, ist die Wellenleiterbreite teilweise verengt [W0,98: blauer Bereich in Abb. 1(a)], was ein Merkmal unserer Struktur ist. Wenn Licht bei den durch die roten gestrichelten Linien und Pfeile angegebenen Frequenzen auf die Struktur fällt, kommt es nur dann zu einem Lichteinschluss, wenn ein gewisser Herstellungsfehler vorliegt [Abb. 1(c)]. An dieser Stelle sollte auch betont werden, dass der Lichteinschluss nur bei W0,98 auftritt, weil die Breite des Wellenleiters variiert wird. Obwohl das Phänomen auf die Zufälligkeit des Herstellungsfehlers zurückzuführen ist, ermöglicht die Struktur die Kontrolle des Bereichs, in dem sich die Zufälligkeit manifestiert.