Modulador EO utilizando la aleatoriedad en guías de onda de cristal fotónico con defectos de línea.
Investigación
Modulador EO utilizando la aleatoriedad en guías de onda de cristal fotónico con defectos de línea.
Control de los errores de producción y su uso práctico.
La fotónica del silicio es un campo de investigación que utiliza el silicio como material para propagar la luz a través de él y manejar las señales ópticas. En comparación con el vidrio utilizado para las fibras ópticas, el silicio tiene un mayor índice de refracción, por lo que la luz puede quedar confinada en un espacio más reducido, lo que permite fabricar dispositivos más pequeños y accionarlos con menos energía. Los cristales fotónicos son uno de los elementos pertenecientes a la fotónica del silicio y tienen una estructura periódica especial que permite un confinamiento de la luz aún más fuerte que el que ofrecen intrínsecamente los materiales de silicio. Se han realizado varios dispositivos con cristales fotónicos, como guías de ondas, interruptores, detectores y osciladores.
Aunque los cristales fotónicos permiten la miniaturización, son susceptibles de cometer errores de fabricación. La cantidad absoluta de error de fabricación es específica del proceso, por lo que cuanto más pequeño sea el dispositivo a fabricar, mayor será el efecto del error. La reciente tendencia en el proceso de fabricación de cristales fotónicos a utilizar la fotolitografía en lugar de la litografía EB convencional, que es capaz de producir en masa pero tiene una menor precisión de fabricación, también ha planteado la preocupación por el manejo de los errores de fabricación.
En este estudio se ha intentado demostrar que los efectos de los errores de fabricación en los cristales fotónicos pueden controlarse estructuralmente y utilizarse con altos rendimientos. Los moduladores EO se muestran como una aplicación potencial, y se ha confirmado su funcionamiento a GHz.
Hemos elegido la estructura mostrada en la Fig. 1(a), denominada guía de ondas de cristal fotónico con defecto de línea. La luz se propaga por el centro, donde no hay ningún agujero. Para controlar el efecto de los errores de fabricación, la anchura de la guía de ondas se ha estrechado parcialmente [W0,98: zona azul en la Fig. 1(a)], que es una característica de nuestra estructura. Cuando la luz incide en la estructura a las frecuencias indicadas por las líneas discontinuas rojas y las flechas, el confinamiento de la luz sólo se produce cuando hay un cierto error de fabricación [Fig. 1(c)]. También hay que destacar aquí que el confinamiento de la luz sólo se produce en W0,98 porque se varía la anchura de la guía de ondas. Aunque el fenómeno se origina en la aleatoriedad del error de fabricación, la estructura permite controlar la zona donde se manifiesta la aleatoriedad.
Fig. 1. (a) Estructura diseñada del PhC-WG, que consiste en una guía de onda W0.98 entre guías de onda W1.05. El recuadro muestra la estructura de las facetas.(b) Estructura de bandas del PhC-WG diseñado (ideal). La flecha roja indica la luz de entrada inyectada desde el lado izquierdo de la estructura. (c) Como (b) para el dispositivo fabricado que contiene desorden.
También se descubrió que la probabilidad de confinamiento de la luz puede variarse cambiando la longitud de la guía de ondas de la W0.98; a partir de los cálculos FDTD 2D, se descubrió que la probabilidad de confinamiento de la luz es de 40a(aes la constante de red), el confinamiento de la luz puede producirse con alta probabilidad y la transmitancia puede mantenerse alta. Los resultados calculados coinciden con los experimentales.
Se demostró la disponibilidad del confinamiento de la luz debido a los errores de fabricación en un entorno controlado en forma de modulación EO. La estructura utilizada es la que se muestra en la Fig. 2(a), donde las regiones dopadas con pn se fabrican a ambos lados de W0.98 para permitir el flujo de corriente. Los resultados experimentales se muestran en la Fig. 2(b),(c), que fueron modulados a 500 MHz y 1 GHz. Aunque ha habido dispositivos que utilizan la aleatoriedad en el pasado (por ejemplo, la oscilación láser mediante la localización de Anderson), desde un punto de vista práctico, puede decirse que esta investigación es el primer desarrollo práctico de un dispositivo que utiliza la aleatoriedad.
(a) Ilustración esquemática del dispositivo fabricado. El dispositivo está revestido de SiO2. (b) Señales de salida detectadas cuando se aplica una señal de radiofrecuencia de 500 MHz. La línea roja corresponde al pico de resonancia, y la línea negra es cuando el láser de entrada está ligeramente desintonizado a una longitud de onda más corta que la (c) Como (b) pero con modulación de 1 GHz.
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