Modulateur EO utilisant le caractère aléatoire dans les guides d'ondes à défaut de ligne en cristal photonique.

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Modulateur EO utilisant le caractère aléatoire dans les guides d'ondes à défaut de ligne en cristal photonique.

Contrôle des erreurs de production et leur utilisation pratique.

La photonique au silicium est un domaine de recherche qui utilise le silicium comme matériau pour y propager la lumière et traiter les signaux optiques. Par rapport au verre utilisé pour les fibres optiques, le silicium a un indice de réfraction plus élevé, de sorte que la lumière peut être confinée dans un espace plus restreint, ce qui permet de fabriquer des dispositifs plus petits et de les faire fonctionner avec moins d'énergie. Les cristaux photoniques sont l'un des éléments appartenant à la photonique du silicium et possèdent une structure périodique spéciale qui permet un confinement de la lumière encore plus fort que celui qu'offrent intrinsèquement les matériaux en silicium. Divers dispositifs ont été réalisés à l'aide de cristaux photoniques, notamment des guides d'ondes, des commutateurs, des détecteurs et des oscillateurs.

Si les cristaux photoniques permettent la miniaturisation, ils sont sensibles aux erreurs de fabrication. La quantité absolue d'erreur de fabrication est spécifique au processus, donc plus le dispositif à fabriquer est petit, plus l'effet de l'erreur est important. La tendance récente dans le processus de fabrication des cristaux photoniques à utiliser la photolithographie au lieu de la lithographie EB conventionnelle, qui est capable de produire en masse mais dont la précision de fabrication est moindre, a également soulevé des inquiétudes quant au traitement des erreurs de fabrication.

Dans cette étude, des efforts ont été faits pour montrer que les effets des erreurs de fabrication dans les cristaux photoniques peuvent être contrôlés structurellement et utilisés avec des rendements élevés. Les modulateurs EO sont présentés comme une application potentielle, et le fonctionnement à GHz a été confirmé.

Nous avons choisi la structure présentée à la figure 1(a), appelée guide d'ondes à défaut de ligne en cristal photonique. La lumière se propage à travers le centre, où il n'y a pas de trou. Pour contrôler l'effet des erreurs de fabrication, la largeur du guide d'ondes est partiellement réduite [W0.98 : zone bleue sur la Fig. 1(a)], ce qui est une caractéristique de notre structure. Lorsque la lumière est incidente sur la structure aux fréquences indiquées par les lignes pointillées rouges et les flèches, le confinement de la lumière ne se produit que lorsqu'il y a une certaine quantité d'erreur de fabrication [Fig. 1(c)]. Il convient également de souligner ici que le confinement de la lumière ne se produit qu'à W0,98, car la largeur du guide d'ondes est modifiée. Bien que le phénomène provienne du caractère aléatoire de l'erreur de fabrication, la structure permet de contrôler la zone où le caractère aléatoire se manifeste.

Fig. 1. (a) Structure conçue du PhC-WG, qui consiste en un guide d'ondes W0.98 entre des guides d'ondes W1.05. L'encart montre la structure des facettes.(b) Structure de bande du PhC-WG conçu (idéal). La flèche rouge indique la lumière d'entrée injectée depuis le côté gauche de la structure. (c) Comme (b) pour le dispositif fabriqué contenant le trouble.

On a également constaté que la probabilité de confinement de la lumière peut être modifiée en changeant la longueur du guide d'ondes du W0.98 ; d'après les calculs 2D FDTD, on a constaté que la probabilité de confinement de la lumière est de 40 %.a(aest la constante de réseau), le confinement de la lumière peut se produire avec une forte probabilité et la transmittance peut être maintenue élevée. Les résultats calculés sont en bon accord avec les résultats expérimentaux.

L'existence d'un confinement de la lumière dû à des erreurs de fabrication dans un environnement contrôlé a été démontrée sous la forme d'une modulation EO. La structure utilisée est celle de la Fig. 2(a), où des régions dopées pn sont fabriquées des deux côtés de W0.98 pour permettre au courant de circuler. Les résultats expérimentaux sont présentés à la figure 2(b),(c), qui ont été modulés à 500 MHz et 1 GHz. Bien qu'il existe des dispositifs qui utilisent le caractère aléatoire dans le passé (par exemple, l'oscillation laser utilisant la localisation d'Anderson), d'un point de vue pratique, on peut dire que cette recherche est le premier développement pratique d'un dispositif qui utilise le caractère aléatoire.

(a) Illustration schématique du dispositif fabriqué. Le dispositif est recouvert de SiO2. (b) Signaux de sortie détectés lorsqu'un signal radiofréquence de 500 MHz est appliqué. La ligne rouge correspond au pic de résonance, et la ligne noire correspond au cas où le laser d'entrée est légèrement désaccordé à une longueur d'onde inférieure à la (c) Comme (b) mais avec une modulation de 1-GHz.

Une partie de cette recherche a été financée par le programme de promotion de la R&D en matière d'information stratégique et de communications (SCOPE).
Cette réalisation a été rendue possible par Optics Express 24, 11199-11207 (2016) Les informations sont publiées sur ........