Modulatore EO che utilizza la casualità nelle guide d'onda a difetti di linea del cristallo fotonico.

La fotonica del silicio è un campo di ricerca che utilizza il silicio come materiale per propagare la luce e gestire i segnali ottici. Rispetto al vetro utilizzato per le fibre ottiche, il silicio ha un indice di rifrazione più elevato, che consente di confinare la luce in uno spazio più piccolo, rendendo possibile la miniaturizzazione degli elementi e il loro pilotaggio a bassa energia. I cristalli fotonici sono uno degli elementi appartenenti alla fotonica del silicio e hanno una speciale struttura periodica che consente un confinamento della luce ancora più forte di quello che i materiali di silicio forniscono intrinsecamente. Con i cristalli fotonici sono stati realizzati diversi dispositivi, tra cui guide d'onda, interruttori, rivelatori e oscillatori.

Pur consentendo la miniaturizzazione, i cristalli fotonici sono suscettibili di errori di fabbricazione. L'entità assoluta dell'errore di fabbricazione è specifica del processo di fabbricazione, quindi più piccolo è il dispositivo da fabbricare, maggiore è l'effetto dell'errore. La recente tendenza del processo di fabbricazione dei cristalli fotonici a utilizzare la fotolitografia invece della litografia EB convenzionale, che è in grado di produrre in massa ma ha una minore precisione di fabbricazione, ha sollevato anche preoccupazioni sulla gestione degli errori di fabbricazione.

In questo studio si è cercato di dimostrare che gli effetti degli errori di fabbricazione nei cristalli fotonici possono essere controllati strutturalmente e utilizzati con rendimenti elevati. I modulatori EO sono stati indicati come una potenziale applicazione e il funzionamento a GHz è stato confermato.

Abbiamo scelto la struttura mostrata in Fig. 1(a), chiamata guida d'onda a difetti di linea in cristallo fotonico. La luce si propaga attraverso il centro, dove non c'è alcun foro. Per controllare l'effetto degli errori di fabbricazione, la larghezza della guida d'onda è parzialmente ridotta [W0,98: area blu in Fig. 1(a)], una caratteristica della nostra struttura. Quando la luce è incidente sulla struttura alle frequenze indicate dalle linee tratteggiate rosse e dalle frecce, il confinamento della luce avviene solo in presenza di un certo errore di fabbricazione [Fig. 1(c)]. Va inoltre sottolineato che il confinamento della luce si verifica solo a W0,98 perché la larghezza della guida d'onda varia. Sebbene il fenomeno abbia origine dalla casualità dell'errore di fabbricazione, la struttura consente di controllare l'area in cui si manifesta la casualità.