Divisori di lunghezza d'onda in cristallo fotonico ultracompatti e riproducibili in serie Realizzazione di divisori di lunghezza d'onda ultracompatti e riproducibili in serie.
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Demultiplexer di lunghezza d'onda a cristallo fotonico ultracompatto e riproducibile in serie.
Realizzazione di demultiplexer di lunghezza d'onda ultracompatti e riproducibili in serie.
Possiamo comunicare con chiunque, ovunque nel mondo. La tecnologia di comunicazione WDM (wavelength division multiplexing) supporta questo mondo di comunicazione. In questo studio siamo riusciti a realizzare un multiplexer a divisione di lunghezza d'onda da utilizzare nelle comunicazioni WDM in modo ultracompatto e riproducibile in serie.
La comunicazione WDM è una tecnologia che aumenta il volume di trasmissione integrando molti segnali separati che devono essere trasmessi (o ricevuti) in un unico percorso di trasmissione [Fig. 1(a)]. Sfruttando questa caratteristica, è stata convenzionalmente utilizzata per le comunicazioni a lunga distanza, come quelle intercontinentali, dove è necessario trasmettere una grande quantità di informazioni contemporaneamente. Se osserviamo gli oggetti che utilizziamo nella nostra vita quotidiana, possiamo notare che molti di essi hanno funzioni di comunicazione. Finora le possibilità di trasmettere grandi quantità di informazioni sono state limitate alle comunicazioni a distanza, ma in considerazione del volume di comunicazione in costante aumento, è auspicabile poter trasmettere grandi quantità di informazioni tra server e intranet, e persino tra i chip di un singolo personal computer.
Da tempo ci interessiamo alla fotonica del silicio, un campo di ricerca in cui gli elementi basati sul silicio vengono utilizzati per realizzare comunicazioni ottiche. Il silicio è lo stesso materiale degli elementi elettronici utilizzati nei chip dei personal computer, quindi si può dire che abbia un'elevata affinità quando viene considerato per l'uso nello stesso chip. Il silicio ha anche il vantaggio di essere in grado di intrappolare la luce più fortemente di altri materiali, rendendo possibile la produzione di elementi più piccoli rispetto ad altri materiali quando si fabbricano elementi per le comunicazioni ottiche. Nella fotonica del silicio abbiamo realizzato strutture chiamate cristalli fotonici. I cristalli fotonici hanno una struttura con fori periodici nel film sottile di silicio, come mostrato nella Fig. 1(b). Aprendo o meno i fori in questa struttura periodica, si possono ottenere varie funzioni.
Fig. 1 (a) Schema concettuale della comunicazione WDM, in cui i segnali 1-5 sono combinati e trasmessi da un multiplexer di lunghezza d'onda (MUX) e poi divisi da un demultiplexer di lunghezza d'onda (DeMUX). (b) Micrografia elettronica a scansione dello splitter di lunghezza d'onda fabbricato. (c) Schema concettuale che mostra il principio di funzionamento dello splitter di lunghezza d'onda. (d) In alto: risultato della modulazione del segnale corrispondente mediante l'applicazione di calore. (d) In basso: spettro di trasmissione dello splitter di lunghezza d'onda. (d) Al centro: schema ad occhio di un segnale in ingresso a 2,5 Gbps. L'inserto mostra il riferimento.
In questo studio abbiamo fabbricato un demultiplexer di lunghezza d'onda per le comunicazioni WDM utilizzando cristalli fotonici. Un demultiplexer di lunghezza d'onda è un dispositivo che divide il segnale integrato riportandolo al suo stato originale nelle comunicazioni WDM. La Fig. 1(b) mostra una micrografia elettronica a scansione dell'elemento fabbricato e la Fig. 1(c) illustra il principio di funzionamento dello splitter di lunghezza d'onda. I segnali integrati vengono immessi dal lato sinistro della Fig. 1(c) attraverso una guida d'onda a filo sottile di silicio (Si) e ogni segnale viene diviso nella direzione superiore destra. A questo punto, il segnale passa attraverso una struttura chiamata risonatore a variazione di larghezza, mostrata nella vista ingrandita in alto a sinistra della Fig. 1(c), e viene quindi diviso. Utilizzando un risonatore a variazione di larghezza, è possibile far passare solo determinati segnali. Abbiamo scelto la struttura del risonatore a variazione di larghezza tra le molte strutture di risonatori disponibili perché le nostre ricerche precedenti hanno dimostrato che è compatibile con il nostro metodo di fabbricazione, la fotolitografia. La parte inferiore della Fig. 1(d) mostra lo spettro di trasmissione del demodulatore di lunghezza d'onda fabbricato; si può notare che è possibile demodulare otto segnali. La parte superiore della Fig. 1(d) mostra come il divisore di lunghezza d'onda possa essere regolato per adattarsi a diversi segnali applicando calore. Ad esempio, applicando 0-30 mW di calore a un segnale verde è possibile regolare i segnali tra 1568 e 1570 nm. Lo schema a occhio per un segnale rosso con un ingresso di segnale a 2,5 Gbps è mostrato al centro della Fig. 1(d). Come si può notare dal confronto con l'eye pattern del riferimento mostrato nell'angolo in alto a sinistra, il segnale da 2,5 Gbps può essere trasmesso senza alcun problema.
Il nostro demultiplexer di lunghezza d'onda che utilizza cristalli fotonici ha il vantaggio di poter ridurre l'area del dispositivo a 1/200.000 di quella di un demultiplexer di lunghezza d'onda convenzionale realizzato in vetro. Inoltre, il metodo di fabbricazione che abbiamo utilizzato, chiamato fotolitografia, ha il vantaggio di una produzione di massa rispetto alla litografia a fascio elettronico, che è stata utilizzata in passato per fabbricare strutture di cristallo fotonico.
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