PIERS 2023 Ryo Kanno.

Titolo: Integrazione ibrida SiN/Si con accoppiatori di bordo mediante accoppiamento di testa
Presentatore: Ryo Sugano
Affiliazione: Università Keio
Presentazione n.: 1P4a (13:30, lunedì 3 luglio)

I circuiti ottici integrati sono stati studiati in una varietà di materiali, sfruttando la compatibilità CMOS per fabbricarli allo stesso modo dei circuiti elettrici. Il silicio (Si) è un tipico materiale compatibile con il CMOS e sono stati integrati elementi attivi come i modulatori che utilizzano giunzioni PN. Tuttavia, è un semiconduttore a transizione indiretta, il che significa che non è possibile fabbricare sorgenti luminose nella gamma di lunghezze d'onda delle telecomunicazioni, e il suo assorbimento a due fotoni rende difficile generare effetti ottici non lineari efficaci. Il nitruro di silicio (SiN) è un composto di silicio che ha recentemente attirato l'attenzione come materiale in grado di generare efficacemente pettini ottici di frequenza, che sono sorgenti luminose a più lunghezze d'onda e altamente ripetitive. Una propagazione efficace di questi materiali è difficile se vengono incollati così come sono, con diverse larghezze di guida d'onda e spessori di film. Pertanto, in questo studio, la struttura nella sezione trasversale del chip è stata realizzata con una struttura conica inversa e l'efficienza dell'accoppiamento è stata chiarita sia a livello computazionale che sperimentale. Per ottimizzare la struttura conica inversa sono stati utilizzati il metodo del dominio del tempo a differenza finita e il metodo di espansione degli autogeni. Sono risultati importanti sia l'indice di rifrazione effettivo della guida d'onda sia il mode overlap, ossia la sovrapposizione di ciascun modo. L'efficienza di accoppiamento massima è stata di 96,31 TP3T, grazie all'ottimizzazione della larghezza della guida d'onda, tenendo conto degli errori di produzione. Anche l'accoppiamento quando lo spazio tra i chip è stato riempito con vari materiali che corrispondono all'indice di rifrazione è risultato pari a 96,31 TP3T.
Quando è stata calcolata l'efficienza, si è constatato che l'efficienza di accoppiamento non è diminuita per quella con un indice di rifrazione di 1,7, rispetto a quella con un indice di rifrazione effettivo preso in considerazione. Si ritiene che ciò sia dovuto alla minore lunghezza del cammino ottico. Queste strutture coniche inverse sono state progettate e incollate su SiN/Si. L'efficienza di accoppiamento calcolata con un metodo approssimativo è stata di 45,91 TP3T e di 58,81 TP3T con il riempimento con materiale corrispondente all'indice di rifrazione.