在光子晶体线缺陷波导中使用随机性的EO调制器。

研究

在光子晶体线缺陷波导中使用随机性的EO调制器。

生产误差的控制及其实际使用。

硅光子学是一个研究领域,它将硅作为一种材料,通过它传播光并处理光信号。与用于光纤的玻璃相比,硅具有更高的折射率,这使得光线被限制在更小的空间内,从而有可能使元件小型化,并以低能量驱动它们。光子晶体是属于硅光子学的元素之一,具有特殊的周期性结构,能够实现比硅材料固有的更强的光限制。利用光子晶体已经实现了各种设备,包括波导、开关、探测器和振荡器。

虽然光子晶体能够实现小型化,但它们很容易受到制造误差的影响。制造误差的绝对量与工艺有关,所以要制造的器件越小,误差的影响就越大。最近,在光子晶体的制造过程中,出现了使用光刻技术而不是传统的EB光刻技术的趋势,后者能够进行大规模生产,但制造精度较低,这也引起了人们对处理制造误差的关注。

在这项研究中,我们努力表明,光子晶体的制造误差的影响可以在结构上得到控制,并以高产量的方式使用。EO调制器被显示为一种潜在的应用,并且在GHz下的操作已被证实。

我们选择了图1(a)所示的结构,称为光子晶体线缺陷波导。光通过中心传播,那里没有洞。为了控制制造误差的影响,波导的宽度被部分缩小[W0.98:图1(a)中的蓝色区域],这是我们结构的一个特点。当光以红色虚线和箭头所示的频率入射到结构上时,只有当存在一定的制造误差时才会发生光的限制[图1(c)]。这里还应该强调的是,由于波导宽度的变化,光限制只发生在W0.98。尽管这一现象源于制造误差的随机性,但该结构允许控制随机性表现的区域。

图1. (a) PhC-WG的设计结构,它由W1.05波导之间的W0.98波导组成。(b)设计的(理想的)PhC-WG的带状结构。红色箭头表示从结构的左侧注入的输入光。(c)与(b)一样,所制造的装置含有紊乱。

还发现,通过改变W0.98的波导长度,可以改变光封闭的概率;从二维FDTD计算中发现,光封闭的概率为40a(a是晶格常数),光封闭可以高概率地发生,并且可以保持高透射率。计算结果与实验结果很一致。

在受控环境中,由于制造误差导致的光限制的可用性以EO调制的形式被证明。所用的结构如图2(a)所示,在W0.98的两边制作了pn掺杂区,以允许电流流动。实验结果如图2(b),(c)所示,在500MHz和1GHz下进行调制。虽然过去也有利用随机性的设备(如利用安德森定位的激光振荡),但从实用的角度来看,可以说这项研究是利用随机性的设备的首次实际开发。

(a)制造的装置示意图。 该装置用二氧化硅包覆。 (b)应用500MHz射频信号时检测的输出信号。红线是在峰值共振处,而黑线是当输入激光在波长短于的情况下略微失谐时。(c) 与(b)相同,但采用1-GHz的调制方式。

本研究的部分内容由战略信息与通信研发促进计划(SCOPE)资助。
这一成就的取得,得益于 光学快报 24, 11199-11207 (2016) 这些信息公布在....