Skinnelignende bølgeledere forenkler miniaturiserende fotoniske komponenter på siliciumskiver

Højhastighedsoptiske kredsløb og sensorer kræver generelt streng kontrol over lyspolarisering for at minimere tab og krydstale i fotoniske enheder såsom bølgeledere. Et A*STAR -team forudser nu, at støj som følge af ufuldkomne polarisationer kan elimineres ved hjælp af mikrostrukturer kendt som 'slot' bølgeledere.

Opdaget for lidt over et årti siden, slotbølgeledere fanger elektromagnetiske felter ind i et smalt område mellem to mikrofabricerede strimler af materialer, såsom silicium. Forskelle i brydningsindekserne mellem slidser og skinner hjælper med at fokusere lyset ind i åbningen med optisk intensitet og effekt, der ikke ses i typiske bølgeledere. Disse egenskaber giver forbedret følsomhed til sensorer og genererer nyttige forstærkningseffekter.

Et problem med fotoniske bølgeledere, imidlertid, opdeler indgående stråling i elektriske og magnetiske polarisationskomponenter inden for nanometer-skalaer. "Uundgåeligt, der vil være kontaminering fra lyskilden eller defekter langs bølgelederne, "siger Jun Rong Ong fra A*STAR's Institute of High Performance Computing." Uønsket polarisering fungerer som støj, og dette forringer enhedens ydeevne. "

Ong, sammen med kollegerne Valerian Chen og Ching Eng Png, antog, at en særlig tilstand kendt som 'nul -dobbeltbrydning' kan negere behovet for specialiserede splitterenheder, der i øjeblikket bruges i fotoniske bølgeledere. Birefringence beskriver, hvordan lys med en blanding af polariseringer kan bryde i to retninger, når det passerer gennem krystaller med bestemte former. Teamet foretog en systematisk teoretisk analyse for at afgøre, om ændringer i bølgelederens højde, vinkel, og slotstørrelse kan fjerne dobbeltbrydning fra bølgelederen, efterlader kun en enkelt stråle.

"Ved at have nul dobbeltbrydning, vi kan behandle den uundgåelige blanding af begge polarisationer samtidigt, "forklarer Ong." Det betyder, at enhedens fodaftryk effektivt kan halveres. "

Trioens simuleringer viste, at mange strukturelle parametre kunne producere nul dobbeltbrydning i bølgelederen, men nogle var mere effektive end andre. Overraskende, de opdagede, at de to skinner ikke behøver at være symmetriske - idet ulige bredder gjorde det muligt for den ene side at begrænse større mængde lys, og give bedre kontrol over bølgelederens brydningsindeks. Omvendt da teamet testede bølgeledere med bøjede retninger for at gå rundt om hjørner, symmetriske skinner viste sig at være mest effektive.

I øjeblikket, de tolerancer, der er nødvendige for at producere forskernes nul dobbeltbrydning bølgeledere, kunne kun realiseres ved hjælp af elektronstråle litografi, en forholdsvis langsom proces. Imidlertid, de er overbeviste om, at praktiske demonstrationer af denne teknologi er inden for rækkevidde.

"Det ville være nyttigt at undersøge, om korte enheder, mindre end et par hundrede mikrometer, kan være polarisationsuafhængig på en wafer-skala, "siger Ong." Dette kan føre til applikationer med reel effekt. "