Численное моделирование и экспериментальное исследование запатентованного оптического фильтра/мультиплексора на основе связанных волноводов в структурах кремний-на-изоляторе
1, Л. Фаолайн 2
1Rzhanov Institute of Semiconductor Physics SB RAS, Prospect Lavrenteva 13, 630090 Novosibirsk, Russia
2Scottish Universities Physics Alliance (SUPA), School of Physics and Astronomy,
University of St Andrews, North Haugh, St Andrews, UK
В данном цикле работ [1-3], предлагается и исследуется оригинальный тип оптических фильтров [1] и мультиплексоров [2], подтвержденный Российским патентом [3]. Предлагаемый оптический элемент работает на основе конструктивной интерференции множества оптических пучков, распространяющихся в разветвленной конструкции из связанных канальных кремниевых волноводов (см. Фиг. 1) в структуре кремний-на-изоляторе (КНИ) от SOITEC (220 нм кремния на заглубленном окисле 2 мкм), изготовленных на основе нанофотонных технологий. Благодаря оригинальному дизайну конструкции, оптический фильтр обладает низкими потерями и возможностью широкополосной перестройки (за счет термооптического эффекта) в пределах телекоммуникационного оптического диапазона при малом изменении показателя преломления (температуры) управляющих волноводов. Применение модифицированного метода эффективного показателя преломления (MEIM) [4] на порядок подняло точность спектрального анализа (методом FDTD) и определения величины свободной спектральной зоны (FSR), по сравнению с традиционным EIM. Разработка фильтрующих элементов для оптической связи и сенсорных применений сможет снизить стоимость аппаратуры считывания с волоконных датчиков, что будет способствовать их широкому распространению в том числе, для контроля деформационных изменений сложных зданий, сооружений и объектов.
а)
б) |
в)
г) д) |
Фиг.1. Исследование оптического фильтра (а) и мультиплексора (б). Сравнение расчета 2D FDTD и эксперимента (в), SEM изображения экспериментальных структур оптического фильтра: элемент связи (г), суживающийся волновод (д). Ширина волновода 410 нм, зазор между волноводами 330 нм.
Литература
Liam O’Faolain and Andrei Tsarev, "Experimental demonstration of original optical filter based on multiply coupled waveguides," Optics Letters 39, 3627-3629 (2014). Импакт-фактор 3.18. A. Tsarev, "Numerical Modeling of the Optical Multiplexer on SOI Constructed by Multiple Coupled Waveguides," IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol.20, no.4, p. 4500208 (8), July-Aug. 2014. Импакт-фактор 3.46. "Оптический фильтр", патент РФ № 000, опубликован 20.12.2013, Бюл. № 35. Andrei Tsarev, "Modified effective index method to fit the phase and group index of 3D photonic wire waveguide," Optics Letters, Vol. 38, Issue 3, pp. 293-295 (2013) (ссылка не входит в цикл работ).