Passive Bausteine der Siliziumphotonik

Gemeinsam mit dem IMS Chips entwickelte das INT eine umfangreiche Bibliothek von passiven Bauelementen für komplexe optische Systeme in der INT/IMS-Technoloigie. Neben Gitterkopplern und Wellenleitern beispielsweise auch Multimoden-Interferometer, 90°-Hybride und Arrayed-waveguide gratings.

Das INT arbeitet sowohl bei der Technologieentwicklung als auch in der Entwicklung von Bauelementen für die Silizium-Photonik sehr eng mit dem IMS Chips zusammen. So entstand eine umfangreiche Bibliothek von passiven Bauelementen für komplexe optische Systeme, von denen einige im Folgenden aufgelistet sind.

Wellenleiter

Die Basis zur Entwicklung komplexer Systeme sind die Verbindungselemente der einzelnen Schaltungsteile. Dazu werden verlustarme Wellenleiter benötigt, die je nach Anforderung in ihren Dimensionen angepasst werden müssen. Für beide Polarisationen können verlustarme einmodige Wellenleiter in dieser Technologie realisiert werden. Neben Steg- und Rippenwellenleitern werden am INT auch Sub-Wellenlängen-Wellenleiter untersucht.

Querschnitt durch einen Stegwellenleiter auf Oxid (links) und Aufsicht auf einen Sub-Wellenlängen-Wellenleiter (rechts).
Querschnitt durch einen Stegwellenleiter auf Oxid (links) und Aufsicht auf einen Sub-Wellenlängen-Wellenleiter (rechts).
Simulierte Selbstabbildung des Eingangssignals zur Dimensionierung eines MMIs.
Simulierte Selbstabbildung des Eingangssignals zur Dimensionierung eines MMIs.

Multimoden-Interferometer

Multimoden-Interferometer werden z. B. als optische Signalteiler genutzt oder, um in einem Interferometer die gegenseitige Phasenbeziehung zweier optischer Signale zu bestimmen. Über einmodige Wellenleitereingänge werden in einem breiten Steg viele optische Moden angeregt. Diese Moden breiten sich aus und überlagern sich nach gewissen Distanzen zu sogenannten Selbstabbildungen. Dabei kann man die Koppler so dimensionieren, dass die Selbstabbildungen von mehreren Eingängen auf dieselbe Anzahl an Ausgängen fallen und sich die Eingangssignale mit definierten Phasenunterschieden überlagern.

90°-Hybrid

Auf Basis eines Multimoden-Interferenz-Kopplers wurde ein 90°-Hybridkoppler entworfen. Durch Sub-Wellenlängenstrukturierung der Seiten wurde der Phasenfehler an den Ausgängen reduziert.

Teststruktur zur Charakterisierung eines 90°-Hybrids und Aufnahme des der seitlichen Sub-Wellenlängen-Gitter.
Teststruktur zur Charakterisierung eines 90°-Hybrids und Aufnahme des der seitlichen Sub-Wellenlängen-Gitter.
Chipfoto eines AWGs
Chipfoto eines AWGs

Arrayed-waveguide gratings

Durch die Verwendung einer großen Anzahl optischer Kanäle wird die Gesamtkapazität einer einzelnen Faser beträchtlich gesteigert. Durch Arrayed-waveguide gratings (AWGs) können Signale spektral aufgeteilt oder zusammenführt werden und sind somit Schlüsselkomponenten in Übertragungssystemen mit Wellenlängenmultiplex-Verfahren.

Publikationen

  1. 2019

    1. N. Hoppe, W. Sfar Zaoui, L. Rathgeber, Y. Wang, R. H. Klenk, W. Vogel, M. Kaschel, S. L. Portalupi, J. Burghartz, M. Berroth, and S. Portalupi, “Ultra-Efficient Silicon-on-Insulator Grating Couplers with Backside Metal Mirrors,” IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, pp. 1--6, 2019.
  2. 2018

    1. N. Hoppe, W. Vogel, L. Rathgeber, T. Föhn, M. Félix Rosa, M. Kaschel, and M. Berroth, “Low-loss Silicon Photonics Platform for Optical Mode Engineering,” in European Conference on Integrated Optics (ECIO), Valencia, Spain, 2018, pp. 203–205.
  3. 2014

    1. T. Föhn, N. Hoppe, W. Vogel, M. Schmidt, M. Félix Rosa, M. Berroth, J. Butschke, and F. Letzkus, “3D-simulation and characterization of subwavelength grating waveguides in SOI,” in International Conference on Numerical Simulation of Optoelectronic Devices (NUSOD), Palma de Mallorca, 2014, pp. 137--138.
    2. T. Föhn, W. Vogel, M. Schmidt, M. Berroth, J. Butschke, and F. Letzkus, “Optimized 90° Hybrids with Sidewall Grating in Silicon on Insulator,” in Optical Fiber Communication Conference (OFC), San Francisco, California, 2014, p. Th3F.4.

Ansprechpartner

Dieses Bild zeigt  Niklas Hoppe
Dipl.-Ing.

Niklas Hoppe

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Dieses Bild zeigt  Christian Schweikert
M.Sc.

Christian Schweikert

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

M.Sc.

Raik Elster

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Zum Seitenanfang