Silisyum tümleşik fotonik devrelerde dağıtılmış kıvrımlı çınlaç ekleme-düşürme süzgeçleri tasarım, üretim ile inceleme

Kıvrımlı döngü aynalarına (MLM'ler) dayalı ekleme-bırakma filtreleri (ADF) ve MLM'lere dayalı çınlaçlar, standart yakın kızılötesi (yakın-IR) telekomünikasyon bandında çalışmak üzere silikon bütünleşik fotonik devre (Si-PIC) teknolojisi kullanılarak tasarlanmış, üretilmiş ve incelenmiştir. Optik dalga kılavuzları, yönlü bağlaştırıcılar, MLM'ler, kıvrımlı çınlaçlar (MR'ler), asimetrik kıvrımlı çınlaçlar (AMR'ler) ve simetrik ve asimetrik yönlü bağlaştırıcılara sahip simetrik kıvrımlı çınlaçlar (SMR'ler), istenen yakın-IR telekomünikasyon bandını taramak için yönlü bağlaştırıcı uzunluğunun bir fonksiyonu olarak incelenmiştir. Enine elektrik (TE) kutuplanmış tek kipli şerit dalga kılavuzlarını üretmek için silikon üzeri yalıtkan (SOI) yapılar kullanılmıştır. Yapıların tasarımı, fotonik tasarım yazılımı kullanılarak yapılan sayısal incelemelere dayanmaktadır ve yapıların ortaya çıkan geometrisi, elektron- ışın yazım yöntemi ile üretilmiştir. Silisyum fotonik yapıların üretiminden sonra, bu yapıları incelemek için taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile görüntüleme yapılmıştır. Yüzey ızgaraları, bu fotonik yapıları tek kipli optik fiberlerle bağlaştırmak için kullanılır. Cihaz iletiminin izgesel ölçümü için kullanılan ışık kaynağı, 1500-1580 nm dalga boyu aralığında çalışan ayarlanabilir bir lazerdir. Logaritmik (dB) ölçekteki iletim sinyalleri, yakın kızılötesi bandda çalışan ışık algılayıcılar kullanılarak ölçülür. Veriler, yönetim ve veri toplama bilgisayarı tarafından toplanır. Deneysel olarak ölçülen iletim izgeleri incelenir. Sonuçları daha okunabilir hale getirmek için izgeler renk kodlu olarak verilmektedir: 1,2,3 numaralı kapılar çıktı olarak kullanılır ve sırasıyla yeşil, mavi ve kırmızı olarak renklendirilir. Yansıma ve iletim yoğunlukları logaritmik (dB) ölçekte çizilir. Serbest izgesel aralık (FSR), nitelik katsayısı (Q faktörü), kip bölünmesi, bağlaştırma kaybı (IL), sönüm oranı (ER) ve eğim oranı (SR) deneysel olarak viii ölçülen izgelerden türetilmiştir. İzgesel tepkiyi anlamak için önce sonuç izgeleri incelenmiş, bu izgelerin hepsinde yapıların giriş ve çıkışlarının optik fiberlere girip çıkmak için yüzey ızgaralarına bağlanması gerektiğinden, ölçümlerin yüzey ızgaraları tarafından kiplendiği görülmüştür. Öncelikle tasarımlarımızda kullanılan temel unsurlardan biri olan yönlü bağlaştırıcıların dalga boyu bağımlılığını incelenmiş, daha sonra yönlü bir bağlaştırıcı içeren MLM izgesi incelenmiştir. Yönlü bağlaştırıcı ve MLM yapılarının incelenmesinden sonra ekleme bırakma süzgeçli (ADF), MLM, DC-MR, DC-SMR, DC-RMR, SC-MR ve DC-AMR gibi daha karmaşık yapıların izgesel sonuçları değerlendirilmiştir. MLM'ler için ayarlanabilir bir aynanın genel tepkisi gözlemlenmiş, DC-MR yapısında ise, bağlaştırıcı katsayılarına göre dağıtılan güce sahip bir Fabry-Pérot çınlacı davranışı görülmüştür. DC-RMR, çınlama ile güçlendirilmiş Mach-Zehnder girişimölçeri davranışını gösterirken, SC-MR'lerde olağan Fabry-Pérot davranışı gözlemlenmiştir. DC-AMR'ler, elektromanyetik irkitilmiş saydamlık (EIT) izgesel tepkilerinin benzeri olan bağlaşmış çınlaç irkitilmiş saydamlık (CRIT) gibi olağan izgeleri göstermiştir. DC-SMR'ler ise kip bölünmüş Fano çınlaç izgesel davranışını göstermiştir. Başarım ölçütleri her tasarım için elde edilen en iyi sonuç olarak verilmiştir. Yapıların kendisi neredeyse hiç ekleme kaybına sahip değildir ve oluşan kayıp neredeyse doğrudan, tüm yapılar için, yüzey ızgara bağdaştırıcılarından -içe veya dışa doğru- gelir. SC-MR, 19000'lik en iyi Q-katsayısı ile 1.6 nm'lik bir FSR'ye, 23 dB'lik bir sönüm oranına ve 163 dB/nm'lik bir eğim oranına sahiptir. SC-MR, 12000'lik en iyi Q-katsayısıyla, 1.1 nm'lik bir FSR'ye, 30 dB'lik bir sönüm oranına ve 307 dB/nm'lik bir eğim oranına sahiptir. DC-SMR, 10000'lik en iyi Q-katsayısıyla, 2.05 nm'lik bir FSR'ye, 1.1 nm'lik bir kip bölünmesine, 27 dB'lik bir sönüm oranına ve 450 dB/nm'lik bir eğim oranına sahiptir. DC-AMR, 40000'lik en iyi Q-katsayısı, 0.1 nm'lik kip bölünmesi, 33 dB'lik sönüm oranı ve 872 dB/nm'lik eğim oranı ile 1.83 nm'lik bir FSR'ye sahiptir. DC-RMR, 8000'lik en iyi Q-katsayısı, 1.1 nm'lik kip bölünmesi, 29 dB'lik sönüm oranı ve 183 dB/nm'lik eğim oranı ile 3.6 nm'lik bir FSR'ye sahiptir. Tüm tasarımlarımızda, bağdaştırıcılar arasına belirli uzunlukta bir dalga kılavuzu eklenmiştir; bu dalga kılavuzunun uzunluğu artırılarak gidiş-dönüş optik yol uzunluğu artırılırsa, bu cihazlar 1550 nm'de 0.2 nm'lik bir FSR'ye sahip olması gereken yoğun dalga ix boyu bölmeli çoğullama (DWDM) uygulamaları için bile kullanılabilir. Bu sonuçlar önerilen cihazların, ADF-MLM, ADF çınlaçların WDM uygulamaları için iyi adaylar olduğunu göstermektedir, ancak optik iletişim, hesaplama ve algılama alanında yeni tümleşik fotonik bileşen olarak kullanılabilmeleri için bu yapılar daha fazla değişikliğe ihtiyaç duymaktadır.