Meandering loop mirrors and resonators in silicon photonic integrated circuits: Design, fabrication, and analysis

Kıvrımlı halka yansıtıcıları ve kıvrımlı halka yansıtıcı tabanlı çınlaçların tasarımı, üretimi ve incelemesi, yakın kızılaltı telekomünikasyon bandındaki işlemler için, silikon tümleşik fotonik devre teknolojisi kullanılarak yapılmıştır. Optik dalgakılavuzları, yönlü bağlaştırıcılar, kıvrımlı halka yansıtıcılar, kıvrımlı çınlaçlar, simetrik olmayan kıvrımlı çınlaçlar, ayrıca simetrik ve simetrik olmayan yönlü bağlaştırıcılar ile birlikte simetrik kıvrımlı çınlaçlar tasarlanmış, üretilmiş, ve yönlü bağlaştırıcıların uzunluğuna bağlı taranarak istenen yakın kızılaltı dalgaboylarında incelenmiştir. Bir yalıtkan üstü silisyum düzlemi kullanılarak elde edilen şerit dalgakılavuzlarının enine elektrik kutbunda, ve tekil dalga kipinde çalışan yapısı gözlemlenmiştir. Yapılar, bir fotonik tasarım yazılımı yardımı ile sayısal benzeşimler kullanılarak tasarlanmış ve elde edilen yapı biçimleri bir fotonik taslak çizimine dönüştürülerek elektron ışını ışık yazımına hazır hale getirilmiştir. Şerit silisyum dalgakılavuzu yazılımından sonra, ve oksit çökeltmesinden önceki fotonik yapılar, üretilen aygıtların tanımlanması için taramalı elektron mikroskobu yardımı ile görüntülenmiştir. Tek kipli optik lifler yüzey ızgaraları kullanılarak bu fotonik yapılara bağlaştırılmıştır. Aygıt geçirgenliklerinin izge ölçümleri için uyarma kaynağı olarak 1500-1600 nm dalgaboyları arasında çalışan bir ayarlanabilir lazer kullanılmıştır. Logaritmik (dB) ölçekteki geçirgenlik sinyalleri aynı deneysel bölgede ölçeklendirilmiş yakın kızılaltı fotoalgılayıcılar ile ölçülmüştür. Veriler bir denetleme ve veri edinim bilgisayarı tarafından sağlanmıştır. Deneysel olarak ölçülen geçirgenlik izgeleri ile sayısal benzeştirilmiş geçirgenlik izgeleri karşılaştırılmıştır. Tepeleri öne çıkarmak için ölçütlendirilmiş doğrusal ölçek kullanılmıştır, ancak çukurları öne çıkarmak için logaritmik (dB) ölçek kullanılmıştır. Sonuçları okuyucuya daha iyi sunmak için, izgelerde bir renk kodlaması kullanılmıştır. Bu kodlamada ölçütlendirilmiş geçirgenlik şiddeti (ızgara bağlaştırıcılar harici) kahverengi ile, logaritmik (dB) ölçekteki geçirgenlik şiddeti (ızgara bağlaştırıcılar harici) kırmızı ile, logaritmik (dB) ölçekteki geçirgenlik şiddeti (ızgara bağlaştırıcılar dahil) mavi ile, ve geçirgenlik şiddeti (ızgara bağlaştırıcılar dahil) ise yeşil ile gösterilmiştir. Gerek deneysel sonuçlar gerekse sayısal benzeştirilmiş geçirgenlik izgeleri kullanılarak boş izge aralığı, incelik, nitelik katsayısı, ve söndürme oranı (dB) ölçülmüş, ve karşılaştırılarak birbirleri ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Asıl izge sonuçlarını anlamak için, öncelikle denenen aygıtın benzeştirilmiş izgeleri incelenmiştir. Üretilen aygıtların giriş ve çıkışları ızgara bağlaştırıcılara bağlı olduklarından, ve ölçülen sonuçlar, ızgara bağlaştırıcıların yanıtları tarafından sürekli kiplendirildiklerinden dolayı, geçirgenlik izgelerinin benzeştirilmiş sonuçları ile doğrudan karşılaştırılamaz. Bu karşılaştırmayı sağlayabilmek için benzeştirilmeler ızgara bağlaştırıcıları eklenmiş aygıtlar ile gerçekleştirilmiştir. İlk olarak, yönlü bağlaştırıcıların dalgaboyu ile ilişkisi incelenmiştir, çünkü yönlü bağlaştırıcılar tasarımlarda kullanılan en temel unsurlardan biridir. Bağlaşmış ve iletilmiş kapı şiddetleri incelenmiş, ve ölçüm sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra, bir yönlü bağlaştırıcıdan oluşan kıvrılan halka yansıtıcısının izge yanıtına bakılmıştır. Yönlü bağlaştırıcı, ve kıvrımlı halka yansıtıcıları için bir anlayış edinildikten sonra, kıvrımlı çınlaç, simetrik olmayan kıvrımlı çınlaç, ve simetrik kıvrımlı çınlaç gibi yapılar incelenmiştir. Kıvrımlı halka yansıtıcılar için ayarlanabilir aynaların genel yanıtları gözlemlenmiştir. Kıvrımlı çınlaçlar sıradan Fabry-Pérot yanıtı göstermiştir. Simetrik olmayan kıvrımlı çınlaçlar ise bağlaşmış çınlaç etkisiyle saydamlığa benzeyen bir izge göstermiştir. Bu durum elektromanyetik etkisiyle saydamlığın ortaya çıkarttığı izgenin bir benzeşimidir. Simetrik kıvrımlı çınlaçlar ise Rabi ayrıklı Fano çınlaması içeren izgeler sergiler. Sonuç olarak, kıvrımlı halka yansıtıcılar, ve kıvrımlı halka yansıtıcı tabanlı çınlaçlar, yeni ve gelecek vaat eden silikon tümleşik fotonik devre unsurları için bir tümleşik fotonik düzlemi olarak optik iletişim, hesaplama, ve algılama uygulamaları için kullanılabilir.