[論文レビュー] Broadband silicon polarization beam splitter based on Floquet engineering

Ning Ma, Yu Chen+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 17, 2026

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ひとこと要約

この論文は Floquet 工学を用いた方向性結合器を含む総長 20 μm の広帯域シリコン偏光ビームスプリッターを提案・実証し、広い波長領域で高い偏光総排他と低挿入損失を達成する。

ABSTRACT

A broadband silicon polarization beam splitter (PBS) is proposed and experimentally demonstrated based on Floquet-engineered directional couplers. The total length of the coupling structure is 20 um . By periodically modulating the waveguide width of the directional couplers, the power exchange between the two waveguides for the transverse-electric (TE) mode is suppressed, whereas the power coupling for the transverse-magnetic (TM) mode is enhanced. The fabricated PBS exhibits polarization extinction ratios (PERs) > 20 dB for both polarizations over a broad wavelength range of 1483 nm-1620 nm. Additionally, the measured insertion losses (ILs) are 0.15 dB and 1.2 dB at 1550 nm for TE and TM polarizations, respectively.

研究の動機と目的

• シリコンフォトニクスにおけるコンパクトで広帯域な偏光制御の必要性を動機づける。
• Floquet 工学によって導波路結合器を活用した偏光ビームスプリッター（PBS）を開発する。
• TE および TM 偏光での広帯域性能を高 PER で実証する。
• 20 μm未満のデバイスフットプリントを維持しつつ低挿入損失を達成する。

提案手法

• 方向性結合器内で波長導波路幅を周期的に変化させる Floquet 工学を用いる。
• TE モードの電力交換を抑制し、TM モードの結合を強化する。
• シリコンフォトニクスで総長 20 μm の PBS を製造・試験する。
• 1483–1620 nm に渡って偏光消光比（PER）と挿入損失（IL）を測定・報告する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Floquet 工学はシリコン PBS において TE 結合の広帯域抑制と TM 結合の強化を可能にするか。
• RQ2 TE および TM 偏光の 1483–1620 nm 帯で達成可能な PER および IL はどの程度か。
• RQ3 広帯域性能を維持しつつ、PBS はどの程度コンパクトにできるか。
• RQ4 Floquet 工学 PBS の性能に影響を与える製造許容は何か。

主な発見

• TE および TM 偏光の 1483–1620 nm で PER > 20 dB。
• 1550 nm での測定 IL は TE が 0.15 dB、TM が 1.2 dB。
• 結合構造の総デバイス長は 20 μm。
• Floquet 工学により PBS で TE 結合を抑制し TM 結合を強化できる。