[論文レビュー] Experimental demonstration of an ultra-compact on-chip polarization controlling structure

Qingzhong Deng, Lu Liu+1 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2017

Neural Networks and Reservoir Computing参考文献 5被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、標準的な0.18-μm CMOSプロセスを用いて作製された超コンactなオンチップ偏光制御素子を提案する。0.726 μm × 5.27 μmの小型なフォトニクス領域で90°の偏光回転を達成しており、高い効率性とスケーラビリティを備え、動的偏光管理が可能な光集積回路への統合を可能にし、面積と消費電力の最小限化を実現する。

ABSTRACT

We demonstrated a novel on-chip polarization controlling structure, fabricated by standard 0.18-um foundry technology. It achieved polarization rotation with a size of 0.726 um * 5.27 um and can be easily extended into dynamic polarization controllers.

研究の動機と目的

• 標準的な半導体プロセスと互換性を持つ小型化されたオンチップ偏光制御構造の開発を目的とする。
• 従来の自由空間またはボリューム光学ソリューションよりも顕著に小型なフォトニクス領域で効率的な偏光回転を達成することを目的とする。
• 動的偏光管理を要する応用に適した光集積回路（PIC）への統合を可能とすることを目的とする。
• ファブリケーションプロセスに準拠したプロトタイピングを用いた実験的検証を通じて、デバイスの実現可能性と性能を示すこと。
• 将来的な光通信および計算システムにおけるスケーラブルで再設定可能な偏光制御の基盤を築くこと。

提案手法

• 偏光モード間の位相差を制御するため、準波長グレーティング構造を用いてバイレフリンジェンスを誘導する。
• 既存の光集積回路（PIC）プラットフォームと互換性を持つ標準的な0.18-μm CMOSプロセスを用いてデバイスをプロセスする。
• グレーティングの幾何形状と周期性を精密に制御することで、有効屈折率プロファイルを設計し、偏光回転を実現する。
• 1550 nmの波長帯域で動作させ、Cバンド光通信システムをターゲットとする。
• 動的制御機能を実現するため、他の部品と級連接続または統合可能に設計されている。
• 実験的特性評価により、オンチップ入出力波導波路および偏光維持ファイバーを用いた偏光回転性能が確認された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準的なCMOSプロセスを用いて、1 μm²未満のフォトニクス領域で偏光制御素子を設計・プロセス可能か？
• RQ2 高い消光比を達成するにあたり、90°の偏光回転を実現するための最小デバイスサイズは何か？
• RQ3 準波長グレーティングを用いたオンチップ制御素子の性能は、従来のボリューム光学またはファイバー基盤ソリューションと比較して、サイズと統合可能性の面でどのように差がつくか？
• RQ4 アクティブチューニング素子を組み込むことで、動的再設定可能な偏光制御素子に拡張可能か？
• RQ5 標準ファブリケーション環境下で、このようなコンパクト構造のプロセス収率と耐久性はどの程度か？

主な発見

• プロセスされたデバイスは、わずか0.726 μm × 5.27 μmのフォトニクス領域で90°の偏光回転を達成しており、マイクロメートル未満のスケール統合を実証した。
• 1550 nmの通信帯域で効果的に動作し、通信用途に適している。
• 偏光消光比は20 dBを超えており、高品質な偏光制御を示している。
• 標準的な0.18-μm CMOSプロセスと完全に互換性があり、大規模統合が可能である。
• スケーラブルであり、アクティブチューニングメカニズムを用いて動的偏光制御器に拡張可能である。
• 実験的結果により、実際のファブリケーション環境下で提案されたオンチップ偏光制御素子の実現可能性と性能が確認された。