Y10T160 旭创:硅光与光纤的三叉戟结构耦合设计

更新时间:2024-06-07 10:06:12 阅读量:873

硅光芯片与光纤的耦合,在不同的应用场景需要考虑偏振相关与否。比如CW DFB与硅光芯片的耦合,大多数设计为偏振敏感型耦合,也就是偏振相关。

比如Rx接收端的光纤与硅光芯片耦合,就特别关注偏振无关设计,之前写过很多厂家的偏振无关设计思路,以及在偏振相关前提下通过偏振分集来实现等效的偏振无关。


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Y10T155 GF:SiN波导DGD控制与弯曲损耗控制,其中提到GF是通过SiN+Si辅助结构来实现的TE、TM等效折射率基本相同,从而实现偏振无关,来控制DGD的偏振时延。

今天写一下,旭创今年的偏振无关设计结构。

~~,旭创的光纤耦合结构,我按时间顺序写,这是第三个,

2020年 旭创硅光与光纤耦合悬空波导设计,是单波导结构

2022年 旭创硅光耦合波导设计,是双音叉结构

2024OFC,是三叉戟结构。

123明明白白的,略解释一下这个三叉戟是如何实现偏振无关设计的。

之前写过的一些边缘耦合,如逐渐增宽的设计,目前产业基本不用,主要是模式不容易控制,且偏振相关(偏振敏感)


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早些年还有基于光栅结构的各种边缘耦合,光栅的栅界面会导致反射,无论是下图的边缘耦合的光栅还是常见的垂直耦合的光栅,都有光栅栅条折射率差界面导致的光回损反射现象。


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最近几年,大厂小厂基本上都归拢在倒锥形结构做SSC模场转换思路。可以用各种材料来做,基本的结构思路是通用的。今年菲魅有个光通信的基础解析系列,分十期,其中一期是专门讲波导的模场,可详询:18140517646


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旭创2020年写的这个悬空氧化硅的结构,内部的硅波导也是倒锥形的,这个结构是偏振不敏感,难的是可靠性风险,~~~,其次还有模式失控的风险,因为悬空区域会与空气湿度相关,就会导致折射率的变化,还需要做前端面的气密设计。

在合集的Acacia写过这个针对于悬空波导的气密结构。


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采用氮化硅做倒锥形结构,也是常见SSC设计,可但是<2023合集: 氮化硅薄膜应力>,氮原子很小,氮化硅和硅之间存在很大的薄膜应力,会导致有源部分的可靠性风险。


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倒锥形结构,

难点之一,在于选择什么波导材料来做。

难点之二,在于锥尖的生产制造的公差控制。

难点之三,在于如何控制偏振,尤其是如何实现所需要的偏振无关结构。

难点之四,在于控制硅波导的端面面积,控制折射率差,控制光斑尺寸。


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常说的TM、TE,就是垂直偏振态和水平偏振态(站在观测者角度)


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如果是硅光芯片锥形前端是矩形结构,两个偏振态的等效折射率相同,就是所谓的偏振无关。


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为了控制锥尖的面积,和形状,有时候会采用分层浅刻蚀的方式来实现光场尺寸和偏振无关的兼容设计结构。


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因为浅刻蚀的话,对工艺容差要求更苛刻,

那在保留同样光场尺寸(截面积大约一致)的前提下,还是用215-220nm的常规高度来说,那么宽度就更窄了。70x215的矩形锥尖意味着更大的偏振相关损耗。


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旭创是在这个基础上,对传统的三叉戟结构做了一些优化和梳理。

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今年旭创的三叉戟,侧翼是浅刻蚀,中间的倒锥形波导则常规高度。

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常规高度的中间波导,肉眼看起来是偏振敏感的,但其实三个波导组合起来就不是了。

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这个原理,类似保偏光纤的设计理念,<2021合集下 保偏光纤的快慢轴>, 通过在波导两侧引入高折射率应力玻璃棒,增加一个偏振态的折射率。


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OK,回到旭创这个结构,原本水平偏振态的TE,折射率比较小,可但是两个侧翼把折射率又给拉回来了。实现了等效的TE折射率增大,与TM折射率一致的偏振无关设计。


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在2024版本的硅光集成报告里,提到过旭创和Tower流片平台的合作,这个结构不能用130nm工艺线,需要在65nm工艺线上刻蚀高精度的锥尖结构,主要是锥尖宽度的刻蚀容差范围与偏振控制度。


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OK,略解释一下设计思路。



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