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Jul 07, 2023

Fibre reconfigurable

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 7252 (2022) Citer cet article 2584 Accès 2 Citations 1 Détails des métriques Altmetric En photonique sur silicium, coupleurs fibre-guide d'ondes assistés par réseau

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 7252 (2022) Citer cet article

2584 Accès

2 citations

1 Altmétrique

Détails des métriques

Dans la photonique sur silicium, les coupleurs fibre-guide d'ondes assistés par réseau assurent un couplage hors plan pour faciliter les tests au niveau de la tranche ; cependant, leur bande passante et leur efficacité limitées limitent leur utilisation dans les applications à large bande. Alternativement, les coupleurs d'extrémité surmontent ces contraintes mais nécessitent un processus de découpage avant leur utilisation, ce qui les rend impropres aux tests au niveau des tranches. Pour résoudre ce compromis, un module de couplage fibre-guide d'ondes reconfigurable est proposé et conçu pour permettre à la fois le couplage assisté par réseau et le couplage en extrémité dans le même circuit photonique. Le module proposé déploie un coupleur directionnel commutable incorporant une fine couche de matériau à changement de phase, dont l'état est initialement amorphe pour activer le coupleur et ainsi faciliter le couplage assisté par réseau pour les tests au niveau de la tranche. L'état peut être modifié en cristallin grâce à un processus de recuit à basse température pour désactiver le coupleur directionnel, facilitant ainsi le couplage au niveau de la puce à large bande via des coupleurs d'extrémité. Tous les composants comprenant les coupleurs directionnels commutables conjoints ainsi que les coupleurs de grille et d'extrémité de feu ont été conçus individuellement grâce à des simulations rigoureuses. Ils ont ensuite été assemblés pour établir le module de couplage reconfigurable proposé, qui a été simulé et analysé pour valider l'opération de couplage sélectif. Le module proposé donne lieu à une faible perte excédentaire inférieure à 1,2 dB et à un taux d'extinction élevé supérieur à 13 dB dans toute la bande C, lorsqu'il fonctionne soit avec une entrée assistée par réseau, soit avec une entrée d'allumage final. Le module de couplage reconfigurable proposé devrait être une solution pratique pour accélérer de manière flexible l’inspection des circuits photoniques intégrés à l’échelle d’une tranche.

Les circuits intégrés photoniques (PIC) pour l'informatique quantique, l'orientation des faisceaux, les communications optiques et de nombreuses autres applications ont fait l'objet de recherches et de développements approfondis au cours de la dernière décennie1,2,3,4,5,6. Du point de vue de l'inspection pratique et du fonctionnement des circuits photoniques, un coupleur assisté par réseau (GAC) et un coupleur d'extrémité basé sur un convertisseur de taille de spot (SSC) sont principalement considérés comme les schémas généralement recommandés pour la fibre vers le guide d'ondes. couplage léger7,8,9,10,11,12. Les GAC sont principalement conçus pour le couplage hors plan, tandis que les SSC conviennent au couplage en bout de feu dans le plan7,8. Les tests au niveau de la tranche, qui ne sont possibles qu'avec l'aide des GAC, sont essentiels pour garantir le meilleur rendement PIC pendant la fabrication. Cependant, pour les GAC, la bande passante limitée, l’efficacité de couplage inférieure et la sensibilité plus élevée à la polarisation les rendent moins souhaitables7,9. D'autre part, les SSC donnent lieu à une efficacité de couplage exceptionnelle, une bande passante plus large et une meilleure tolérance de polarisation7,13, mais impliquent inévitablement un processus supplémentaire de découpage/polissage des puces ; les rendant ainsi impropres aux tests au niveau des tranches. Avec la demande croissante de puces photoniques hautement intégrées et la taille croissante des tranches photoniques, les tests au niveau des tranches sont devenus naturellement indispensables pour accélérer le processus de développement des puces. Dans ce contexte, le choix entre le GAC et le SSC incite à un compromis entre la qualité de fabrication et la convivialité du PIC. Par conséquent, une méthode intégrant les deux coupleurs dans le même circuit serait très bénéfique pour obtenir une meilleure qualité de fabrication ainsi qu’une applicabilité plus large.

Au cours des dernières décennies, plusieurs études sur les coupleurs de foyer et de grille ont été menées séparément ; cependant, à notre connaissance, aucun travail n'a été signalé sur un coupleur intégré capable de répondre à la fois au couplage dans le plan en recourant à un coupleur d'extrémité et au couplage hors plan utilisant un GAC dans le même circuit. Pour intégrer simultanément le GAC et le SSC dans le même circuit, un mécanisme qui commute les entrées et les sorties est nécessaire. Il n'est pas possible d'utiliser les commutateurs photoniques couramment disponibles reposant sur des effets thermo-optiques et électro-optiques, car leur fonctionnement implique une alimentation continue en énergie pour leur fonctionnement3. Avec l'avènement des matériaux optiques à changement de phase (PCM), la commutation non volatile peut être exécutée sans alimentation continue14,15,16,17,18. L'adoption des PCM permet d'intégrer simultanément GAC et SSC dans un seul circuit, permettant ainsi un couplage de lumière au niveau de la tranche et au niveau de la puce. Une étude rapportée par le groupe Y. Zhang a démontré un coupleur à prise transitoire capable de capter une petite partie de la lumière d'un guide d'onde, qui pourrait être désactivé en ajustant l'état du PCM, pour des applications probables dans les tests au niveau des tranches19. Cependant, il se limite à capter seulement une petite partie de la lumière, ce qui ne facilite pas les tests de circuits à grande échelle au niveau des tranches. La caractérisation à grande échelle, qui peut traiter une puissance d'entrée/sortie plutôt qu'une petite partie de celle-ci, est essentielle pour tirer pleinement parti des tests au niveau des tranches. Dans ce contexte, un schéma de couplage reconfigurable permettant des tests à grande échelle au niveau de la tranche et à l'échelle de la puce est absolument recherché pour exécuter une inspection rapide et flexible des PIC en cours de production.