#O-10


Kompozytowe warstwy falowodowe SiOx:TiOy
platformą fotoniki scalonej na zakres spektralny Vis-NIR

Paweł KARASIŃSKI, Magdalena ZIĘBA, Cuma TYSZKIEWICZ

Politechnika Śląska, Katedra Optoelektroniki, ul. B. Krzywoustego 2, 44-100 Gliwice

Fundamenty fotoniki scalonej to: optyka światłowodowa i technologie cienkowarstwowe. Dominującym aktualnie nurtem w rozwoju fotoniki scalonej są układy wytwarzane w technologiach CMOS (ang. Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) do zastosowań w centrach danych i w telekomunikacji (pasmo C) [1]. Technologie te bazują na platformach materiałowych: krzemowej (Si) i z fosforku indu (InP). Uzupełnieniem tych platform w zakresie spektralnym NIR jest bazująca na Si3N4 platforma TriPlex, która ma również dobre właściwości spektralne w zakresie Vis. Pomimo ponad 50-ciu lat rozwoju fotoniki scalonej na chwilę obecną mamy bardzo ograniczoną liczbę dojrzałych platform materiałowych. Głównym powodem tego są ogromne trudności w osiągnięciu akceptowalnego poziomu strat optycznych, które silnie rosną wraz z maleniem długości fali świetlnej (straty optyczne ~λ-4).

Drugim z obszarów zastosowań fotoniki scalonej od wielu lat są planarne czujniki światłowodowe a w ostatnim czasie wskazywanych jest wiele innych obszarów jej potencjalnych zastosowań, obejmujących rozszerzoną/mieszaną/wirtualną rzeczywistość, obliczenia kwantowe, pomiar czasu, pozycjonowanie, nawigację, systemy radiowe, systemy widzenia komputerowego, opiekę zdrowotną i inne [2]. Wiele z tych aplikacji będzie wymagało zastosowania warstw falowodowych o dobrych właściwościach w zakresie spektralnym Vis, tj. wykonanych z materiałów o wysokich przerwach energetycznych i cechujących się bardzo niskimi stratami propagacyjnymi. Warstwy falowodowe spełniające te wymagania będą tematem prezentacji.

Kompozytowe warstwy falowodowe SiOx:TiOy wytwarzane są metodą zol-żel i techniką dip-coating. Poprzez dobór zawartości tytanu skalowany jest współczynnik załamania w zakresie od 1,60 do 1,95, rutynowo wytwarzane są warstwy o współczynniku załamania 1,81, dla λ=632,8 nm. Opracowane warstwy falowodowe spełniają wymagania dojrzałej platformy materiałowej fotoniki scalonej na zakres spektralny Vis, mają niskie straty optyczne (poniżej 0,1 dB/cm), ich właściwości optyczne są stabilne na przestrzeni co najmniej kilkunastu lat i są skrajnie odporne chemicznie. Przydatność opracowanej platformy dla fotoniki scalonej została pomyślnie zweryfikowana. Na bazie tej platformy opracowano sprzęgacze siatkowe, światłowody paskowe, sprzęgacze kierunkowe i struktury interferometrów Macha-Zehndera. Wszystkie z tych struktur przetestowano z pozytywnym skutkiem w zakresie spektralnym Vis.



Literatura
[1] Y. Su, Y. Zhang, C. Qiu, X. Guo, L. Sun Silicon Photonic Platform for Passive Waveguide Devices: Materials, Fabrication, and Applications, Adv. Mater. Technol. (2020) 1901153
[2] C. Zhang, M. A. Tran; Zeyu Zhang, A. E. Dorche, Y. Shen, B. Shen, K. Asawa, G. Kim; N. Kim; F. Levinson, J. E. Bowers, T. Komljenovic, Integrated photonics beyond communications, Appl. Phys. Lett. 123, (2023) 230501, doi: 10.1063/5.0184677