Silicon Nitride-on-Insulator Photonics Polarisation Convertor
| Parent link: | Приборы и методы измерений.— .— Минск: БНТУ Vol 15, No 4.— 2024.— P. 287-294 |
|---|---|
| Other Authors: | , , , , , , , |
| Summary: | Заглавие с экрана Photonic integrated circuits constitute a vital component of contemporary telecommunications systems, facilitating traffic management and reducing energy consumption. However, the integration of these components presents a significant challenge in the form of high polarization sensitivity, which has the potential to limit the overall performance of the device. The objective of this study was to develop a design method and fabrication technology for polarization converters based on silicon nitride-on-insulator. The design of the polarization converters was optimised through the utilisation of finite element method simulations, conducted using the ANSYS Lumerical software. The device features an asymmetric rib waveguide, which facilitates efficient polarisation rotation. The technological implementation comprised plasma chemical vapor deposition of silicon nitride films, three-dimensional laser lithography, and reactive ion etching. A technological assessment determined that the reproducibility tolerance was ± 60 nm. To address this limitation, a mirrored section was incorporated into the polarization converter design, thereby increasing the allowable fabrication tolerance to ± 215 nm without compromising device performance. The optimised polarization converter exhibited a high level of polarization rotation efficiency, reaching 96.3 %, and an output power of 98.32 %. The utilisation of an asymmetric rib waveguide was pivotal in attaining these outcomes, facilitating the transfer of optical power from fundamental transverse electric to fundamental transverse magnetic modes. The incorporation of a mirrored section enhanced the device's manufacturability, maintaining performance despite geometric deviations. These findings highlight the robustness of the proposed design under typical fabrication constraints. This study presents a novel design and fabrication method for silicon nitride on insulator-based polarization converters. The proposed approach improves efficiency and stability. These results provide a foundation for future advancements in integrated photonics, with potential applications in telecommunications and beyond Фотонные интегральные схемы являются важнейшим компонентом современных телекоммуникационных систем, упрощая процесс управления трафиком и снижая энергопотребление. Однако интеграция подобных компонентов представляет собой серьезную проблему в виде высокой поляризационной чувствительности, которая может ограничить общую производительность устройства. Цель данного исследования – разработать метод проектирования и технологию изготовления поляризационных конвертеров на основе нитрида кремния на изоляторе. Задача данного исследования – удовлетворить специфические требования российских систем плотного мультиплексирования с разделением по длине волны. Конструкция поляризационного конвертора оптимизирована с помощью моделирования методом конечных элементов, проведённого с использованием ANSYS Lumerical. Устройство имеет асимметричный гребенчатый волновод, обеспечивающий вращение поляризации. Технологическая реализация выполнена с использованием плазменно-химического осаждения плёнок нитрида кремния, 3D-лазерной литографии и реактивного ионного травления. В результате установлено, что технологическая погрешность воспроизведения геометрии составляет ± 60 нм. Для увеличения допуска, в конструкцию поляризационного конвертора встроена зеркально-отражённая секция, что позволило увеличить допуск на изготовление до ± 215 нм без ухудшения характеристик устройства. Оптимизированный конвертор поляризации продемонстрировал эффективность вращения поляризации, достигающую 96,3 %, и выходную мощность 98,32 %. Использование асимметричного гребенчатого волновода обеспечило достижение этих результатов, способствуя передаче оптической мощности от поперечной электрической фундаментальной моды к поперечной магнитной фундаментальной моде. В данном исследовании представлен новый метод проектирования и изготовления поляризационных конвертеров на основе нитрида кремния на изоляторе. Предложенный подход повышает эффективность и стабильность контроля поляризации, тем самым обеспечивая разработку надёжных и экономически эффективных оптических устройств в системах плотного мультиплексирования с разделением по длине волны. Эти результаты создают основы для будущих достижений в области интегральной фотоники в области телекоммуникаций и за её пределами Текстовый файл |
| Language: | English |
| Published: |
2024
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://doi.org/10.21122/2220-9506-2024-15-4-287-294 |
| Format: | Electronic Book Chapter |
| KOHA link: | https://koha.lib.tpu.ru/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=682521 |
MARC
| LEADER | 00000naa0a2200000 4500 | ||
|---|---|---|---|
| 001 | 682521 | ||
| 005 | 20251023120715.0 | ||
| 090 | |a 682521 | ||
| 100 | |a 20251023d2024 k||y0rusy50 ca | ||
| 101 | 0 | |a eng |c rus | |
| 102 | |a BY | ||
| 135 | |a drcn ---uucaa | ||
| 181 | 0 | |a i |b e | |
| 182 | 0 | |a b | |
| 183 | 0 | |a cr |2 RDAcarrier | |
| 200 | 1 | |a Silicon Nitride-on-Insulator Photonics Polarisation Convertor |d Конвертор поляризации на основе нитрида кремния на изоляторе |f D. M. Mokhovikov, E. S. Barbin, T. G. Nesterenko [et al.] | |
| 203 | |a Текст |c электронный |b визуальный | ||
| 283 | |a online_resource |2 RDAcarrier | ||
| 300 | |a Заглавие с экрана | ||
| 320 | |a References: 20 tit | ||
| 330 | |a Photonic integrated circuits constitute a vital component of contemporary telecommunications systems, facilitating traffic management and reducing energy consumption. However, the integration of these components presents a significant challenge in the form of high polarization sensitivity, which has the potential to limit the overall performance of the device. The objective of this study was to develop a design method and fabrication technology for polarization converters based on silicon nitride-on-insulator. The design of the polarization converters was optimised through the utilisation of finite element method simulations, conducted using the ANSYS Lumerical software. The device features an asymmetric rib waveguide, which facilitates efficient polarisation rotation. The technological implementation comprised plasma chemical vapor deposition of silicon nitride films, three-dimensional laser lithography, and reactive ion etching. A technological assessment determined that the reproducibility tolerance was ± 60 nm. To address this limitation, a mirrored section was incorporated into the polarization converter design, thereby increasing the allowable fabrication tolerance to ± 215 nm without compromising device performance. The optimised polarization converter exhibited a high level of polarization rotation efficiency, reaching 96.3 %, and an output power of 98.32 %. The utilisation of an asymmetric rib waveguide was pivotal in attaining these outcomes, facilitating the transfer of optical power from fundamental transverse electric to fundamental transverse magnetic modes. The incorporation of a mirrored section enhanced the device's manufacturability, maintaining performance despite geometric deviations. These findings highlight the robustness of the proposed design under typical fabrication constraints. This study presents a novel design and fabrication method for silicon nitride on insulator-based polarization converters. The proposed approach improves efficiency and stability. These results provide a foundation for future advancements in integrated photonics, with potential applications in telecommunications and beyond | ||
| 330 | |a Фотонные интегральные схемы являются важнейшим компонентом современных телекоммуникационных систем, упрощая процесс управления трафиком и снижая энергопотребление. Однако интеграция подобных компонентов представляет собой серьезную проблему в виде высокой поляризационной чувствительности, которая может ограничить общую производительность устройства. Цель данного исследования – разработать метод проектирования и технологию изготовления поляризационных конвертеров на основе нитрида кремния на изоляторе. Задача данного исследования – удовлетворить специфические требования российских систем плотного мультиплексирования с разделением по длине волны. Конструкция поляризационного конвертора оптимизирована с помощью моделирования методом конечных элементов, проведённого с использованием ANSYS Lumerical. Устройство имеет асимметричный гребенчатый волновод, обеспечивающий вращение поляризации. Технологическая реализация выполнена с использованием плазменно-химического осаждения плёнок нитрида кремния, 3D-лазерной литографии и реактивного ионного травления. В результате установлено, что технологическая погрешность воспроизведения геометрии составляет ± 60 нм. Для увеличения допуска, в конструкцию поляризационного конвертора встроена зеркально-отражённая секция, что позволило увеличить допуск на изготовление до ± 215 нм без ухудшения характеристик устройства. Оптимизированный конвертор поляризации продемонстрировал эффективность вращения поляризации, достигающую 96,3 %, и выходную мощность 98,32 %. Использование асимметричного гребенчатого волновода обеспечило достижение этих результатов, способствуя передаче оптической мощности от поперечной электрической фундаментальной моды к поперечной магнитной фундаментальной моде. В данном исследовании представлен новый метод проектирования и изготовления поляризационных конвертеров на основе нитрида кремния на изоляторе. Предложенный подход повышает эффективность и стабильность контроля поляризации, тем самым обеспечивая разработку надёжных и экономически эффективных оптических устройств в системах плотного мультиплексирования с разделением по длине волны. Эти результаты создают основы для будущих достижений в области интегральной фотоники в области телекоммуникаций и за её пределами | ||
| 336 | |a Текстовый файл | ||
| 461 | 1 | |t Приборы и методы измерений |c Минск |n БНТУ | |
| 463 | 1 | |t Vol 15, No 4 |v P. 287-294 |d 2024 | |
| 610 | 1 | |a polarisation converter | |
| 610 | 1 | |a asymmetric waveguide | |
| 610 | 1 | |a silicon nitride on insulator | |
| 610 | 1 | |a photonic integrated circuits | |
| 610 | 1 | |a электронный ресурс | |
| 610 | 1 | |a труды учёных ТПУ | |
| 701 | 1 | |a Mokhovikov |b D. M. |g Denis Maksimovich | |
| 701 | 1 | |a Barbin |b E. S. |c specialist in the field of instrument engineering |c engineer of Tomsk Polytechnic University |f 1988- |g Evgeny Sergeevich |9 19519 | |
| 701 | 1 | |a Nesterenko |b T. G. |c specialist in the field of mechanical engineering |c Associate Professor of Tomsk Polytechnic University, Candidate of technical sciences |f 1946- |g Tamara Georgievna |9 15208 | |
| 701 | 1 | |a Talovskaya |b A. A. |g Alena Alekseevna | |
| 701 | 1 | |a Myrzakhmetov |b A. S. |g Ayan Sayatovich | |
| 701 | 1 | |a Kulinich |b I. V. |g Ivan Vladimirovich | |
| 701 | 1 | |a Baranov |b P. F. |c specialist in the field of control and measurement equipment |c Associate Professor of Tomsk Polytechnic University, Candidate of technical sciences |f 1987- |g Pavel Fedorovich |9 17980 | |
| 701 | 1 | |a Ilyashchenko |b D. P. |c specialist in the field of welding production |c Associate Professor of the Yurga Technological Institute (branch) of Tomsk Polytechnic University, Candidate of Technical Sciences |f 1980- |g Dmitry Pavlovich |9 17900 | |
| 801 | 0 | |a RU |b 63413507 |c 20251023 |g RCR | |
| 856 | 4 | |u https://doi.org/10.21122/2220-9506-2024-15-4-287-294 |z https://doi.org/10.21122/2220-9506-2024-15-4-287-294 | |
| 942 | |c CF | ||