Eine neue Veröffentlichung von Optoelektronische Fortschritte diskutiert verlustarme programmierbare Silizium-Photonik-Prozessoren im Chip-Maßstab.
Integrierte optische Signalprozessoren wurden als leistungsstarke Motoren für die optische Verarbeitung optischer Signale identifiziert. Sie ermöglichen breitbandige und stabile Signalverarbeitungsvorgänge auf miniaturisierten Chips mit höchster Steuerpräzision. Gegenwärtig besteht ein erhebliches Interesse daran, eine funktionale Rekonfigurierbarkeit bereitzustellen, um einem Schlüsselvorteil von programmierbaren mikroelektronischen Prozessoren zu entsprechen.
Um programmierbare PICs im großen Maßstab mit einer großen Anzahl von Abstimmelementen zu implementieren, besteht die Herausforderung darin, den Verlust von photonischen Silizium-Wellenleitern zu verringern und die zufälligen Phasenfehler zu minimieren, die durch Herstellungsfehler der Phasenschieber dieser Abstimmelemente verursacht werden.
Die Autoren dieses Artikels schlagen einen leistungsstarken programmierbaren photonischen Siliziumprozessor vor, indem sie verlustarme photonische Multimode-Wellenleiterspiralen und Mach-Zehnder-Schalter mit geringem zufälligem Phasenfehler einführen. Diese Wellenleiterspiralen sind so ausgelegt, dass sie bis zu 2 µm breit sind, was einen ultraniedrigen Ausbreitungsverlust von 0,28 dB/cm ermöglicht, der viel kleiner ist als der herkömmliche Silizium-Wellenleiter (2-3 dB/cm).
Inzwischen sind diese MZCs und MZSs mit 2 µm breiten Armwellenleitern ausgelegt, und daher sind die zufälligen Phasenfehler in den MZC/MZS-Armen vernachlässigbar, in welchem Fall die Kalibrierung für diese MZSs/MZCs einfach wird und außerdem der Stromverbrauch für Kompensation der Phasenfehler stark reduziert werden. Zusätzlich hat jeder Kanal einen Ge/Si-Photodetektor und einen Gitterkoppler, um das Signal zu detektieren.
Durch die Programmierung des Geräts wird dieser programmierbare photonische Siliziumprozessor erfolgreich demonstriert, um eine Reihe von deutlich unterschiedlichen Funktionalitäten zu verifizieren, darunter einstellbare Zeitverzögerung, photonische Mikrowellenstrahlformung, willkürliche optische Signalfilterung und willkürliche Wellenformerzeugung.
Mehr Informationen:
Yiwei Xie et al, Low-Loss Chip-Scale programmierbarer Silizium-Photonik-Prozessor, Optoelektronische Fortschritte (2022). DOI: 10.29026/oea.2023.220030
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