Design of GaSb-based monolithic passive photonic devices at wavelengths above 2 µm
Design of GaSb-based monolithic passive photonic devices at wavelengths above 2 µm
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波长超过 2 µm 的 GaSb 基单片无源光子器件的设计
DOI：
10.1088/2515-7647/ace509
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Arafin, Shamsul
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Sumon, Md Saiful;Sankar, Shrivatch;You, Weicheng;Faruque, Imad I;Dwivedi, Sarvagya;Arafin, Shamsul
在本文中，我们报告，为第一次，理论研究的无源光子器件，包括光功率分配器/组合器和光栅耦合器（GC）工作在非电信波长超过2 μm的单片GaSb平台。无源元件被设计为在大约2.6 μm处工作，以便在III-V族锑化镓材料平台上与有源光子器件单片集成。对三种常用的分路器/合路器，如定向耦合器、多模干涉仪耦合器和Y分支耦合器进行了理论研究。通过优化设计和严格分析，实现了与工艺兼容的1× 2光功分器，其额外损耗小于0.12 dB，光谱带宽大，分光比为50：50。对于光纤到芯片的耦合，我们还报道了GC的设计，在2.56 μm处的输出耦合效率为1.29%，3 dB带宽为80 nm。这一结果代表了在中波红外波长下开发完整功能的光子集成电路的重要一步。
In this paper, we report, for the first time, a theoretical study on passive photonic devices including optical power splitters/combiners and grating couplers (GCs) operating at non-telecom wavelengths above 2 µm in a monolithic GaSb platform. Passive components were designed to operate, in particular, at around 2.6 µm for monolithic integration with active photonic devices on the III–V gallium antimonide material platform. The three popular types of splitters/combiners such as directional couplers, multimode interferometer-, and Y-branch-couplers were theoretically investigated. Based on our optimized design and rigorous analysis, fabrication-compatible 1× 2 optical power splitters with less than 0.12 dB excess losses, large spectral bandwidth, and a 50: 50 splitting ratio are achieved. For fiber-to-chip coupling, we also report the design of GCs with an outcoupling efficiency of∼ 29% at 2.56 μm and a 3 dB bandwidth of 80 nm. The results represent a significant step towards developing a complete functional photonic integrated circuits at mid-wave infrared wavelengths.
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DOI：
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