Hoch und niedrig dispersive periodische und aperiodische mikrophotonische Strukturen in Silicon-On-Insulator

绝缘体上硅中的高和​​低色散周期性和非周期性微光子结构

• 批准号: 28893666
• 负责人: Professor Dr. Manfred Eich
• 金额: --
• 依托单位: Institut für Optische und Elektronische Materialien E-12
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Units
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2005-12-31 至 2011-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/28893666?language=en
• 关键词: Hoch; und; niedrig; dispersive; periodische

Das wissenschaftliche Ziel des beantragten Projektes ist die theoretische und experimentelleEntwicklung von Verfahren zur abstimmbaren Frequenzverschiebung und Zeitverzögerungbasierend auf einer auf dem Chip mittels geführter Wellen erfolgenden Modulation desBrechungsindex in SOI Strukturen. Solche Effekte werden in der Literatur als "dynamisch"bezeichnet. Die Modulation hat einen solchen dynamischen Effekt, wenn sie innerhalb einerZeitdauer erfolgt, die kürzer ist als die Signallebensdauer innerhalb der Struktur. Damit bleibtdie Phaseninformation des Signals erhalten, während sich Frequenz und Bandbreite an diegeänderte Struktur anpassen. Resonatoren und Slow Light Strukturen sollen eingesetztwerden, um die Signallebensdauer zu verlängern und damit mit Pumppulsen von 1-10 psdynamisch zu schalten. Die dynamische Modulation des Brechungsindex kann sowohloptooptisch durch Änderung der Konzentration freier Ladungsträger in Silizium aufgrund vonZwei-Photonen-Absorption (TPA) oder durch den Kerr-Effekt, als auch elektrooptisch durchden Pockels-Effekt in mit nichtlinear optischen (NLO) Polymeren funktionalisiertenSiliziumstrukturen erreicht werden. Bei der dynamischen Manipulation von optischenResonatoren wird die Frequenz von optischen Signalen verschoben und/oder die Bandbreitedes Signals geändert. Durch die Entwicklung von hoch resonanten photonischen Strukturenauf der Basis von Ringresonatoren und photonischen Kristallen (PhK) können zurdynamischen Modulation bereits Pulsdauern im zehn Pikosekundenbereich verwendetwerden. Erste experimentelle Arbeiten weisen die dynamische Frequenzverschiebung in SOIbasierten Ring- und PhK-Resonatoren als auch die dynamische Speicherung in gekoppeltenRing- und PhK-Resonatoren nach. Den bisher verfolgten Konzepten liegt zugrunde, dass diePumpwelle freistrahloptisch auf den Chip einwirkt, mit allen damit verbundenen Nachteilenhinsichtlich Komponentengröße und Justageaufwand. Das hier zu verfolgende neuartigeKonzept setzt daher auf optooptische Abstimmung mit wellenleitergeführten Pump- undSignalwellen und auf einer Lösung mittels elektrooptischem Effekt. Die geplante optooptischeAbstimmung erfolgt durch die Erzeugung freier Ladungsträger in Silizium oder durch dieNutzung des optischen Kerr-Effektes in nichtlinear optischen Polymeren, die in geschlitztenSOI basierten Wellenleitern eingebracht werden. Wesentlich bei geschlitzten Wellenleiternist, dass eine starke Erzeugung von freien Ladungsträgern vermieden wird. Mit Slow LightStrukturen und mit Resonatoren lässt sich lokal an den Stellen, wo die optooptischeModulation stattfinden soll, gezielt die optische Intensität anheben, um eine ausreichendeVerschiebung des Brechungsindex zu erzeugen, während die Intensität in denZuführungswellenleitern niedrig bleiben kann. Jedoch sollen die von uns zu konzipierendenStrukturen für die Pumpfrequenz keine starke Resonanz besitzen, um die zeitlicheAusdehnung des Pumppulses nicht zu stark zu vergrößern und die Schaltzeiten im Bereichvon Pikosekunden zu halten. Diese Optimierung soll untersucht werden. Demnach muss dieStruktur zwei unterschiedliche Resonanzen bei Pump- und Signalfrequenz sowie einenhinreichend hohen Q-Faktor für die Signal- bei niedrigem Q-Faktor für die Pumpwelleaufweisen. Damit sollte der Brechungsindex im Resonator schneller verändert werdenkönnen, als die Signalwelle den Resonator verlassen kann. Das Konzept wird implementiertdurch angepasste Ringresonator- und PhK Strukturen. Eine andere Möglichkeit besteht in derKombination von PhK Resonatoren und Slow Light Wellenleitern. Die Pumpwelle wird durchden Slow Light Effekt gebremst, um gezielt und lokal die Intensität anzuheben und entwederdie freien Ladungsträger zu erzeugen oder einen starken Kerr-Effekt zu verursachen. Dabeimüssen die diesen verschiedenen Mechanismen eigenen Zeitkonstanten berücksichtigtwerden. Es ist beabsichtigt, eine Frequenzverschiebung im Bereich von 100 GHz und eineSpeicherzeit im Bereich von 100 ps zu demonstrieren. Um die Frequenz eines Signals imSlow Light Wellenleiter elektrooptisch zu verschieben, muss dessen optische Strukturwährend der Ausbreitungszeit des Signals geändert werden, damit sich die Welle während derÄnderung noch vollständig innerhalb des Wellenleiters befindet. Diese Frequenzverschiebungist lediglich abhängig von der Modulationsstärke, d.h. von der angelegten Spannung. Mit denheute verfügbaren Materialien sollte bei einer Modulationsfrequenz von 10 GHzspannungsabhängig eine von 0 bis 100 GHz abstimmbare Frequenzverschiebung erzielbarsein. Es besteht eine starke Verknüpfung mit Teilprojekt E1 im Bereich Design undFunktionalisierung für hochfrequente elektrooptische Modulation und Ankopplung derMikrowellensignale. Im Projekt E1 sollte der beantragte Mode Locked Laser auch für dieCharakterisierung der schnellen optischen Gleichrichtung eingesetzt werden.

该方案的科学性是在SOI结构中对芯片进行频率和时间调制的理论和实验研究。文学的韦尔登是“动态“的。调制有一个动态效应，当它内部包含一个Zeitdauer erfolgt时，kürzer ist als die Signallebensdauer innerhalb der Struktur。信号的相位信息可以通过频率和带宽传递给结构。共振和慢光结构解决了一个简单的问题，信号可以通过1-10 psdynamisch zu schalten的泵送来实现。在非线性光学（NLO）中，通过非线性光学（NLO）聚合物功能性的硅结构，可以通过光吸收（TPA）或克尔效应，利用无光吸收的硅结构中的光吸收，实现折射率的动态调制。Beider dynamischen Manipulation von optischen Resonatoren wird die Frequenz von optischen Signalen verschoben und/oder die Bandbreitedes Signals gändert.由于环共振和光子晶体（PhK）的基础上的高共振光子结构的发展，可以实现动态调制，脉冲宽度在Pikosekundenbereich verwendetwerden中。第一次实验是在SOIBaserten Ring-和PhK-谐振器中进行动态频率测试，也是在Ring-和PhK-谐振器中进行动态频率测试。当一个更好的理解Konzepten的时候，Pumpwelle在芯片上的自由传播是一个很好的例子，它包含了所有基本的Nachteilenhinsichtlich Komponentengröße和Justageaufwand。Das suffolgende neuartigeKonzept setzt daher auf optoptische Abstimmung mit wellenleitergeführten Pump- undSignalwellen und auf einer Lösung mittels elektrooptischem Effekt.光器件的设计是通过硅中的自由激光束或非线性光学聚合物中的光学克尔效应的抑制来实现的，它是在基于SOI的良好的韦尔登中实现的。如果是一个健康的领导者，那么一个来自自由的拉登斯特朗的巨大的影响力就会消失。通过慢光结构和谐振腔的局部和恒星光，我们可以找到光调制，获得光强度，然后通过一个简单的Brechungsindex检验，将光强度转换为零。Jedoh sollen die von uns zu konzipierendenStrukturen für die Pumpfrequenz keine starke Resonanz besitzen，um die zeitlicheAusdehnung des Pumppulses nicht zu stark zu vergrößern and die Schaltzeiten im Bereichvon Pikosekunden zu halten.这一最佳选择将使韦尔登受益。Demnach muss dieStruktur zwei untermedliche Resonanzen bei Pump- und Signalfrequenz sowie einenhinreichend hohen Q-Faktor für die Signal- bei niedrigem Q-Faktor für die Pumpwelleaufweisen.只有在谐振器中的Brechungsindex才能正常工作，谐振器的信号才能正常工作。该Konzept将通过环形谐振器和PhK结构实现。在PhK共振和慢光的组合中，一个又一个的Möglichkeit besteht。Pumpwelle将通过慢光效应产生，使强度和自由激光束相互作用，或使克尔效应减弱。Dabeimüssen die diesen verzenedenen Mechanismen eigenen Zeitkonstanten berücksichtigtwerden.这是很明显的，一个频率在100 GHz的Bereich和一个频率在100 ps的Bereich演示。在慢光照明系统中的频率信号，必须设计出韦尔登信号的光学结构，这样韦勒就可以在照明系统内部找到。Diese Frequenzverzebungist lediglich abhängig von der Modulationsstärke，d.h.由天使们组成。Mit denheute verfügbaren Materialien sollte bei iner Modulationsfrequenz von 10 GHzspannungsabhängig eine von 0 bis 100 GHz abstimmbare Frequencyverbung erzielbarsein. Es besteht eine starke Verknüpfung mit Teilprojekt E1 im Bereich Design undFunktionalisierung für hochfrequente elektrooptische Modulation und Ankopplung derMikrowellensignale.在E1项目中，采用了双折射锁模激光器，也可用于韦尔登的光学特性。