利用有损耗相变材料集成硅光子学实现低损耗多级操作
光学
2024-02-15 v1 应用物理
摘要
硫系相变材料（PCM）凭借其零静态功耗和显著的折射率对比度，为可编程光子集成电路（PIC）提供了新的范式。然而，典型的 PCM，如 GeSbTe（GST），在其晶态下是有损耗的，尽管在非晶态下是透明的。此外，将 PCM 电切换至中间状态是一个随机过程，限制了编程精度。因此，利用 GST 同时实现低损耗和确定性多级操作仍然具有挑战性。尽管近年来已发现低损耗 PCM，如 Sb2S3 和 Sb2Se3，但它们在技术上远未成熟。在这项工作中，我们提出了一种具有多个 GST 段的设计，以克服确定性多级操作的挑战。GST 段由交错排列的硅 PIN 二极管加热器以二进制但可靠的方式单独控制，多个级别被编码在其相序中。我们实验演示了一个具有两个不等长 GST 段的 1x1 可编程单元，展示了四个不同的操作级别和可忽略的热串扰，且仅需一对金属触点。然后，我们将该设计扩展到 1x2 和 2x2 可编程单元。对于 2x2 可编程单元设计，我们提出了一种相位失谐三波导定向耦合器结构，以减轻吸收和辐射损耗，展示了低于 -1.2 dB 的损耗和三种分光比。我们的工作为使用有损耗 PCM 实现低损耗和多级光开关提供了一条新路径。
引用
@article{arxiv.2402.08803,
title = {Low-loss multilevel operation using lossy PCM-integrated silicon photonics},
author = {Rui Chen and Virat Tara and Jayita Dutta and Zhuoran Fang and Jiajiu Zheng and Arka Majumdar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2402.08803},
year = {2024}
}