CC BY
11ВКВО-2023 СТЕНДОВЫЕ
ОПТИМИЗАЦИЯ МИКРО-СПЕКТРОМЕТРА НА ЭФФЕКТЕ ВЕРНЬЕ
Вергулес А.И. *, Смирнов А.С., Земцова А.К., Земцов Д.С., Гарбузов К.Н., Жигунов Д.М.,
Косолобов С.С., Драчёв В.П.
Сколковский Институт Науки и Технологий, г. Москва * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-498-498
Интегральные микрокольцевые спектрометры, изготовленные на чипе, имеют небольшой размер, вес и стоимость по сравнению с их аналогами на дифракционных решетках, перестраиваемыми механическим способом. Такие структуры потенциально могут найти применение при создании перестраиваемых лазеров, систем мультиплексирования с разделением по длинам волн, а также датчиков температуры [1-3]. Кольцевой микрорезонатор является простейшим спектральным устройством, который позволяет проводить селекцию продольных мод, удовлетворяющих условию резонанса. Используя термооптический эффект, можно осуществлять плавную перестройку резонансного пика. Однако для Si величина перестройки на длине волны 1550 нм составляет всего 0.08 нм/^ [1]. Для того, чтобы перестроить резонансную длину волны на 60 нм требуется изменить температуру кольца на ~700°C, что ограничивает применение подобных устройств. Система, состоящая из двух колец со слегка отличающимися радиусами, позволяет проводить более эффективную перестройку резонансного пика благодаря тому, что она имеет собственную область свободной дисперсии (ОСД), которая значительно превышает ОСД отдельных колец, что составляет суть эффекта Вернье.
В данной работе оптимизируются оптические спектры фильтров Вернье с ОСД, перекрывающей C+L диапазон. Микрокольцевые резонаторы изготовлены на платформе «кремний- на-изоляторе» методами электронно-лучевой литографии и плазмохимического травления. Выбор платформы обусловлен прозрачностью и высокой контрастностью Si (n = 3.48) и SiO2 (n = 1.44) в интересующем диапазоне длин волн 1520-1620 нм, что позволяет использовать устройства в телекоммуникационном оборудовании. Перестройка резонансного пика осуществлялась путем прикладывания напряжения на контакты титановых нагревателей, располагаемых над кольцевыми резонаторами. С помощью дифракционных решеток излучение вводилось и выводилось из чипа. Важным параметром фильтров Вернье в интегральном исполнении является расстояние между кольцевым резонатором и волноводом. В работе проведен подбор оптимальной величины данного параметра, а также проанализирована степень его влияния на высоту и ширину резонансных пиков, а также на подавление боковых резонансов.
На Рис. 1(а, б) приведены оптические спектры фильтров Вернье с ОСД равной приблизительно 92 нм и расстоянием между волноводом и кольцом 90 (а) и 120 нм (б). Подавление боковых пиков по
отношению к главному в первом и во втором случае составило 14.3 дБ и 18.6 дБ соответственно. Главный резонансный пик имеет ширину 252 пм и пиковую мощность -17.7 дБм при расстоянии между резонатором и волноводом 90 нм. Для фильтров с расстоянием между волноводом и кольцом 120 нм ширина резонанса оказалось равной 137 пм с пиковой мощностью -21.1 дБм.
Литература
1. T.Komljenovic et al., Appl. Sci., 7, 732 (2017)
2. P.Dong et al., Opt. Express, 18, 9852-9852 (2010)
3. C.Tian et al., Optik, 204, 164118-164118, (2020)
а)
IL
л
□
О
2 .60
б)
£
Щ
а-зо
nil vJJJJA/W W W ' 14.3 дБ vVv
1540 1550 1500 1500 1520
I-so ^ -«о
18.S дБ
i^wAJ 4yJ чАли*
1540 1560 1580 1600
Длина волны (нм)
Рис. 1. Оптический спектр фильтра Вернье с расстоянием между волноводом и кольцом (а) 90 нм, (б) 120 нм
498 №6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2023» [email protected]
